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- 2021-05-26 发布
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§5-2 描述交变电流的物理量
【学习目标】
1.理解交变电流的周期、频率以及它们之间的关系,知道我国生产和生活用电的周期(频率)的大小.
2.理解什么是交变电流的最大值和有效值,知道它们之间的关系.
【重点、难点】
重点:交变电流的有效值.
难点:对交变电流有效值的理解和相关的计算.
【知识梳理】
1.周期和频率
⑴周期:交变电流完成 所需的时间,通常用 表示,单位是 。角速度与周期的关系为 。
⑵频率:交变电流在 内完成周期性变化的次数,通常用 表示,单位是 。角速度与频率的关系为 。
⑶周期和频率的关系: 。( 注:转速n的单位是转每秒(r/s) )
(4)我国工农业及生活用电的周期为0.02s,频率为50Hz,电流方向每秒改变 次.
2.峰值与有效值
⑴峰值:交变电流在一个周期内电流或电压所能达到的 。
⑵有效值:根据电流的 来规定。让交变电流和恒定电流通过相同的 ,如果它们在一个周期内产生 ,则这个恒定电流I、电压U叫做这个交流电流的有效值。 人们常说的家庭电路的电压是220指的是它的
⑶正弦交变电流的有效值和峰值之间的关系:I= ,U= 。
注意:任何交变电流都有有效值,但上述关系只限于正弦交变电流,对其他形式的交变电流并不适用.
探究一、有效值
思考:右图是通过一个R=1欧姆的电阻的电流随时间变化的曲线。这个电流不是恒定电流。
(1)怎样计算通电1S内电阻R中产生的热量?
(2)如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通过这个电阻R,也能在1S内产生同样的热,这个电流是多大?
思考:1.时间为什么要取1s?
2.效果相同体现在哪些物理量要相等?
3.在什么情况下指的是有效值?在计算哪些物理量时用的是有效值?
4.下图所示为两个交变电流的图象,分别计算这两个交变电流的有效值为多大?
★①最大值在实际中有一定的指导意义,所有使用交流的用电器,其最大耐值应大于其使用的交流电压的最大值,电容器上的标称电压值是电容器两极间所允许电压的最大值.
★②线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速旋转时,电动势的最大值Em= .
探究二、最大值、有效值和平均值的应用
①电功、平均电功率以及确定保险丝的熔断电流等物理量时,要用有效 值计算.
②求一段时间内通过导体横截面的电量时要用 值,=t=
③在考虑电容器的耐压值时,则应根据交流电的 值
【当堂达标】
1.由交变电动势的瞬时表达式V可知( )
A.此交流的频率是. B.此交流的周期是s.
C.此交流电动势的有效值V. D.s时,该交流电动势达最大值.
2.有一交变电流如下图所示,则由此图象可知( )
A.它的周期是0.8 s B.它的峰值是4 A
C.它的有效值是2 A D.它的频率是0.8 Hz
3.在图所示电路中,A是熔断电流I0=2 A的保险丝,R是可变电阻,S是交流电源.交流电源的内电阻不计,其电动势随时间变化的规律是e=220 sin 314t V.为了不使保险丝熔断,可变电阻的阻值应该大于( )
A.110 Ω B.110 Ω
C.220 Ω D.220 Ω
4.标有“250 V 0.5 μF”字样的电容器能接入下面哪个电路中使用( )
A.220sin 100πt V B.220 V照明电路中
C.380sin 100πt V D.380 V动力电路中
【能力检测】
1. 电压随时间的变化规律如图所示,则此交流电的频率是_____Hz。若将该电压加在10uF的电容器上,则电容器的耐压值不应小于______V;若将该电压加在一阻值为1KΩ的纯电阻用电器上,用电器恰能正常工作,为避免意外事故的发生,该电路中保险丝的额定电流不能低于______A。
0.01
i /A
0.04
0.03
0.02
O
2.如图所示是一交流电随时间变化的图象,此交变电流的有效值是( )
A A B 5A
C 3. A D 3.5A
3.由交流电动势瞬时值表达e=10sin4πt(V),可知( )
A.此交流电的频率是4π(Hz) B.此交流电的周期是0.5s
C.当t=0.5s时,此交流电动势有最大值
D.当t=0时,产生此交流电的线圈平面与中性面重合
交变电流四值的比较
物理含义
重要关系
适用情况
瞬时值
交变电流某一时刻的值
e=Emsinωt
i=Imsinωt
计算线圈某一时刻所受安培力的情况,判断氖管是否发光
峰值
最大的瞬时值
Em=nBSω
Im= Em/(R+r)
确定用电器的耐压值
有效值
跟交变电流的热效应等效的恒定电流值
对于正弦式电流有:
, ,
(1)计算与电流热效应相关的量(如电功、电功率、热量);
(2)交流电表的测量值
(3)电气设备标注的额定电压和额定电流;
(4)保险丝的熔断电流
平均值
交变电流图象中图线与时间轴所夹面积与时间的比值
计算通过电路截面的电量:
q=Δt