高中物理第3章交变电流1交变电流的特点课件鲁科版选修3_2-55张 55页

第 3 章　交 变 电 流 第 1 节　交变电流的特点 一、恒定电流与交变电流的比较 1. 两种电源 : (1) 直流电源 :__( 选填“ A. 没有”或“ B. 有” ) 正负 极。 (2) 交流电源 :__( 选填“ A. 没有”或“ B. 有” ) 正负 极。 B A 恒 定 电 流 交 变 电 流 定义 大小和方向都不随时间变化的电流 大小和方向随时间做 _______ 变化的 电流 图象 形状 2. 两种电流的比较 : 周期性 恒 定 电 流 交 变 电 流 图象 特点 一条与时间 轴 _____ 的直线 有时会在 _______ 的上方 , 有 时会在 _______ 的下方 , 即随 _____ 做周期性变化 平行 时间轴 时间轴 时间 二、交变电流的周期和频率 1. 周期 : (1) 定义 : 交变电流完成 1 次 _______ 变化所需要的时间 , 用 __ 表示。 (2) 国际单位 : 秒 (s) 。 (3) 意义 : 描述交变电流变化 _____ 的物理量。周期越大 , 表示交变电流完成 1 次周期性变化所需要的时间越长 , 也就是变化得 __( 选填 A. 越慢　 B. 越快 ) 。 周期性 T 快慢 A 2. 频率 : (1) 定义 : 交变电流在 1 s 内完成 _______ 变化的次数 , 用 __ 表示。 (2) 国际单位 :_________ 。 (3) 描述交变电流变化 _____ 的物理量。频率越大 , 表示 交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数 _____, 也就是变化得 __( 选填 A. 越慢　 B. 越快 ) 。 周期性 f 赫兹 (Hz) 快慢 越多 B 3. 周期和频率的关系 :T= 或 f= 。 4. 我国市电的频率 : 频率为 50 Hz, 电流的方向在 1 s 内 改变 ____ 次。 5. 正弦式交变电流 : 电流的大小和方向随时间按 _______ ___ 变化。 100 正弦规 律 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电压和电流能达到的 最大值 , 又称 _____ 。交变电流的电压、电流的峰值分 别用 U m 和 I m 表示。 2. 有效值 : 让恒定电流和交变电流分别通过 _________ 的电阻 , 使它们在 _________ 内产生的热量 _____, 则把 该恒定电流的数值规定为这个交变电流的有效值。交 变电流的电压、电流的有效值分别用 U 、 I 表示。 峰值 阻值相同 相同时间 相等 3. 正弦式交变电压及交变电流的有效值和峰值之间的关系 :U= ≈_______;I= ≈_______ 。 0.707U m 0.707I m 4. 有效值的特殊情况 : (1) 通常所说照明电路的电压是 ____V 和动力电压 ____V 都指的是交变电流的有效值。 (2) 各种使用交流的电气设备的铭牌上所标的额定电流 和额定电压的数值都是它的 _______ 。 220 380 有效值 (3) 交流电压表和交流电流表所测得的数值是 _______ 。 (4) 如果没有特别说明 , 一般说到交流的电动势、电压、 电流或计算电功率、电热时 , 指的都是 _______ 。 有效值 有效值 【 思考辨析 】 (1) 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。 ( 　　 ) (2) 只要是交变电流 , 其峰值就是有效值的 倍。 ( 　　 ) (3) 家用电器铭牌上标称的电流、电压都是指有效值。 ( 　　 ) (4) 我国生活用电在每秒钟内电流方向变化 50 次。 ( 　　 ) 提示 : (1)× 。生活用电的电压 220 V 和动力用电的电压 380 V 都是指有效值。 (2)× 。只有正弦式交变电流的峰值是有效值的 倍 , 其他形式的交变电流一般不是这种关系。 (3)√ 。通常所说的交变电流的电流、电压 , 交流电表 的读数 , 家用电器的额定电压、额定电流 , 保险丝的熔 断电流等都是指有效值。 (4)× 。我国生活用正弦交变电流的周期是 0.02 s, 频率是 50 Hz, 在每秒钟内电流方向变化 100 次。 一　直流电和交流电 考查角度 1 直流电和交流电的理解 【 典例 1】 ( 多选 )(2019· 南平高二检测 ) 下列关于交变电流和直流的说法中 , 正确的是 ( 　　 ) A. 如果电流的大小做周期性变化 , 则一定是交变电流 B. 直流的大小可以变化 , 但方向一定不变 C. 交变电流一定是按正弦或余弦规律变化的 D. 交流电的最大特征就是电流的方向发生周期性变化 【 解析 】 选 B 、 D 。如果只有电流大小做周期性变化而电流方向不变 , 则为直流电 , 故 A 错误 ; 直流电的大小可以变化 , 但方向一定不变 , 故 B 正确 ; 只要电流的方向发生变化 , 则就是交流电 , 不一定是按正弦或余弦规律变化的 , 故 C 错误 ; 交流电的最大特征就是电流的方向发生周期性变化 ,D 正确。 【 核心归纳 】 (1) 直流电是方向不随时间变化的电流 ; 交变电流是大小和方向随时间做周期性变化的电流 , 或大小不变、方向改变的电流。 (2) 区分直流电和交流点的关键是看电流的方向是否随时间发生变化。 考查角度 2 直流电和交流电的图象区别 【 典例 2】 ( 多选 ) 如图所示的四种电流随时间变化的图象中 , 属于交变电流的有 ( 　　 ) 【 解析 】 选 C 、 D 。 A 图电流数值总为正 , 表示电流方向不变 , 是直流电。 B 图电流值也总是正值 , 表示电流方向不变 , 电流大小随时间变化 , 也是直流电。 C 图电流大小不随时间变化 , 但方向随时间变化 , 是交变电流。 D 图电流大小和方向都随时间变化 , 是交变电流 , 而且是正弦式交变电流。因此 , 是交变电流的有 C 和 D 。 【 核心归纳 】 (1) 交变电流的共同特点是方向做周期性变化 , 大小可以变 , 也可以不变。 (2) 电流方向的变化在电流图象中表现为电流正负数值的变化。 【 过关训练 】 1. 关于交变电流 , 下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 变化的电流 , 一定不是直流电 B. 大小不变的电流 , 一定是恒定电流 C. 方向变化的电流是交变电流 D. 方向变化的电流不一定是交变电流 【 解析 】 选 C 。大小变化 , 方向不变的电流是直流电 , 故选项 A 错误 ; 大小不变的电流 , 如果方向变化 , 就不是恒定电流 , 故选项 B 错误 ; 交变电流是指方向随时间变化的电流 , 不管其大小是否变化 , 只要方向变化就是交变电流 , 故选项 C 正确 ,D 错误。 2. 如图所示的电流 , 属于交变电流的是 ( 　　 ) 【 解析 】 选 C 。电流大小和方向随时间做周期性变化的电流叫作交变电流 , 而 A 、 B 、 D 所示的电流虽然大小都变 , 但方向不发生变化 , 所以 A 、 B 、 D 所示的电流仍然是直流 , 但不是恒定电流 , 恒定电流的大小和方向都是恒定的。故选 C 。 【 补偿训练 】 　　 ( 多选 ) 如图所示 , 图象中属于交流电的有 ( 　　 ) 【 解析 】 选 A 、 B 、 C 。交流电是指电流的方向发生变化的电流 , 电流的大小是否变化对其没有影响 , 电流的方向变化的是 A 、 B 、 C, 故 A 、 B 、 C 是交流电 ,D 是直流电 , 故选 A 、 B 、 C 。 二　交变电流有效值的理解和计算 考查角度 1 交变电流的理解 【 典例 1】 ( 多选 ) 关于交变电流的有效值 , 下列说法正确的是 C. 在交流电路中计算用电器的热量、功率时 , 交流电流或电压要用有效值 D. 电器设备上所标的电压电流值是最大值 【 解析 】 选 B 、 C 。交流电的有效值是根据电流的热效应来定义的 , 故 A 错误 ,B 正确 ; 在交流电路中计算用电器的热量、功率时交流电流或电压要用有效值 , 故 C 正确 ; 电器设备上所标的电压电流值是有效值 , 只有在电容器上所标的是最大值 , 故 D 错误。 【 核心归纳 】 对交变电流有效值的理解 : (1) 交变电流的有效值是根据电流的热效应来定义的 , 交变电流和恒定电流是一种等效替代关系。 (2) 理解交变电流的有效值要注意“三同” : 电阻相同 , 时间相同 , 产生的热量相同。 (3) 在交流电路中 , 电压表、电流表等电工仪表的示数均为交变电流的有效值 , 在没有具体说明的情况下 , 所给出的交变电流的电压、电流指的都是有效值。 (4) 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=UI 中 ,U 、 I 均为有效值。 考查角度 2 交变电流有效值的计算 【 典例 2】 (2018· 全国卷 Ⅲ) 一电阻接到方波交流电 源上 , 在一个周期内产生的热量为 Q 方 ; 若该电阻接到正 弦交流电源上 , 在一个周期内产生的热量为 Q 正 。该电 阻上电压的峰值均为 u 0 , 周期均为 T, 如图所示 , 则 Q 方 ∶ Q 正 等于 A.1∶ 　 B. ∶1 　　　 C.1∶2 　　 　 D.2∶1 【 解析 】 选 D 。据 得： 、 , 两式相除就有 =2︰1 ，故选 D 。 【 核心归纳 】 交变电流有效值的计算方法 : (1) 若是正弦式交变电流 , 可利用交变电流的有效值与峰值间的关系求解 , 即 U= ;I= 。 (2) 若不是正弦式交变电流 , 则必须根据电流的热效应来求解其有效值 , 且时间取一个周期。 (3) 计算方法 : 假设让交变电流通过电阻 R, 计算交变电流在一个周期内产生的热量 Q( 可分段计算 ), 其中热量 Q 用相应的物理量 I 或 U 来表示 ( 如 Q=I 2 RT 或 Q= T), 则 I 或 U 为交变电流的相应有效值。 【 易错提醒 】 计算交变电流有效值的三点提醒 (1) 交变电流产生的热量与电流的方向无关。 (2) 求解有效值时 , 时间一般只选取一个周期。 (3) 交变电流在一个周期内产生的热量 , 等于各阶段电流产生的热量之和。 【 过关训练 】 1. 如图所示是一交变电流的 i-t 图象 , 则该交变电流的有效值为 A.4 A B.2 A C. A D. A 【 解析 】 选 D 。设该交变电流的有效值为 I, 由有效值的 定义得 Rt 1 + Rt 2 =I 2 Rt 。而 t=t 1 +t 2 , 代入数据解 得 :I= A, 故 D 正确。 2. 如图甲所示是某种型号的电热毯的电路图 , 电热毯接在交变电源上 , 通过装置 P 使加在电热丝上的电压的波形如图乙所示。此时接在电热丝两端的交流电压表的读数为 ( 　　 ) A.110 V 　　　 B.156 V 　　　 C.220 V 　　　 D.311 V 【 解析 】 选 B 。交流电压表测量的是交流电压的有效 值。题图乙所示波形为正弦交变电流在时间轴上方的 部分。取一个周期 T 的时间 , 根据有效值的定义 有 : ·T= · , 代入数据解得 , 有效值为 U≈156 V, 故选项 B 正确。 【 补偿训练 】 1. 夏天空调正常工作时 , 制冷状态与送风状态交替运行。一台空调在不同工作状态下电功率随时间变化的关系如图所示 , 此空调运转 1 h 用电 ( 　　 ) A.1.0 度　　　 B.1.5 度　　　 C.2.0 度　　　 D.2.5 度 【 解析 】 选 B 。由图象知 , 电功率随时间的变化周期为 15 min, 前 5 min 为 0.5 kW, 后 10 min 为 2 kW 。设电功率 的有效值为 P, 周期为 T, 据有效值定义有 P 1 +P 2 =PT, 将 P 1 =0.5 kW,P 2 =2 kW 代入得 :P=1.5 kW 。此空调 1 h 用 电 W=Pt=1.5( 度 ) 。 2. 如图所示的交变电流 , 周期为 T, 试计算其有效值 I 。 【 解析 】 由图可知 , 该交变电流在每个周期 T 内都可看 作两个阶段的直流电流 : 前 中 ,I 1 =6 A, 后 中 ,I 2 = 3 A 。在一个周期中 , 该交变电流在电阻 R 上产生的热量 为 :Q= R · + R · =6 2 R · +3 2 R · =18R · T ① 设该交变电流的有效值为 I, 则上述热量 Q=I 2 · R · T ② 联立①、②两式 , 可得有效值为 I=3 A 。 答案 : 3 A 【 拓展例题 】 考查内容 : 交变电流有效值的计算 【 典例 】 多数同学家里都有调光台灯、调速电风扇。 过去是用变压器来实现的 , 缺点是成本高、体积大、效 率低 , 且不能任意调节灯的亮度或电风扇的转速。现在 的调光台灯、调速电风扇是用可控硅电子元件来实现 的。如图所示为经过一个双向可控硅元件调节后加在 电灯上的电压。即在正弦交流电的每一个二分之一周期中 , 前面四分之一周期被截去。调节台灯上的旋钮可以控制截去的多少 , 从而改变电灯上的电压。那么现在电灯上的电压为多少 ? 【 解析 】 根据有效值的定义 , 在一个周期内交变电流通 过电阻 R 产生的热量 Q=( ) 2 × × 。 给 R 加上直流电压 U, 则在一个周期 T 内产生的热量 : Q= T 。两式联立得 U= 。 答案 :