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1、自自主主学学习习基基础础知知识识2 描述交变电流的物理量描述交变电流的物理量学习目标学习目标1.知道描述交变电流的物理量有峰值、有知道描述交变电流的物理量有峰值、有效值、瞬时值、平均值、周期、频率理解这些物理量的效值、瞬时值、平均值、周期、频率理解这些物理量的意义意义(重点重点)2.会利用有效值的定义求交变电流的有效值会利用有效值的定义求交变电流的有效值(难点难点)3.会应用正弦式电流的峰值与有效值的关系进行会应用正弦式电流的峰值与有效值的关系进行有关计算有关计算(难点难点)合合作作探探究究重重难难疑疑点点解解题题技技巧巧素素养养培培优优1周期周期交交变变电电流流完完成成_所所需需的的时时间间
2、，用用T表表示示，单位是单位是_2频率频率交交变变电电流流在在1 s内内完完成成周周期期性性变变化化的的_，用用f表表示示，单位是单位是_，符号，符号_3二者关系：二者关系：T_或或f_一次周期性变化一次周期性变化秒秒次数次数赫兹赫兹Hz某某交交变变电电流流的的瞬瞬时时表表达达式式为为i10sin100t(A)，如如何何确确定其交变电流的周期和频率定其交变电流的周期和频率1打打点点计计时时器器所所接接交交流流电电频频率率f50 Hz时时，打打点点周周期期为为T0.02 s()2交交变变电电流流的的周周期期越越大大，交交变变电电流流的的变变化化就就越越快快()3我国电网中交流电的频率是我国电网中
3、交流电的频率是100 Hz.()1峰值峰值(1)定义：交变电流的电压、电流所能达到的定义：交变电流的电压、电流所能达到的_(2)应应用用：电电容容器器所所能能承承受受的的电电压压要要高高于于交交流流电电压压的的峰峰值值最大数值最大数值2有效值有效值 (1)定定义义：让让交交变变电电流流和和恒恒定定电电流流分分别别通通过过_的的电电阻阻，在在交交流流的的一一个个周周期期内内，它它们们产产生生的的_相相等等，这这个个恒恒定定电电流流的的电电流流、电电压压，叫叫做做这这个个交交变变电电流流的的电电流流、电压的有效值电压的有效值 (2)应用应用交流用电设备上所标的额定电压和额定电流交流用电设备上所标的
4、额定电压和额定电流交流电压表测量的数值交流电压表测量的数值无特别说明时提到的交变电流的数值无特别说明时提到的交变电流的数值大小相同大小相同热量热量3关系：关系：对于正弦式交变电流，有效值对于正弦式交变电流，有效值I、U与峰值与峰值Im、Um之间的关系：之间的关系：I_，U_所所有有交交变变电电流流的的峰峰值值和和有有效效值值之之间间都都满满足足倍倍的的关关系系吗吗？1某某段段时时间间内内的的交交流流电电平平均均值值等等于于这这段段时时间间始始末末时时刻刻瞬时值的算术平均值瞬时值的算术平均值()2我我国国民民用用交交变变电电流流，照照明明电电压压为为220 V和和动动力力电电压压380 V都是指
5、有效值都是指有效值()3交交变变电电流流的的有有效效值值即即为为一一个个周周期期内内的的平平均均值值()1相相位位与与初初相相位位：如如图图521所所示示，甲甲、乙乙两两交交流流电电的表达式分别为：的表达式分别为：图图521u甲甲_；u乙乙_；其其中中“t”叫叫做做交交变变电电流流的的相相位位，是是t0时时的的相相位，叫做交变电流的位，叫做交变电流的_2相相位位差差：两两支支交交流流的的_叫叫做做它它们们的的相相位位差差U m sintU m sin(t)初相位初相位相位之差相位之差 如如图图522所所画画两两个个交交流流电电，其其中中i1比比i2超超前前还还是是滞滞后后？它们相位差是多少？它
6、们相位差是多少？图图522【提示提示】i1比比i2超前超前12，或者或者i2比比i1滞后滞后.1如如果果两两个个频频率率相相同同的的交交流流电电的的相相位位差差是是或或的的奇奇数倍，则它们反相，即变化步调始终相反数倍，则它们反相，即变化步调始终相反()2初相位的大小没有什么实际意义初相位的大小没有什么实际意义()预预习习完完成成后后，请请把把你你认认为为难难以以解解决决的的问问题题记记录录在在下下面面的表格中的表格中问题问题1问题问题2问题问题3问题问题4学生分组探究一学生分组探究一对有效值的理解与计算对有效值的理解与计算第第1步探究步探究分层设问分层设问，破解疑难破解疑难1某某用用电电器器铭
7、铭牌牌上上标标有有“额额定定电电压压220 V”和和“工工作作频频率率50 Hz”的字样，其中的字样，其中“220 V”有什么含义？有什么含义？【提提示示】220 V是是指指该该用用电电器器所所使使用用的的电电源源电电压压有有效效值为值为220 V.2试试探探究究分分析析计计算算交交变变电电流流的的有有效效值值应应注注意意哪哪几几个个方方面的问题？面的问题？第第2步结论步结论自我总结自我总结，素能培养，素能培养1有效值的理解有效值的理解 (1)交交变变电电流流的的有有效效值值是是根根据据电电流流的的热热效效应应定定义义的的，与电流的方向无关与电流的方向无关 (2)“等等效效”理理解解：相相同同
8、电电阻阻、相相同同时时间间，产产生生相相同同热热量量交交变变电电流流与与多多大大的的直直流流电电“效效果果”相相同同，有有效效值值就就是是多大多大3几种常见交变电流的有效值几种常见交变电流的有效值交变电流名称交变电流名称交变电流图象交变电流图象有效值有效值正弦式交变电流正弦式交变电流U Um正弦半波交变电流正弦半波交变电流U Um正弦单向脉冲电流正弦单向脉冲电流U矩形脉冲电流矩形脉冲电流U Um非对称性交变电流非对称性交变电流U 第第3步例证步例证典例印证典例印证，思维深化思维深化电电阻阻R1、R2与与交交流流电电源源按按照照图图523(1)方方式式连连接接，R110，R220.合合上上开开关
9、关S后后，通通过过电电阻阻R2的的正正弦弦式式交交变电流变电流i随时间随时间t变化的情况如图变化的情况如图523(2)所示则所示则()图图(1)图图(2)图图523【答案答案】B计算有效值的注意事项计算有效值的注意事项1方方波波式式交交变变电电流流正正负负半半周周期期最最大大值值不不相相等等时时，分分段段计算电热计算电热2应取一个周期或周期的整数倍计算电热应取一个周期或周期的整数倍计算电热第第4步巧练步巧练精选习题精选习题，落实强化落实强化1.524(2013海海南南高高考考)通通过过一一阻阻值值R100 的的电电阻阻的的交交变变电电流流如如图图524所所示示，其其周周期期为为1 s电电阻阻两
10、两端端电电压压的的有有效效值值为为()【答案答案】B2两两个个完完全全相相同同的的电电热热器器分分别别通通过过如如图图525甲甲和和乙乙所所示示的的电电流流最最大大值值相相等等的的方方波波式式交交变变电电流流和和正正弦弦式式交交变变电电流，则这两个电热器功率流，则这两个电热器功率Pa、Pb之比为之比为()图图525A1 1B2 1C1 2 D4 1【答案答案】B学生分组探究二学生分组探究二交变电流的交变电流的“四值四值”对比对比第第1步探究步探究分层设问分层设问，破解疑难破解疑难1交交变变电电流流的的有有效效值值是是不不是是其其在在某某一一段段时时间间的的平平均均值值？【提提示示】不不是是有有
11、效效值值不不同同于于平平均均值值，有有效效值值是是根根据电流的热效应定义的据电流的热效应定义的，而平均值是平均效果而平均值是平均效果2试试分分析析一一个个击击穿穿电电压压为为250 V，电电容容为为6107 F的的电容器能否连接到电容器能否连接到“220 V50 Hz”的正弦式交变电源上？的正弦式交变电源上？第第2步结论步结论自我总结自我总结，素能培养素能培养物理含义物理含义 重要关系重要关系适用情况适用情况瞬时值瞬时值交变电流某一时刻的交变电流某一时刻的值值eEmsintiImsint计算线圈某一时刻的计算线圈某一时刻的受力情况受力情况最大值最大值最大的瞬时值最大的瞬时值EmNBSIm确定用
12、电器的耐压值确定用电器的耐压值有效值有效值跟交变电流的热跟交变电流的热效应等效的恒定效应等效的恒定电流值电流值EUI(1)计算与电流热效应相关的量计算与电流热效应相关的量(如功率、热量如功率、热量)(2)交流电表的测量值交流电表的测量值(3)电气设备标注的额定电压、额电气设备标注的额定电压、额定电流定电流(4)保险丝的熔断电流保险丝的熔断电流平均值平均值交变电流图象中交变电流图象中图线与时间轴所图线与时间轴所夹面积与时间的夹面积与时间的比值比值EnI计算通过电路截面的电荷量计算通过电路截面的电荷量第第3步例证步例证典例印证典例印证，思维深化思维深化(1)转动中感应电动势的最大值和有效值；转动中
13、感应电动势的最大值和有效值；(2)写出从图中位置开始计时的交变电流的瞬时值表达式；写出从图中位置开始计时的交变电流的瞬时值表达式；(3)电路中交流电压表和电流表的示数；电路中交流电压表和电流表的示数；(4)线圈从图示位置转过线圈从图示位置转过90的过程中通过电阻的过程中通过电阻R的电荷量的电荷量【思思路路点点拨拨】(1)线线圈圈在在磁磁场场中中匀匀速速转转动动产产生生的的是是正正弦弦式式电流电流(2)电表的示数应为交流电的有效值电表的示数应为交流电的有效值(3)求解电荷量应用交流电的平均值求解电荷量应用交流电的平均值【答案答案】(1)50 V35.4 V(2)e50 sin 10t(V)(3)
14、31.86 V3.54 A(4)0.16 C计计算算电电荷荷量量只只能能用用平平均均值值；计计算算电电功功、电电功功率率、电电热热等等与与热热效效应应有有关关的的量量必必须须用用有有效效值值；电电压压表表、电电流流表表所所测测量到的也是有效值量到的也是有效值第第4步巧练步巧练精选习题精选习题，落实强化落实强化1(2014天天津津高高考考)(多多选选)如如图图527(1)所所示示，在在匀匀强强磁磁场场中中，一一矩矩形形金金属属线线圈圈两两次次分分别别以以不不同同的的转转速速，绕绕与与磁磁感感线线垂垂直直的的轴轴匀匀速速转转动动，产产生生的的交交变变电电动动势势图图象象如如图图527(2)中曲线中
15、曲线a、b所示，则所示，则()图图527A两次两次t0时刻线圈平面均与中性面重合时刻线圈平面均与中性面重合B曲线曲线a、b对应的线圈转速之比为对应的线圈转速之比为2 3C曲线曲线a表示的交变电动势频率为表示的交变电动势频率为25 HzD曲线曲线b表示的交变电动势有效值为表示的交变电动势有效值为10 V【解解析析】由由题题图图2知知t0时时两两次次转转动动产产生生的的瞬瞬时时电电动动势势都都等等于于零零，故故A正正确确由由图图2知知两两次次转转动动所所产产生生的的交交变变电电动势的周期之比动势的周期之比TaTb2 3，再由周期与转速的关系再由周期与转速的关系【答案答案】AC2如如图图528所所示
16、示，一一交交流流发发电电机机线线圈圈共共N50匝匝，ab0.2 m，ab0.1 m，总总电电阻阻r10，在在B0.5 T的的匀匀强强磁磁场场中中从从磁磁通通量量最最大大位位置置开开始始以以n100 r/s的的转转速速匀匀速速转转动动，外电路中接有外电路中接有R40 的电阻当线圈转过的电阻当线圈转过1/4周期时，求：周期时，求：(1)在外电阻在外电阻R上产生的电热上产生的电热Q；(2)这段时间内通过外电阻这段时间内通过外电阻R的电荷量的电荷量【答案答案】(1)1.97 J(2)0.01 C在在水水平平方方向向的的匀匀强强磁磁场场中中，有有一一正正方方形形闭闭合合线线圈圈绕绕垂垂直直于于磁磁感感线
17、线方方向向的的轴轴匀匀速速转转动动，已已知知线线圈圈的的匝匝数数为为n100匝匝，边边长长为为20 cm，电电阻阻为为10，转转动动频频率率f50 Hz，磁磁场场的磁感应强度为的磁感应强度为0.5 T求：求：(1)外力驱动线圈转动的功率；外力驱动线圈转动的功率；(2)线线圈圈平平面面由由中中性性面面转转至至与与中中性性面面的的夹夹角角为为30时时，线圈产生的感应电动势及感应电流的大小；线圈产生的感应电动势及感应电流的大小；(3)线线圈圈由由中中性性面面转转至至与与中中性性面面成成30夹夹角角的的过过程程中中，通过线圈横截面的电荷量通过线圈横截面的电荷量【答案答案】(1)1.97104 W(2)
18、31.4 A(3)0.027 C 先看名师指津先看名师指津在在法法拉拉第第电电磁磁感感应应的的概概念念中中，电电路路中中感感应应电电动动势势的的大大小小与与穿穿过过这这一一电电路路的的磁磁通通量量的的变变化化率率成成正正比比，即即EN/t(N为为线线圈圈匝匝数数)，此此电电动动势势为为平平均均感感应应电电动动势势又又根根据据欧欧姆姆定定律律，闭闭合合电电路路中中的的电电流流与与这这段段电电路路的的感感应应电电动动势势成成正正比比，所所以以IE/RN/tR.此此为为平平均均电电流流，它它是是电电流流瞬瞬时时值值在在时时间间上上的的平平均均值值只只有有当当磁磁通通量量随随时时间间做做线线性性变变化化时时，电电流瞬时值恒定，并与电流平均值、有效值相等流瞬时值恒定，并与电流平均值、有效值相等 再再演演练练应应用用如如图图529所所示示，匀匀强强磁磁场场B T，所所用矩形线圈的匝数用矩形线圈的匝数N529100，面面积积是是0.05 m2，电电阻阻R10，以以300 r/min的的转转速绕速绕OO轴匀速转动求：轴匀速转动求：(1)线圈中感应电动势的最大值；线圈中感应电动势的最大值；(2)线线圈圈由由图图示示位位置置转转过过90的的过过程程中中通通过过线线圈圈的的平平均均电流电流【答案答案】(1)50 V(2)3.18 A仅供学习交流仅供学习交流仅供学习交流仅供学习交流