1、第三节 交变电流 目标导航1.知道什么是直流，什么是交变电流2定性了解交流的变化规律及其图象表示和主要特征物理量(重点难点)3知道交流能通过电容器的原因，了解交流的这一特性在电子技术中的应用(难点)4初步了解发电机的构造和原理新知初探自学导引 一、交流发电机 1结构：由固定不动的“_”和连续转动的“_”组成.2原理：电磁感应现象，线圈在磁场中_产生感应电动势 定子转子转动3交流和直流：线圈在磁场中转动时产生的_、_随时间做_变化的电流叫交变电流方向不变的电流叫_ 大小方向周期性直流二、交流的变化规律 1正弦式电流：电流、电压随时间按正弦函数的规律变化 i_，u_.2产生：矩形线圈在匀强磁场里绕
2、垂直于磁场的转轴以某一角速度匀速转动，线圈中将产生_ ImsintUmsint正弦式交流电3描述交流电的物理量(1)峰值：说明交变电流在变化过程中所能达到的最大值,Um、Im分别为交变电流_、_的峰值(2)周期和频率 周期：交变电流完成一次周期性变化所用的_，符号为T.我国电网交变电流的周期是_.电压电流时间0.02s频率：交变电流在1 s内发生周期性变化的_，符号为_，单位为Hz.我国电网交变电流的频率是_.次数f50Hz周期和频率的关系：T1f或 f1T.三、交流能够通过电容器 当电容器接到交流电路上时，电容器交替进行充电和放电，电路中形成电流，电容对电流也有阻碍作用，电容器能够通_、隔_
3、 交流直流想一想1当电容器接到交流电路上时，自由电荷通过电容器两极板间的绝缘介质了吗？提示：没有电容器通交流的实质是当电容器接到交流电路上时，电容器不断的充放电,从而使电流中有了电流，自由电荷如果通过电容器两个极板间的绝缘介质，则电容器就被击穿了 四、交流的有效值1定义：把交流和直流分别通过相同的电阻，如果在相等的时间里它们产生的热量相等，我们就把这个直流电压、电流的数值称做交流电压、电流的_2正弦式电流有效值和峰值的关系UeUm20.707 Um，Ie Im20.707 Im.有效值想一想提示：不是只有正弦式电流的峰值和有效值之间才满足此关系 2所有的交变电流的峰值和有效值之间都满足 2倍的
4、关系吗？要点探究讲练互动 交变电流的产生及图象学案导引 1直流电和交流电的主要区别是什么？2根据交变电流的图象能否确定某一时刻的电压或电流？1.直流电和交变电流(1)直流电：方向不随时间变化的电流，称为直流电,简称直流，用字母“DC”或符号“”表示(2)交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流，称为交变电流，简称交流，用字母“AC”或符号“”表示2交流电的产生(如图331所示)图331 当闭合线圈在磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，穿过线圈的磁通量发生变化，因而在线圈中就产生感应电流线圈做周期性的运动，在线圈中就产生了大小和方向随时间变化的交变电流3正弦式电流的图象(如图332所示)图3
5、32 特别提醒：(1)电流方向随时间做周期性变化，是交流电的最主要特征，也是交流电与直流电的最主要区别(2)交变电流的方向一个周期内改变两次,我国使用的交变电流：T0.02 s，f50 Hz，电流方向每秒改变100次例1(2012北京朝阳区会考模拟)频率为50 Hz 的交变电流，其电压表达式为 u120 2sint V，把它加在激发电压、熄灭电压均为 84 V 的霓虹灯的两端，求在一个周期内霓虹灯点亮的时间？【审题指导】根据电压的瞬时值表达式求出电压为84 V的时刻，并求出半个周期内的点亮时间，最后根据对称性求出一个周期内的点亮时间【精讲精析】该交变电压的周期 T150 Hz0.02 s 电压
6、的最大值 Um168 V284 V.作出交变电压的 ut 图象如图 333 所示，图333 由于加在霓虹灯管两端电压大于 84 V 时灯管才发光，由图象可知在半个周期内灯管点亮的时间是 tt2t1，U168sin(2ft)V84 V，则 2ft16，t1 1600 s；2ft256，t2 5600 s，所以 tt2t1 1150 s.根据图象的对称性可知一个周期内的点亮时间是 175 s.【答案】175 s变式训练1(2012天津南开中学高二检测)一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，产生的交变电动势的图象如图334所示，则()图334 A交变电流的频率是4 HzB当t s时，u有最大值C交流电的
7、周期是2 sD交变电压的瞬时值表达式是u10sin2tV解析：选 C.由图象可知交变电压的最大值、周期分别是 10 V、2 s，在 s 时，u0 有最小值，故 B 错，C 对；由周期、频率和角速度的关系得：f1T 12Hz，2T 22rad/s1 rad/s.交变电压的瞬时值 uEmsint10sint V，故 A、D 错学案导引 1正弦式电流的有效值是最大值的一半吗?2在交流电路中电压表和电流表测得的是交流电的瞬时值还是有效值？对交流有效值的理解1在定义有效值时要注意：三同相同电阻相同时间产生相同热量2公式 EEm/2、UeUm/2、IeIm/2 仅适用于正弦式电流3(1)对于正弦式电流，可
8、以先根据图象或公式求出交变电流的峰值，然后根据 EEm2，求出正弦式电流的有效值(2)对非正弦式电流先假设交变电流通过电阻R，计算交流电在一个周期内产生的热量Q可分段计算 将热量Q用相应的物理量的有效值表示QI2Rt，QU2R 代入数据，求出有效值4有效值的应用(1)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：PIU中，U、I均为有效值(2)在交流电路中，电压表、电流表、功率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、电流及电功率指的都是有效值(3)我国民用交变电流：照明电压220 V和动
9、力电压380 V都是指有效值特别提醒：“有效值”定义中有“相等时间”相等时间不是指任意长或任意短的时间指的是一个周期或周期的整数倍(2012承德学业水平预测)两个完全相同的电热器，分别通有如图335所示的峰值相等的方波交变电流和正弦式交变电流,求这两个电热器的电功率之比例2图335【关键提醒】解答本题应注意以下三点(1)计算电热器的电功率应用交流电的有效值(2)图乙是正弦式交变电流，最大值和有效值具备 2的关系(3)图甲是方形波，其有效值的计算必须按有效值的定义进行【精讲精析】交变电流通过纯电阻 R 时，电功率 PI2R，I 是交变电流的有效值交变电流的有效值 I 是峰值 Im 的 1/2.这
10、一结论是针对正弦式交变电流的至于方波交变电流通过纯电阻 R 时电流的大小 Im 不变，只不过是方向发生周期性的变化而电流通过电阻时的发热量与电流的方向无关，所以峰值为 Im的方波交变电流通过某纯电阻的电功率等于该电流(Im 的稳定电流)通过该纯电阻的电功率设电热器的电阻为 R，通过方波交变电流时发热功率为 P1，通过正弦式电流时发热功率为 P2.则有 P1I2mR，P2I2RIm22RI2mR2故 P1P221.【答案】21变式训练2如图336所示是一交变电流的it图象,则该交变电流的有效值为()图336A4 A B2 2 AC.83 A D.2 303A解析：选 D.设该交变电流的有效值为
11、I，t11 s，t22 s，由有效值的定义得Im22Rt1I2mRt2I2Rt.而 tt1t23 s，代入数据解得：I2 303A，故 D 正确热点示例创新拓展 交变电流的平均值和有效值经典案例(14分)如图所337示，矩形线圈的匝数为n，线圈面积为S，线圈电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO轴以角速度匀速转动，产生的感应电动势最大值为EmnBS，外电路电阻为R，在线圈由图示位置转过90的过程中，求：图337(1)通过电阻R的电荷量q.(2)电阻R上产生的焦耳热Q.【思路点拨】解答本题的关键是弄清求解通过电阻的电荷量和产生的焦耳热分别用电流的瞬时值、平均值、峰值还是有效值【解题样板】(
12、1)在此过程中，穿过线圈的磁通量变化 BS,时间 tT4 2，(3 分)产生的平均电动势为 E nt 2nBS,(2 分)平均电流为 I ERr2nBSRr，(2 分)通过 R 的电荷量 q I tnBSRr.(2 分)(2)在该过程中电阻 R 上产生的焦耳热为一个周期内产生焦耳热的14，(2 分)Q14I2RT14nBS/2Rr2R2 RnBS24Rr2.(3 分)【答案】见解题样板【误区警示】利用交变电流的有效值和平均值解题容易出现的错误：(1)分不清有效值和平均值的应用范围，凡涉及电功、电热等电流热效应的求解都用有效值，交流电的平均值只用于通过导体电荷量的求解；(2)易将只适用于正弦交变电流的正弦式电流的有效值是峰值的 12倍的关系推广到所有的交流电中使用