高中物理 3.3 交变电流同步备课课件 新人教版选修11
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【解析】 交流电的有效值是根据电流的热效应来定义 的，对于正弦(zhèngxián)交流电有着固定的关系．若把电容 器接在【交答流案电】路中热，效它应能起1到通通交交流流、隔阻直直流流的作用．
2
第三十二页，共32页。
第十九页，共32页。
相同电阻 1．在定义有效值时要注意：三同相同时间
产生相同热量
2．公式E＝Em2、Ue＝Um2、Ie＝
Im 仅适用于正弦式电流． 2
3．在计算交变电流通过导体产生的热量和电功率以及
确定保险丝的熔断电流时，只能用交变电流的有效值．如电
功率的计算式：P＝IU中，U、I均为有效值．
第二十页，共32页。
(2)电容器的电路特征：电容器能够通 交流 、隔 直流．
(3)有效值：把交流和直流分别通过 相同的电阻，如果在
相等的时间里 它们产生(chǎ热n量shēng)的 相等，直这流个电压
、电流的数值称做交流电压有，效电值流的
．
第六页，共32页。
(4)正弦式交变电流的有效值 Ue＝Um2≈0.707Um， Ie＝ Im2≈0.707Im.
图3－3－4
第二十二页，共32页。
A．5 2 A C．3.5 2 A
B．5 A D．3.5 A
【解析】 根据交流有效值的定义得： I21Rt1＋I22Rt2＝I2Rt (4 2)2 R×0.01＋(3 2)2R×0.01＝I2R×0.02 解得I＝5 A．故选B.
【答案(dáàn)】 B
第二十三页，共32页。
第三十一页，共32页。
4．交流电的有效值是根据________来定义的，对于正 弦 (zhèngxián) 交 流 电 ， 它 的 有 效 值 是 其 峰 值 的 ________ 倍 ． 若 把 电 容 器 接 在 交 流 电 路 中 ， 则 它 能 起 到 ________ 和 ________作用．
【答案】 BCD
第二十八页，共32页。
2．(2012·广东中山一中学业水平测试模拟)矩形线圈在
匀强磁场中匀速转动，当线圈通过中性面时，下列说法中正
确的是( )
A．穿过(chuān ɡuò)线圈的磁通量最大，线圈中的感应
电动势最大
B．穿过(chuān ɡuò)线圈的磁通量为零，线圈中的感应
电动势最大
第四页，共32页。
2．思考判断 (1)交流发电机可以将机械能转化为电能(diànnéng)．(√) (2)家用照明电是交变电流．(√) 3．探究交流 描述交变电流的物理量有哪些？ 【提示】 瞬时值、峰值、周期和频率.
第五页，共32页。
交流(jiāoliú)与电容器及有效值
1.基本知识 (1)当电容器接到交流电路上，电容器交替进充行电(chōng 和diàn) 放电 ，电路中形成电流．
第十三页，共32页。
【解析】 从图中可以看出， 交变电流的最大值为Im＝20 A. 交变电流的周期为T＝0.02 s， 所以f＝T1＝50 Hz.
第十四页，共32页。
交变电流的瞬时值表达式为 i＝Imsin ωt＝Imsin(2πft)＝20 sin(314t)A. 在t＝T8时，交变电流的瞬时值为 i＝Imsin2Tπt＝Imsinπ4＝10 2A，所以答案为B、D. 【答案(dáàn)】 BD
第十五页，共32页。
1．交变电流的表达式与图象表达是对应的两种形式， 要注意t＝0时的初始值是多少，进而确定函数是正弦式还是 余弦式及图象的起始点位置．
2．只有正(余)弦式交流才有：E＝Em2.
第十六页，共32页。
1．交流是由闭合线圈在匀强磁场中匀速转动产生 的．线圈中感应电动势随时间变化(biànhuà)的规律如图3－3 －3所示，则此感应电动势的最大值为__________V，频率为 ________Hz.
三
交变(jiāo biàn)电流
课标解读
重点难点
1.知道交变电流是如何产生的． 2.知道交变电流的变化规律，能 用图象及特征物理量描述交变电 流． 3.知道交流通过电容器的原因， 了解交流这一特性在电子技术上 的应用.
1.交变电流的图象和 特征物理量．(重点) 2.有效值概念的理 解．(难点)
第一页，共32页。
C．穿过(chuān ɡuò)线圈的磁通量最大，线圈中的感应
电动势为零
D．穿过(chuān ɡuò)线圈的磁通量为零，线圈中的感应
电动势等于零
第二十九页，共32页。
3．如图3－3－6中，将电灯与电容器串联接入通有交变 电流(diànliú)的电路中，灯泡发光，则( )
图3－3－6
第三十页，共32页。
图3－3－3
第十七页，共32页。
【解析】 由图知，感应电动势的最大值Em＝311 V， 周期T＝0.02 s，所以频率f＝T1＝0.102 Hz＝50 Hz.
【答案(dáàn)】 311 50
第十八页，共32页。
对交流电有效值的理解(lǐjiě)
【问题导思】 1．什么是交流电的有效值？在什么情况下用有效值？ 2．公式中的 22倍的关系，适用于什么电流？
交流(jiāoliú)发电机及交流(jiāoliú)的变化规律
1.基本知识 (1)构造 发电机都由固定不动的定子和能够连续转动的转子等部 件构成． (2)工作原理(yuánlǐ) 使转子在定子中旋转，做切割磁感线的运动，从而产生 感应(gǎnyìng)电动势，通过接线端引出，接在回路中，便产生了 交变电流 ．
4．在交流电路中，电压(diànyā)表、电流表等电工仪表 的示数均为交变电流的有效值．在没有具体说明情况下，所 给出的交变电流的电压(diànyā)、电流指的都是有效值．
5．各种使用交变电流用电器铭牌上标出的额定电压 (diànyā)、额定电流均指有效值．
第二十一页，共32页。
如图3－3－4表示一交变电流的电流随时间而 变化(biànhuà)的图象，此交变电流的有效值是( )
第七页，共32页。
2．思考判断 (1)电容器在交流电路(diànlù)中对电流有阻碍作用．(√) (2)交变电流的有效值是以电流的热效应定义的．(√) 3．探究交流 交变电流是怎样通过电容器的？ 【提示】 在交流电路(diànlù)中，电容器交替进行充电 和放电，电路(diànlù)中形成电流.
第八页，共32页。
2．交变电流的频率f等于线圈的转速n. 3 ． 线 圈 转 动 (zhuàn dòng) 一 周 ， 电 流 方 向 改 变 两 次．(经过中性面两次)．
第十一页，共32页。
一个按正弦规律变化的交变电流的i－t图象如图 3－3－2所示．根据图象可以判定( )
图3－3－2
第十二页，共32页。
A．交变电流的频率f＝0.2 Hz B．交变电流的最大值Im＝20 A C．交变电流瞬时值表达式i＝20 sin(0.02t)A D．在t＝T8时刻，电流的大小为10 2 A 【审题指导】 描述(miáo shù)交变电流的物理量及其 与函数表达式和图象表达的对应关系．
第二页，共32页。
(3)交变电流 大小(dàxiǎo)和方随向时间周做期性变化(biành的uà电) 流叫交变电流．
(4)正弦交变电流的变化规律(guīlǜ) ①正弦式电流规律(guīlǜ)：i＝Imsin ωt，u＝Umsin ωt ②波形如图3－3－1所示：
图3－3－1
第三页，共32页。
(5)描述交变电流的物理量 ①瞬时值：交流电在某一时刻(shíkè的) 值． ②峰值：电动势、电流、电压的最大值． ③周期和频率：表示交变电流变化(biànhuà)的快慢，T＝1f . 我国使用的交流频率为 50 Hz.
A．自由电荷通过了电容器两极板间的绝缘电介质 B．自由电荷没有通过电容器两极板间的绝缘电介质 C．接入交流电源使电容器两极板间的绝缘电介质变成 了导体 D．电容器交替进行充放电，电路中就有电流，表现为 交变电流“通过”了电容器 【解析】 电容器“通交流”是因为两极板不断地充放 电，从而使电路中有电流，而不是(bù shi)自由电荷通过了两 极板间的电介质，所以B、D项正确． 【答案】 BD
【解析】 交变电流一个周期内通过电阻R产生的热量
为(
Im 2
)2R×1×10－2＋I
2 m
R×1×10－2，直流电流I通过R相同时
间产生的热量为I2R×2×10－2.
由有效值的定义知：(
Im 2
)2R×1×10－2＋I
2 m
R×1×10－2＝
I2R×2×10－2，得I＝
3 2 Im.
【答案(dáàn)】 D
交流电的产生(chǎnshēng)
【问题导思】 1．交流电是如何产生的？ 2．什么是中性面，在中性面时磁通量和感应电动势的 大小(dàxiǎo)分别处于什么情况？
第九页，共32页。
1．产生条件
线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动．
2．特殊(tèshū)位置的特点
中性面
垂直中性面
线圈平面与磁场垂 位置特点
直
线圈平面与 磁场平行
磁通量特点
感应电动势 感应电流
Φ最大Φm＝ BSΔΔΦt ＝0
大
感应电动势最大 电流最大
第十页，共32页。
1． 正 弦式 交流规律 e＝ Emsinωt中 ω指的 是线圈转动 (zhuàn dòng)角速度，与转速n的关系为ω＝2πn.
2．如图3－3－5所示为一交流电随时间而变化的图象， 其中电流的正值(zhènɡ zhí)为正弦曲线的正半周，其最大值 为 Im ； 电 流 的 负 值 的 强 度 为 Im ， 则 该 交 流 电 的 有 效 值 为 ()
图3－3－5
第二十四页，共32页。
A.
Im 2
B． 2Im
C．Im
D．
3 2 Im
第二十五页，共32页。
交变电流交 描流 述发 交电 变机 电流的物理量 交变电流有效值
第二十六页，共32页。
1．如下图中的电流(diànliú)i随时间变化的图象中，表 示交流电的是( )
第二十七页，共32页。
【解析】 方向随时间做周期性变化是交变电流最重要 的特性．选项A中电流虽然周期性变化，但方向不变，属于 脉动直流电，不是交变电流．选项B电流大小(dàxiǎo)虽不 变，但方向周期性变化，也是交变电流，故选B、C、D.
2
第三十二页，共32页。
第十九页，共32页。
相同电阻 1．在定义有效值时要注意：三同相同时间
产生相同热量
2．公式E＝Em2、Ue＝Um2、Ie＝
Im 仅适用于正弦式电流． 2
3．在计算交变电流通过导体产生的热量和电功率以及
确定保险丝的熔断电流时，只能用交变电流的有效值．如电
功率的计算式：P＝IU中，U、I均为有效值．
第二十页，共32页。
(2)电容器的电路特征：电容器能够通 交流 、隔 直流．
(3)有效值：把交流和直流分别通过 相同的电阻，如果在
相等的时间里 它们产生(chǎ热n量shēng)的 相等，直这流个电压
、电流的数值称做交流电压有，效电值流的
．
第六页，共32页。
(4)正弦式交变电流的有效值 Ue＝Um2≈0.707Um， Ie＝ Im2≈0.707Im.
图3－3－4
第二十二页，共32页。
A．5 2 A C．3.5 2 A
B．5 A D．3.5 A
【解析】 根据交流有效值的定义得： I21Rt1＋I22Rt2＝I2Rt (4 2)2 R×0.01＋(3 2)2R×0.01＝I2R×0.02 解得I＝5 A．故选B.
【答案(dáàn)】 B
第二十三页，共32页。
第三十一页，共32页。
4．交流电的有效值是根据________来定义的，对于正 弦 (zhèngxián) 交 流 电 ， 它 的 有 效 值 是 其 峰 值 的 ________ 倍 ． 若 把 电 容 器 接 在 交 流 电 路 中 ， 则 它 能 起 到 ________ 和 ________作用．
【答案】 BCD
第二十八页，共32页。
2．(2012·广东中山一中学业水平测试模拟)矩形线圈在
匀强磁场中匀速转动，当线圈通过中性面时，下列说法中正
确的是( )
A．穿过(chuān ɡuò)线圈的磁通量最大，线圈中的感应
电动势最大
B．穿过(chuān ɡuò)线圈的磁通量为零，线圈中的感应
电动势最大
第四页，共32页。
2．思考判断 (1)交流发电机可以将机械能转化为电能(diànnéng)．(√) (2)家用照明电是交变电流．(√) 3．探究交流 描述交变电流的物理量有哪些？ 【提示】 瞬时值、峰值、周期和频率.
第五页，共32页。
交流(jiāoliú)与电容器及有效值
1.基本知识 (1)当电容器接到交流电路上，电容器交替进充行电(chōng 和diàn) 放电 ，电路中形成电流．
第十三页，共32页。
【解析】 从图中可以看出， 交变电流的最大值为Im＝20 A. 交变电流的周期为T＝0.02 s， 所以f＝T1＝50 Hz.
第十四页，共32页。
交变电流的瞬时值表达式为 i＝Imsin ωt＝Imsin(2πft)＝20 sin(314t)A. 在t＝T8时，交变电流的瞬时值为 i＝Imsin2Tπt＝Imsinπ4＝10 2A，所以答案为B、D. 【答案(dáàn)】 BD
第十五页，共32页。
1．交变电流的表达式与图象表达是对应的两种形式， 要注意t＝0时的初始值是多少，进而确定函数是正弦式还是 余弦式及图象的起始点位置．
2．只有正(余)弦式交流才有：E＝Em2.
第十六页，共32页。
1．交流是由闭合线圈在匀强磁场中匀速转动产生 的．线圈中感应电动势随时间变化(biànhuà)的规律如图3－3 －3所示，则此感应电动势的最大值为__________V，频率为 ________Hz.
三
交变(jiāo biàn)电流
课标解读
重点难点
1.知道交变电流是如何产生的． 2.知道交变电流的变化规律，能 用图象及特征物理量描述交变电 流． 3.知道交流通过电容器的原因， 了解交流这一特性在电子技术上 的应用.
1.交变电流的图象和 特征物理量．(重点) 2.有效值概念的理 解．(难点)
第一页，共32页。
C．穿过(chuān ɡuò)线圈的磁通量最大，线圈中的感应
电动势为零
D．穿过(chuān ɡuò)线圈的磁通量为零，线圈中的感应
电动势等于零
第二十九页，共32页。
3．如图3－3－6中，将电灯与电容器串联接入通有交变 电流(diànliú)的电路中，灯泡发光，则( )
图3－3－6
第三十页，共32页。
图3－3－3
第十七页，共32页。
【解析】 由图知，感应电动势的最大值Em＝311 V， 周期T＝0.02 s，所以频率f＝T1＝0.102 Hz＝50 Hz.
【答案(dáàn)】 311 50
第十八页，共32页。
对交流电有效值的理解(lǐjiě)
【问题导思】 1．什么是交流电的有效值？在什么情况下用有效值？ 2．公式中的 22倍的关系，适用于什么电流？
交流(jiāoliú)发电机及交流(jiāoliú)的变化规律
1.基本知识 (1)构造 发电机都由固定不动的定子和能够连续转动的转子等部 件构成． (2)工作原理(yuánlǐ) 使转子在定子中旋转，做切割磁感线的运动，从而产生 感应(gǎnyìng)电动势，通过接线端引出，接在回路中，便产生了 交变电流 ．
4．在交流电路中，电压(diànyā)表、电流表等电工仪表 的示数均为交变电流的有效值．在没有具体说明情况下，所 给出的交变电流的电压(diànyā)、电流指的都是有效值．
5．各种使用交变电流用电器铭牌上标出的额定电压 (diànyā)、额定电流均指有效值．
第二十一页，共32页。
如图3－3－4表示一交变电流的电流随时间而 变化(biànhuà)的图象，此交变电流的有效值是( )
第七页，共32页。
2．思考判断 (1)电容器在交流电路(diànlù)中对电流有阻碍作用．(√) (2)交变电流的有效值是以电流的热效应定义的．(√) 3．探究交流 交变电流是怎样通过电容器的？ 【提示】 在交流电路(diànlù)中，电容器交替进行充电 和放电，电路(diànlù)中形成电流.
第八页，共32页。
2．交变电流的频率f等于线圈的转速n. 3 ． 线 圈 转 动 (zhuàn dòng) 一 周 ， 电 流 方 向 改 变 两 次．(经过中性面两次)．
第十一页，共32页。
一个按正弦规律变化的交变电流的i－t图象如图 3－3－2所示．根据图象可以判定( )
图3－3－2
第十二页，共32页。
A．交变电流的频率f＝0.2 Hz B．交变电流的最大值Im＝20 A C．交变电流瞬时值表达式i＝20 sin(0.02t)A D．在t＝T8时刻，电流的大小为10 2 A 【审题指导】 描述(miáo shù)交变电流的物理量及其 与函数表达式和图象表达的对应关系．
第二页，共32页。
(3)交变电流 大小(dàxiǎo)和方随向时间周做期性变化(biành的uà电) 流叫交变电流．
(4)正弦交变电流的变化规律(guīlǜ) ①正弦式电流规律(guīlǜ)：i＝Imsin ωt，u＝Umsin ωt ②波形如图3－3－1所示：
图3－3－1
第三页，共32页。
(5)描述交变电流的物理量 ①瞬时值：交流电在某一时刻(shíkè的) 值． ②峰值：电动势、电流、电压的最大值． ③周期和频率：表示交变电流变化(biànhuà)的快慢，T＝1f . 我国使用的交流频率为 50 Hz.
A．自由电荷通过了电容器两极板间的绝缘电介质 B．自由电荷没有通过电容器两极板间的绝缘电介质 C．接入交流电源使电容器两极板间的绝缘电介质变成 了导体 D．电容器交替进行充放电，电路中就有电流，表现为 交变电流“通过”了电容器 【解析】 电容器“通交流”是因为两极板不断地充放 电，从而使电路中有电流，而不是(bù shi)自由电荷通过了两 极板间的电介质，所以B、D项正确． 【答案】 BD
【解析】 交变电流一个周期内通过电阻R产生的热量
为(
Im 2
)2R×1×10－2＋I
2 m
R×1×10－2，直流电流I通过R相同时
间产生的热量为I2R×2×10－2.
由有效值的定义知：(
Im 2
)2R×1×10－2＋I
2 m
R×1×10－2＝
I2R×2×10－2，得I＝
3 2 Im.
【答案(dáàn)】 D
交流电的产生(chǎnshēng)
【问题导思】 1．交流电是如何产生的？ 2．什么是中性面，在中性面时磁通量和感应电动势的 大小(dàxiǎo)分别处于什么情况？
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1．产生条件
线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动．
2．特殊(tèshū)位置的特点
中性面
垂直中性面
线圈平面与磁场垂 位置特点
直
线圈平面与 磁场平行
磁通量特点
感应电动势 感应电流
Φ最大Φm＝ BSΔΔΦt ＝0
大
感应电动势最大 电流最大
第十页，共32页。
1． 正 弦式 交流规律 e＝ Emsinωt中 ω指的 是线圈转动 (zhuàn dòng)角速度，与转速n的关系为ω＝2πn.
2．如图3－3－5所示为一交流电随时间而变化的图象， 其中电流的正值(zhènɡ zhí)为正弦曲线的正半周，其最大值 为 Im ； 电 流 的 负 值 的 强 度 为 Im ， 则 该 交 流 电 的 有 效 值 为 ()
图3－3－5
第二十四页，共32页。
A.
Im 2
B． 2Im
C．Im
D．
3 2 Im
第二十五页，共32页。
交变电流交 描流 述发 交电 变机 电流的物理量 交变电流有效值
第二十六页，共32页。
1．如下图中的电流(diànliú)i随时间变化的图象中，表 示交流电的是( )
第二十七页，共32页。
【解析】 方向随时间做周期性变化是交变电流最重要 的特性．选项A中电流虽然周期性变化，但方向不变，属于 脉动直流电，不是交变电流．选项B电流大小(dàxiǎo)虽不 变，但方向周期性变化，也是交变电流，故选B、C、D.