描述交變電流的物理量教案（描述交變電流的物理量ppt）

一、周期和頻率

孩子學(xué)習(xí)？對(duì)于所有的家長來，最關(guān)心就是孩子的學(xué)習(xí)，對(duì)吧？如何幫孩子提升學(xué)習(xí)成績呢？影響孩子學(xué)習(xí)成績的因素有哪些？左養(yǎng)右學(xué)教育賴頌強(qiáng)團(tuán)隊(duì)13年的家庭教育服務(wù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，影響孩子學(xué)習(xí)的主要因素有22條之多，家長你了解幾條呢？

周期和頻率是描述交變電流變化快慢的物理量.

1.周期T

交變電流完成一次周期性變化所需的時(shí)間叫做它的周期，通常用T表示，單位是秒，符號(hào)是s.周期越大，交變電流變化得越慢.

2.頻率f

交變電流在1s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)叫做它的頻率，通常用f表示，單位是赫茲，符號(hào)是Hz，頻率越大，交變電流變化得越快.

3.角速度（圓頻率）ω

線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度叫做角速度，通常用ω表示，單位是弧度每秒，符號(hào)是rad/s.角速度越大，交變電流變化得越快.

4.ω、T、f的關(guān)系

（1）周期和頻率的關(guān)系：T＝1/f或f=1/T.

（2）角速度與周期、頻率的關(guān)系：ω=2π/T＝2πf.

?正弦式交變電流一個(gè)周期內(nèi)電流的方向改變兩次.

我國民用交變電流是頻率為50Hz、周期為0.02s、每秒內(nèi)電流的方向改變100次的正弦式交變電流.

?影響正弦式交變電流周期和頻率大小的因素是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的角速度ω.

?與任何周期性變化過程一樣，交變電流也要用周期或頻率表示變化的快慢，線圈在垂直勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向上勻速轉(zhuǎn)動(dòng)一周，交變電流恰好完成一次周期性變化，電動(dòng)勢(shì)、電流都按正弦規(guī)律變化一次，交變電流在一個(gè)周期內(nèi)方向改變兩次.

?感覺不到日光燈閃爍的原因

我們知道日光燈接入的是交變電流，在一個(gè)周期內(nèi)，日光燈明暗交替兩次，也就是說日光燈實(shí)際上是時(shí)明時(shí)暗的，但我們?yōu)槭裁锤杏X不到日光燈的閃爍呢？

例題：有一正弦交流電源，電壓有效值U＝120V，頻率為f＝50Hz，向一霓虹燈供電，若霓虹燈的激發(fā)電壓和熄滅電壓均為U?＝60√2V，試估算在一個(gè)小時(shí)內(nèi)，霓虹燈發(fā)光時(shí)間有多長。為什么人眼不能感到這種忽明忽暗的現(xiàn)象？

因?yàn)槲覈裼媒蛔冸娏鞯闹芷谑?.02s，也就是一秒內(nèi)日光燈亮100次，暗100次，由于人的視覺有一個(gè)暫留現(xiàn)象，視覺神經(jīng)受到外界光的刺激作用消失后，視覺還會(huì)保留一個(gè)短暫時(shí)間，這個(gè)時(shí)間約為0.05～0.1s，大于日光燈閃爍的時(shí)間間隔，故我們感覺不到日光燈閃爍.

5.轉(zhuǎn)速n

產(chǎn)生交變電流的線圈單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過的圈數(shù)叫做轉(zhuǎn)速，通常用n表示，單位是轉(zhuǎn)每秒，符號(hào)是r/s.轉(zhuǎn)速越大，交變電流變化得越快.

6.轉(zhuǎn)速n與角速度ω的關(guān)系

（1）轉(zhuǎn)速單位是r/s時(shí)，ω＝2πn；

（2）轉(zhuǎn)速單位是r/min時(shí)，ω＝πn/30.

二、峰值和有效值

1.峰值

（1）交變電流的電壓、電流所能達(dá)到的最大數(shù)值叫做峰值，可以用來表示電壓的高低或電流的強(qiáng)弱.交變電流的電動(dòng)勢(shì)、電流、電壓的峰值分別用E?、I?、U?表示.

對(duì)于正弦式交變電流來說，峰值等于線圈轉(zhuǎn)至與磁場(chǎng)方向平行位置時(shí)交變電流的瞬時(shí)值，例如n匝線圈（內(nèi)阻為r）繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)軸在磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的正弦式交變電流的峰值可表示為E?＝nBsω，流過電阻的電流I?=nBSω/R+r.

【注意】峰值不適合用來描述交變電流產(chǎn)生的效果.

?與圓周運(yùn)動(dòng)一樣

（2）應(yīng)用：電容器所能承受的電壓要高于交流電壓的峰值，否則電容器就可能被擊穿.

2.有效值

由于交變電流的大小和方向都可能隨時(shí)間變化，它產(chǎn)生的效果也隨時(shí)間變化，在實(shí)際中我們常常不研究它的瞬時(shí)效果，而是只要知道交變電流在某段時(shí)間內(nèi)的平均效果即可，該平均效果下的電壓值、電流值用有效值來表示.

定義：讓交變電流與恒定電流分別通過大小相同的電阻，如果在交變電流的一個(gè)周期內(nèi)它們產(chǎn)生的熱量相等，而這個(gè)恒定電流是、電壓是U，我們就把U叫做這個(gè)交變電流的有效值.

?對(duì)有效值的理解

從有效值的定義看，“有效”是指電流的熱效應(yīng)等效，要注意交變電流與恒定電流的效果相同是指使相同電阻在相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等.

定義有效值時(shí)要注意“三同”：電阻相同、時(shí)間相同、產(chǎn)生的熱量相同.

?如果沒有特別說明，交變電流的電壓、電流，用電器設(shè)備上標(biāo)出的額定電壓、額定電流，交流電表測(cè)量的數(shù)值，無特別說明時(shí)提到的交變電流的數(shù)值，都是指有效值.

3.正弦式交變電流的有效值I有、U有與峰值I?、U?之間的關(guān)系.

磁通和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（感應(yīng)電流）的函數(shù)關(guān)系圖：

正弦式交流電的有效值

正弦式交變電流有效值推導(dǎo)

一個(gè)正弦式，一個(gè)余弦式對(duì)同一電阻供電同為一個(gè)周期.

①完全對(duì)應(yīng)關(guān)系，一個(gè)周期產(chǎn)生的熱量是相通的.

②同一時(shí)刻的熱功率之和為(I?sinωt)2R+(I?cosωt)2R=I?2R.

③一個(gè)周期總熱量為I?2RT，那么一個(gè)正弦式的熱量為I?2RT/2.

④I?2RT/2=I有2RT,I有=√2I?/2.

?某交變電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為u＝8√2sin（100πt）V，把標(biāo)有“8V 2W”的小燈泡接在此電源上會(huì)不會(huì)被燒壞？把標(biāo)有“8V”的電容器接在此電源上會(huì)不會(huì)被擊穿？

答案：由u＝8√2sin（100πt）V知，交變電壓的最大值是8√2V，有效值是8V，標(biāo)有“8V 2W”的小燈泡中的“8V”是有效值，因此小燈泡不會(huì)燒壞；而標(biāo)有“8V”的電容器可能被擊穿.

4.幾種典型電流的有效值

鋸齒狀電流的有效值

例題：如圖所示為一交變電流的電流隨時(shí)間變化的圖象.此交變電流的有效值是（D）

例題：如圖所示為一交流電壓隨時(shí)間變化的圖像。每個(gè)周期內(nèi)，前三分之一周期電壓按正弦規(guī)律變化，后三分之二周期電壓恒定。根據(jù)圖中數(shù)據(jù)可得，此交流電壓的有效值為？

有兩個(gè)完全相同的定值電阻，其中一個(gè)通有如圖所示的交變電流（圖中曲線為余弦線線的一部分），另一個(gè)通有大小為√17/2A的恒定電流，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在2s時(shí)間內(nèi)這兩個(gè)電阻產(chǎn)生的熱量相等，則圖中a的值等于()

例題：如圖所示的交變電流，最大值為Im，周期為，則下列有關(guān)該交變電流的有效值，判斷正確的是（）

三、相位

1.相位與初相位

交變電流的電壓瞬時(shí)值表達(dá)式u＝U?sin（ωt＋φ）中的ωt＋φ相當(dāng)于角度的量，即“ωt＋φ”稱為交變電流的相位，t＝0時(shí)的相位φ稱為交變電流的初相位.

如圖所示，甲、乙兩交流電的瞬時(shí)電壓與時(shí)間關(guān)系分別為

2.相位差

兩支交變電流的相位之差叫做它們的相位差，對(duì)于頻率相同的兩支交變電流，初相位分別為φ?和φ?，其相位差等于其初相位之差，即△φ＝φ?-φ?.

相位差的作用：用來比較交變電流的變化步調(diào).

1.如果兩個(gè)頻率相同的交變電流的相位差是元或元的奇數(shù)倍，即△φ＝（2＋1）π（n＝0，1，2，…），則稱它們?yōu)榉聪啵醋兓秸{(diào)始終相反.

2.如果它們的相位差是0或2π的整數(shù)倍，即△φ＝2nπ（n＝0，1，2，…），則稱它們?yōu)橥啵醋兓秸{(diào)始終相同.

?不同的交流發(fā)電機(jī)在向同一個(gè)電網(wǎng)供電的時(shí)候，它們的相位必須完全相同，即相位差必須保持為0.

?兩正弦式交變電流的相位差必然是個(gè)常數(shù)，不隨時(shí)間變化，這種說法正確嗎？

答案：錯(cuò)誤；只有兩支交變電流的頻率相同時(shí)，其相位差才是個(gè)常數(shù).

例題：已知兩正弦式交變電流的電動(dòng)勢(shì)分別為e?＝150sin（100πt＋π/3）（V），e?＝100sin（100πt-π/6）（V），試求二者的：（1）峰值；（2）頻率；（3）周期；（4）相位；（5）初相位；（6）相位差，并說明電動(dòng)勢(shì)的超前、滯后關(guān)系。

例題：如圖所示，一矩形線圈abcd放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，并繞過ab、cd中點(diǎn)的軸OO′以角速度ω逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。若以線圈平面與磁場(chǎng)夾角θ=45°時(shí)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，并規(guī)定當(dāng)電流自a流向b時(shí)電流方向?yàn)檎?，則下列四幅圖像中正確的是（）