高中物理第3章交变电流第1节交变电流的特点教学案鲁科版2

第1节交变电流的特点

一、恒定电流和交变电流的比较

1．恒定电流

大小和方向都不随时间变化的电流是恒定电流(

如图3­1­1甲)。

2．交变电流

大小和方向随时间做周期性变化的电流是交变电流(如图3­1­1乙)。

图3­1­1

二、交变电流的周期和频率

1．交变电流的周期和频率的比较

周期(T)频率(f)

定义交变电流完成1次周期性变

化所需的时间

交变电流在1 s内完成周

期性变化的次数

单位s(秒)Hz(赫兹) 作用表示交变电流变化的快慢

我国交变电流0.02 s50 Hz

1.大小和方向随时间做周期性变化的电流是交变电流。

2．周期(频率)描述交变电流随时间变化的快慢，一个周期

内交变电流的方向改变2次，我国工农业生产和生活用电

的频率是50 Hz。

3．有效值根据电流的热效应定义和计算，正弦交流电最大

值是有效值的2倍，即E m＝2E、U m＝2U、I m＝2I。

联系

T ＝1f (或f ＝1

T

)

2.正弦式交变电流

大小和方向随时间按正弦规律变化的电流。 三、交变电流的最大值和有效值 1．最大值

交变电流在一个周期内所能达到的最大值叫做交变电流的最大值，又称峰值，以此可以表示交变电流的强弱或电压的高低。交变电流的电流、电压的峰值分别用I m 和U m 表示。

2．有效值

让交变电流和恒定电流分别通过相同阻值的电阻，如果它们在相同时间内产生的热量相等，则该恒定电流的数值就叫做交变电流的有效值。交变电流的电流、电压的有效值分别用

I 、U 表示。

3．正弦式交变电流的有效值和最大值的关系

U ＝

U m

2

≈0.707U m ，I ＝

I m

2

≈0.707I m 。

1．自主思考——判一判

(1)只要是交变电流，其峰值就是有效值的2倍。(×) (2)家用电器铭牌上标称的电流、电压都是指有效值。(√) (3)电容器的耐压值指的是交变电流的最大值。(√)

(4)我国生活用电的频率是50Hz ，这种交变电流的方向在1 s 内改变100次。(√) (5)生活用电的电压220 V 指有效值，动力用电的电压380 V 指峰值。(×) (6)交变电流的有效值是从电流的热效应角度规定的。(√) 2．合作探究——议一议 (1)如何区分直流和交流？

提示：区分直流和交流的依据，就是看电流的方向是否随时间变化。 (2)实验室用的打点计时器，其打点周期为什么等于0.02 s?

提示：我国工农业生产和生活用电的频率是50Hz ，周期为0.02 s ，打点计时器的打点周期等于交变电流的周期，所以等于0.02 s 。

(3)让交变电流和恒定电流通过电阻，经过一段时间后产生的热量相等，这一恒定电流的数值等于这一交流电的有效值吗？

提示：不一定。根据有效值的定义，要满足“三同”：即相同的电阻，相同的时间，产生的热量相同，在以上三个条件同时满足的情况下，恒定电流的数值才等于交变电流的有效值。

交变电流与直流电

交变电流与直流电的辨析

1．交变电流的方向随时间变化，而直流电的方向不随时间变化。另外，交变电流的大小可以不变，如矩形脉冲，而直流电的大小可以变化。

2．判断是不是交变电流，至少需在一个周期内观察。如矩形波，该电流在正半周期或负半周期，电流的大小和方向都没有发生变化，但在一个周期或更长的时间内，电流的方向随时间发生变化，所以是交变电流。

3．交变电流的波形不一定是曲线，不能认为凡是波形是曲线的，就一定是交变电流。

1．下列各选项的图像中表示交变电流的是( )

解析：选D B、C两图像中，虽然电流大小随时间做周期性变化，但方向不变，故不是交变电流。A图像中电流的方向没有发生变化，不是交变电流。D图像中，电流的大小、方向随时间均做周期性变化，是交变电流，故选D。

2．(多选)有一交变电流如图3­1­2所示，由此图像可知( )

图3­1­2

A．它的周期是0.8 s

B．它的最大值是4 A

C．它的有效值是2 A

D ．它的频率是0.8 Hz

解析：选AB 由图像可知周期为0.8 s ，频率为1.25 Hz ，最大值为4 A ，有效值不等于平均值，也不是

I m

2

，无法根据图像计算，故C 、D 错，A 、B 对。

交流电有效值与最大值的理解与计算

1．有效值的计算方法

求解交变电流的有效值，通常采用以下两种方法：

(1)若按正(余)弦规律变化的交变电流，可利用交变电流的有效值与峰值的关系求解，即E ＝

E m

2，U ＝U m 2，I ＝I m

2

。 (2)对于非正弦式交变电流，必须根据有效值的定义进行计算。 第一步：计算交变电流在一个周期内产生的热量Q ；

第二步：将热量Q 用相应的物理量的有效值表示Q ＝I 2

RT 或Q ＝U 2

R

T ；

第三步：代入数值，求解有效值。 2．几种常见电流有效值的计算

电流名称 电流图线

有效值

正弦式交变电流

I ＝

I m

2

正弦半波电流

I ＝I m 2

正弦单向脉动电流

I ＝

I m

2

矩形脉动电流

I ＝

I m

2

非对称性交变电流

I ＝

12

I 12＋I 22