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1、第二节第二节 描述交变电流的物理量描述交变电流的物理量第五章第五章 交变电流交变电流一、知识回顾一、知识回顾(一一)、交变电流：、交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流叫做交大小和方向都随时间作周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流。变电流，简称交流。其中按正弦规律变化的交流叫正弦交流电。其中按正弦规律变化的交流叫正弦交流电。（二）、正弦交流的产生及变化规律（二）、正弦交流的产生及变化规律 1、产生：当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的、产生：当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生的交流是随时间按正弦规轴匀速转动时，线圈中产生的交流是随时间按正弦规律变化的。即正弦
2、交流。律变化的。即正弦交流。2、中性面：匀速旋转的线圈，位于跟磁感线垂直的、中性面：匀速旋转的线圈，位于跟磁感线垂直的平面叫做中性面。这一位置穿过线圈的磁通量最大，平面叫做中性面。这一位置穿过线圈的磁通量最大，但切割边都未切割磁感线，或者说这时线圈的磁通量但切割边都未切割磁感线，或者说这时线圈的磁通量变化率为零，线圈中无感应电动势。变化率为零，线圈中无感应电动势。3、规律：、规律：从中性面开始从中性面开始计时计时，则则e=NBSsint。用用Em表示峰表示峰值值NBS则则e=Em sint电电流流I=sint=Im sint电压电压u=Um sint(1)函数表达式：函数表达式：(2)在纯电阻
3、电路中在纯电阻电路中1、表征交流电变化快慢的物理量0t/sU/VT周期周期T：交变电流完成一次周期变化所用的时间频率频率f：1秒内完成周期性变化的次数T=1/f=2/T=2f二、新课教学：二、新课教学：周期和频率周期和频率交流电也用周期和频率来表示变化的快慢交流电也用周期和频率来表示变化的快慢 T和和f的物理意义：表征交流电变化的快的物理意义：表征交流电变化的快慢，慢，T越小，越小，f越大，交流电变化越快。越大，交流电变化越快。我国生产和生活用交流电的周期我国生产和生活用交流电的周期T_s，频率，频率f_Hz，角速度，角速度_rad/s，在，在1内电流的方向变化内电流的方向变化_次。次。0.0
4、2503141002、表征交变电流大小的物理量、表征交变电流大小的物理量瞬时值：瞬时值：对应某一时刻的交流的值对应某一时刻的交流的值，用小写字母表示，用小写字母表示，e,i,u峰值：峰值：即最大的瞬时值即最大的瞬时值 ，用大写字母表示，用大写字母表示，UmmEmEm=NsB m=Em/R注意：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线方向的轴匀注意：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线方向的轴匀速转动时，所产生感应电动势的峰值为速转动时，所产生感应电动势的峰值为 Em=NBS，即，即仅仅由匝数由匝数N，线线圈面圈面积积S，磁感，磁感强强度度B和角速度和角速度四个量决定。与四个量决定。与轴轴的具体位置，的具体位置
5、，线线圈圈的形状及的形状及线线圈是否圈是否闭闭合都是无关的。合都是无关的。表征交流电大小的物理量0t/s瞬时值：瞬时值：交变电流某一时刻的值最大值：最大值：交变电流的最大瞬时值U/VUm电压最大值电压瞬时值i/AIm电流最大值电流瞬时值有效值：有效值：、意义：描述交流电做功或热效应的物理量、意义：描述交流电做功或热效应的物理量、定义：跟交流热效应相等的恒定电流的值叫做交流、定义：跟交流热效应相等的恒定电流的值叫做交流的有效值。的有效值。、正弦交流的有效正弦交流的有效值值与峰与峰值值之之间间的关系是的关系是注意：非正弦注意：非正弦（或余弦）（或余弦）交流的有效交流的有效值值和峰和峰值值之之间间无
6、此关系，无此关系，但可按有效但可按有效值值的定的定义进义进行推行推导导。说明说明1、交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值；交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值；交流电流表和交流电压表的读数是有效值。保险丝交流电流表和交流电压表的读数是有效值。保险丝的熔断值为有效值，电容器的击穿电压为峰值。对的熔断值为有效值，电容器的击穿电压为峰值。对于交流电若没有特殊说明的均指有效值。于交流电若没有特殊说明的均指有效值。说明说明2、在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值。有效值。求电量用平均值。求电量用平均值。说明说明3、交流电压表和电流表通过交
7、流电时，实际上已交流电压表和电流表通过交流电时，实际上已经由电表内部元件把交流电变成了等效的直流，经由电表内部元件把交流电变成了等效的直流，所以读出的就是交流的有效值，并且电表的指所以读出的就是交流的有效值，并且电表的指针不会忽左忽右地摆动。针不会忽左忽右地摆动。平均值：平均值：求通过某导体截面的电量一定要用平均值。求通过某导体截面的电量一定要用平均值。【例【例1】某交流发电机产生的感应电动势与时间的关】某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系，如图所示，如果其它条件不变，仅使线圈的转速系，如图所示，如果其它条件不变，仅使线圈的转速加倍，则交流电动势的最大值和周期分别变为（加倍，则交流电动势的
8、最大值和周期分别变为（）A400V，0.02s B200V,0.02sC400V,0.08s D200V,0.08s 解析：解析：从图中看出，该交流电的最大值和周从图中看出，该交流电的最大值和周期分别是：期分别是：Em100V，T0.04s，而最大值，而最大值EmNBS，周期，周期T2；当线圈转速加；当线圈转速加倍时，倍时，2，故，故Em2Em200V，TT20.02s.故选故选B。【例【例2】如图表示一交流的电流随时间变化的】如图表示一交流的电流随时间变化的图像，此交变电流的有效值是多大？图像，此交变电流的有效值是多大？解析：解析：交流的有效值等于热效应与此交流等效的直交流的有效值等于热效应
9、与此交流等效的直流电的值，为分析方便，可选交流电的一个周期进行流电的值，为分析方便，可选交流电的一个周期进行研究。设此交变电流的有效值为研究。设此交变电流的有效值为I，根据交流有效值的，根据交流有效值的定义，有：定义，有：所以：所以：【例【例3】图中两交变电流通过相同的电阻】图中两交变电流通过相同的电阻R。求：。求：（1）分别写出它们的有效值、周期和频率。）分别写出它们的有效值、周期和频率。（2）计算它们在）计算它们在R上产生的功率之比。上产生的功率之比。解析：解析：（1）图甲为正弦交流电，其有效值）图甲为正弦交流电，其有效值I1Im 3.55A，周期，周期T10.4s，频率，频率f12.5H
10、z；图乙为方波；图乙为方波交流电，电流的大小不变、方向作周期变化，由于热交流电，电流的大小不变、方向作周期变化，由于热效应与电流方向无关，因而它的有效值为效应与电流方向无关，因而它的有效值为5A，周期，周期T20.4s，频率，频率f22.5Hz。（2）由公式）由公式PI2R得：得：P甲甲:P乙乙I12R:I22R（I1I2）21:2【例【例4】如图所示，矩形线圈的匝数为】如图所示，矩形线圈的匝数为n，线圈面积为，线圈面积为S，线圈内阻为，线圈内阻为r，在磁感应强度为，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕的匀强磁场中绕OO轴以角速度轴以角速度匀速转动，外电路电阻为匀速转动，外电路电阻为R。在线圈。在线圈由图示位置转过由图示位置转过90的过程中，求：的过程中，求：(1)通过电阻通过电阻R的电量的电量q；解析：解析：在此过程中，穿过线圈磁通量变化在此过程中，穿过线圈磁通量变化所用时间所用时间产生的平均电动势为产生的平均电动势为平均电流为平均电流为 通过通过R的电量的电量（2）电阻）电阻R上产生的焦耳热上产生的焦耳热Q 在此过程中电阻在此过程中电阻R上的焦耳热为一个周期上的焦耳热为一个周期内产生焦耳热的内产生焦耳热的14，