第三章

交變電流高中物理《課標(biāo)》要求

第二章

交變電流

高中物理《課標(biāo)》要求

3.1通過實驗，認(rèn)識交變電流。能用公式和圖像描述正弦交變電流。3.2通過實驗，探究并了解變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系。知道遠距離輸電時通常采用高壓輸電的原因。3.3了解發(fā)電機和電動機工作過程中的能量轉(zhuǎn)化。認(rèn)識電磁學(xué)在人類生活和社會發(fā)展中的作用。第2節(jié)

交變電流的描述

《學(xué)習(xí)目標(biāo)》

(1)知道交變電流周期、頻率的含義及二者之間的關(guān)系；知道峰值和有效值的含義及二者之間的關(guān)系。能結(jié)合交變電流的公式和圖像識別周期(頻率)、峰值。會用周期(頻率)、峰值等物理量通過函數(shù)表達式和圖像來描述交變電流。(2)經(jīng)歷根據(jù)電流的熱效應(yīng)推導(dǎo)交變電流有效值的過程，體會“等效”的科學(xué)方法。(3)了解我國家庭電路的頻率和電壓的有效值。知道家用電器的電壓與電流的額定值是有效值。020301主題(二)峰值與瞬時值主題(一)周期與頻率目錄CONTENTS主題(三)平均值與有效值

04第2節(jié)

交變電流的描述主題(四)電感與電容

新課引入：線框轉(zhuǎn)的快慢導(dǎo)致產(chǎn)生的交流電有什么異同？eO246t/s8eO246t/s8都是正弦交流電相同點：變化的快慢不同不同點：怎么樣描述這種不同呢？第一部分周期與頻率一、周期與頻率

1.周期T:交變電流一次周期性變化的時間。2.頻率f:

1s內(nèi)完成周期變化的次數(shù)。單位:S

單位:Hz3.T、f、n(轉(zhuǎn)速)、ω(角速度)的關(guān)系f=n=2πf=2πneO246t/s8eO246t/s8

一、周期與頻率

1.周期T:交變電流一次周期性變化的時間。2.頻率f:

1s內(nèi)完成周期變化的次數(shù)。單位:S

單位:Hz3.T、f、n(轉(zhuǎn)速)、ω(角速度)的關(guān)系f=n=2πf=2πn

我國生產(chǎn)和生活所用交流電：T=0.02sf=50Hzω=100πrad/s在1s內(nèi)電流的方向變化100次t/si/A0Im-Im0.020.04第二部分峰值與瞬時值二、峰值和瞬時值1.峰值：各參量一個周期內(nèi)所能達到的最大值。思考：電容器的擊穿電壓

交流電壓的峰值，才能保證電容器的安全？>t/si/A0Im-Im0.020.04Em＝NBSωUm

＝ImR外

二、峰值和瞬時值1.峰值：各參量一個周期內(nèi)所能達到的最大值。2.瞬時值：e=

i=u=EmsinωtImsinωtUmsinωtt/si/A0Im-Im0.020.04Em＝NωBSUm

＝ImR外思考：若從中性面轉(zhuǎn)了300開始計時,瞬時值的表達式和圖象會怎么樣呢？各參量某時刻的值。e=Emsin(ωt)Im/2e=Emsin(ωt+θ)+300

二、峰值和瞬時值1.峰值：各參量一個周期內(nèi)所能達到的最大值。2.瞬時值：e=

i=u=EmsinωtImsinωtUmsinωtt/si/A0Im-Im0.020.04Em＝NωBSUm

＝ImR外各參量某時刻的值。Im/2e=Emsin(ωt+θ)②初相位θ:

線圈在每時每刻與中性面的角度①相位(ωt+θ):t=0時與中性面的角度

二、峰值和瞬時值1.峰值：各參量一個周期內(nèi)所能達到的最大值。2.瞬時值：e=

i=u=EmsinωtImsinωtUmsinωtEm＝NωBSUm

＝ImR外各參量某時刻的值。e=Emsin(ωt+θ)②初相位θ:

線圈在每時每刻與中性面的角度①相位(ωt+θ):t=0時與中性面的角度③相位差:

兩線圈每時每刻相位的差

【典例1】一個n匝、面積為S、電阻為R的線圈放在磁感應(yīng)強度為B的磁場繞垂直于磁場的軸以ω轉(zhuǎn)動，外電阻不計，從中性面開始計時，求(1)轉(zhuǎn)過900過程中的平均電動勢，3600過程中的平均電動勢？(2)求3600過程中通過線圈的電量q和熱量Q?nBS2π

ω

1

4

=解:(1)(2)I=0q=It=0Q=I2Rt=0=2ωnBSπ

典例分析=0算熱量不能用平均值。

【典例2】如圖所示通過一個R=1Ω的電阻的電流i隨時間變化的曲線。它不是恒定電流。(1)怎樣計算通電1S內(nèi)電阻R中產(chǎn)生的熱量?(2)如果有一個大小、方向都不變的恒定電流通過這個電阻R也能在1S內(nèi)產(chǎn)生同樣的熱量，這個電流是大？典例分析解:(1)Q交=2(I12Rt1+I22Rt2)得：Q交=2.8J(2)Q交=Q直=I2Rt得：I=1.67A1.67把這個值叫交流電的有效值第三部分平均值與有效值

如果一個交流電通過一個電阻產(chǎn)生的熱量，三、平均值與有效值1.平均值：

與一個恒定電流通過這個電阻在一個周期T內(nèi)產(chǎn)生的熱量相同，

那這個恒定電流的值就叫這個交流電的有效值。2.有效值：R3.正余弦電有效值Rt/si/A0Im-Im0.010.02

Q交=Q直=I2RTI=

U=

E=

tiImT/2T2T【典例3】如圖表示一交流隨時間變化的圖像，求此交流的有效值。tiImT/2T2T正余弦交流電，每四分之一個周期產(chǎn)生的熱量相等典例分析解：Q交=Q直=I2RtQ交1+Q交2=I2Rt

0=I2RT得：I=

【典例4】如圖表示一交流隨時間變化的圖像，求此交流的有效值。tiImT/3T典例分析解：Q交=Q直=I2RtQ交1+Q交2=I2Rt

0=I2RT得：I=

【典例5】如圖表示一交流的電流隨時間變化的圖像,求該電流的有效值。213456it典例分析解：Q交=Q直=I2RtQ交1+Q交2=I2Rt

I2RT得：I=

三、平均值與有效值R3.正余弦電有效值RQ交=Q直=I2RTI=

U=

E=

半波正余弦有效值I=注意:①只適用正余弦交流電,

②用電器的U額，保險絲的熔斷電流指有效值③交流電流(壓)表的讀數(shù)是有效值④計算電功W、電熱Q用有效值，算電量q用平均值

典例分析BC思考:下圖中小燈泡分別接到兩種電路中的亮暗一樣嗎？6v直流電6v交流電線圈對直流電相當(dāng)于一根導(dǎo)線，而對交流電相當(dāng)于一個“電阻”這個“電阻”的大小跟哪些因素有關(guān)呢？跟線圈的自感系數(shù)L和電流變化的快慢的頻率f有關(guān)。這個“電阻”稱為感抗XL電感這個“線圈”稱為電感

思考:下圖中小燈泡分別接到兩種電路中的亮暗一樣嗎？6v直流電6v交流電直流電路閉合后閃亮一下熄滅交流電路：由于電容器被反復(fù)一直充放電，燈泡一直亮不同電容器對“通”交流的能力大小與哪些因數(shù)有關(guān)呢？電容跟電容C和電流的頻率f有關(guān)。這個不同通交流能力叫容抗XC思考:下圖中小燈泡分別接到兩種電路中的亮暗一樣嗎？思考:下圖中小燈泡分別接到兩種電路中的亮暗一樣嗎？思考:下圖中小燈泡分別接到兩種電路中的亮暗一樣嗎？第四部分電感與電容四、電感和電容XL=2πfL由導(dǎo)線繞成的線圈電感對交流電阻礙的大小1.電感:①特點:電感器對直流電幾乎無影響，對交流電有阻礙。②感抗:

L

S

u

單位:歐Ω通直流，阻交流。通低頻，阻高頻。③結(jié)論:④實質(zhì):變流電不斷變化，產(chǎn)生E自，阻礙磁通量變化.高頻扼流圈低頻扼流圈

結(jié)構(gòu)特點作用線圈繞在鐵芯上,匝數(shù)多，自感系數(shù)大、感抗大線圈繞在鐵氧體上,匝數(shù)少，自感系數(shù)小、感抗小通直流，阻交流通直流，通低頻，阻高頻四、電感和電容由導(dǎo)線繞成的線圈1.電感:⑤應(yīng)用:扼流圈四、電感和電容由導(dǎo)線繞成的線圈1.電感:2.電容:

C

S

u

XC=1/2πfC電容對交流電阻礙的大?、偬攸c:直流不能通過電容器，交流能“通過”電容器②容抗:單位:歐Ω通交流，隔直流。通高頻，阻低頻。③結(jié)論:相互絕緣的兩塊導(dǎo)體電容器兩極板上積累的電荷對向這個方向定向移動的電荷的反抗作用④實質(zhì):【典例7】(多選)如圖所示的電路中，A、B、C三燈亮度相同，電源為220V、50Hz的交流電源，以下敘述中正確的是(

)A.改接220V、100Hz的交流電源時，

A燈變亮，B燈變暗，C燈不變B.改接220V、100Hz的交流電源時，

A燈變暗，B燈變亮，C燈變亮C.改接220V的直流電源時，A燈熄滅，

B燈變亮，C燈亮度不變D.改接220V的直流電源時，A燈熄滅，B燈變亮，C燈變暗A(chǔ)C典例分析四、電感和電容由導(dǎo)線繞成的線圈1.電感:2.電容:相互絕緣的兩塊導(dǎo)體⑤應(yīng)用:輸入負載電源(1)隔直電容器：通交流、隔直流注意:隔直電容C很大，要串接若電容C很小輸入負載高頻交流電低頻交流電(2)高頻旁路電容器：通高頻、阻低頻注意：高頻旁路電容C很小，要并聯(lián)負載仍有高頻四、電感和電容由導(dǎo)線繞成的線圈1.電感:2.電容:相互絕緣的兩塊導(dǎo)體⑤應(yīng)用:(1)隔直電容器：通交流、隔直流注意:隔直電容C很大，要串接(2)高頻旁路電容器：通高頻、阻低頻注意：高頻旁路電容C很小，要并聯(lián)輸入負載更好削弱高頻輸入負載更好削弱低頻電感厭惡頻率電容喜歡頻率四、電感和電容由導(dǎo)線繞成的線圈1.電感:2.電容:相互絕緣的兩塊導(dǎo)體輸入負載更好削弱高頻輸入負載更好削弱低頻電感厭惡頻率電容喜歡頻率3.電感和電容的綜合應(yīng)用①串接電感并聯(lián)電容：濾高頻得低頻②串接電容并接電感：濾低頻得高頻注意：電感厭惡頻率，電容喜歡頻率【典例8】(2017·江蘇單科，7)(多選)某音響電路的簡化電路圖如圖所示，輸入信號既有高頻成分，也有低頻成分，則(

)A.電感L1的作用是通高頻B.電容C2的作用是通高頻C.揚聲器甲用于輸出高頻成分D.揚聲器乙用于輸出高頻成分BD典例分析七言絕句：音響串感并容獲低頻串容并感得高頻低頻高頻因此分高級音響由此來輸入負載更好削弱高頻輸入負載更好削弱低頻《思維導(dǎo)圖·電勢能和電勢》課堂小結(jié)交變電流的描述峰值與瞬時值周期與頻率平均值與有效值電感與電容Em＝NBSωt/se0Em-Em0.020.04e=EmsinωtXL

=2π?L

E=

【練習(xí)1】關(guān)于交變電流的周期和頻率,下列說法正確的是(

)A.正弦式交變電流最大值連續(xù)出現(xiàn)兩次的時間間隔等于周期B.1s內(nèi)交變電流出現(xiàn)最大值的次數(shù)等于頻率C.交變電流方向變化的頻率為交變電流頻率的2倍D.頻率為50Hz的交變電流,其周期等于0.05sC課堂練習(xí)【練習(xí)2】(多選)矩形金屬線圈共10匝,繞垂直于磁場方向的軸在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢e隨時間t變化的情況如圖所示。下列說法正確的是

(

)A.此交變電流的頻率為0.2HzB.1s內(nèi)電流方向變化10次C.t=0.1s時,線圈平面與磁場方向平行D.1s內(nèi)線圈轉(zhuǎn)5圈BD課堂練習(xí)

課堂練習(xí)BD

C課堂練習(xí)

D課堂練習(xí)

課堂練習(xí)AC

課堂練習(xí)BCD

C課堂練習(xí)

BC課堂練習(xí)【練習(xí)10】如圖表示一交流的電流隨時間變化的圖像,求該電流的有效值。課堂練習(xí)【練習(xí)11】如圖表示一交流隨時間變化的圖像，求此交流的有效值。課堂練習(xí)

【練習(xí)12】如圖表示一交流的電流隨時間變化的圖像,求該電流的有效值。213456it課堂練習(xí)B【練習(xí)13】如圖所示，在甲、乙兩圖分別接交流電源，下列關(guān)于圖中燈泡亮度變化的說法正確的是（）A．在甲圖中增大交流電頻率，燈泡變亮B．在甲圖的線圈L中插入鐵芯，燈泡變亮C．在乙圖中增大交流電頻率，燈泡變亮D．在乙圖的電容器中插入電介質(zhì)，燈泡變暗課堂練習(xí)【練習(xí)14】(多選)如圖所示實驗電路中，若直流電壓和交變電壓的有效值相等，S為雙刀雙擲開關(guān)，下面敘述正確的是(

)A.當(dāng)S擲向a、b時燈較亮，

擲向c、d時燈較暗B.當(dāng)S擲向a、b時燈較暗，

擲向c、d時燈較亮C.S擲向c、d，把電感線圈中的鐵芯抽出時燈變亮D.S擲向c、d，電源電壓不變，而使頻率減小時，燈變暗A(chǔ)C課堂練習(xí)【練習(xí)15】(多選)某同學(xué)在研究電容器、電感器對恒定電流與交變電流的影響時，采用了如圖所示的電路，