高中物理 3.3交变电流课件 新人教版选修1-1

高中物理 3.3交变电流课件 新人教版选修1-1内容摘要：

1、三、交变电流 情景导入 课程目标 用一块蹄形磁铁慢慢地接近发光的白炽灯泡 , 可以看到灯丝在不停地颤动 , 而移去磁铁后就不再有这种现象。 想想看 , 是什么原因使灯丝颤动起来的呢 ? 提示 : 家庭电路中 , 由于流过灯丝中的电流方向随时间周期性变化 , 所以处在磁场中的灯丝受到的安培力的大小、方向都随时间周期性变化 , 因而灯丝就会不停地颤动。 1 . 了解交变电流是怎样产生的。 2 . 定性了解交流的变化规律及其图象表示和主要的特征物理量。 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。 4 . 初步了解发电机、交变电流的发明和利用对促进人类社会进步的作 2、用 , 进一步体验科学、技术与社会生活之间的密切联系。 一 二 三 四 一、交流发电机 1 . 结构 : 由固定不动的 “ 定子 ” 和连续转动的 “ 转子 ” 组成。 2 . 原理 : 电磁感应现象 , 即无论是哪种交流发电机都是由于转子的转动使得穿过线圈的 磁通量 发生变化 , 从而在线圈中激发出感应电动势。 3 . 交流和直流 大小和 方向 随时间做周期性变化的电流叫交变电流 , 简称交流。 方向 不变的电流叫直流。 思考 交流和直流最根本的区别是什么 ? 常用什么符号来表示 ? 提示 :交流和直流最根本的 区别是电流方向是否变化。 交流的电流大小可以不变 ,但方向一定随时间周期性变化 , 3、而直流的大小可以变化 ,方向一定不变 ;交流和直流通常分别用符号 表示。 一 二 三 四 二、交流的变化规律 1 . 正弦式电流 ( 1 ) 概念 : 电流或电压随时间按 正弦函数 的规律变化的交变电流叫正弦式电流。 ( 2 ) 产生 : 矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于 磁场 的转轴以某一角速度匀速转动 , 线圈中将产生正弦式电流。 一 二 三 四 2 . 描述交变电流的物理量 ( 1 ) 峰值 : 说明交变电流在变化过程中所能达到的 最大 值 , x、 流的峰值。 ( 2 ) 周期和频率 周期 : 交变电流完成一次 周期性 变化所用的时间 , 符号为 T , 它的单位是 秒。 频率 : 交变 4、电流在 1 s 内发生周期性变化的 次数 , 符号为 f , 单位为 赫兹。 周期和频率的关系 : T=1。 一 二 三 四 思考 我国电网中使用的交变电流 , 周期和频率分别是多少 ? 这种电流 1 s 内方向改变多少次 ? 提示 :我国电网中的交变电流 ,周期 T= 0 . 02 s ,频率 f= 50 1 s 内电流的方向改变 1 0 0 次。 一 二 三 四 三、交流能够 “ 通过 ” 电容器 1 . 交变电流通过电容器的本质 当电容器接到交流电路上时 , 由于电容器交替进行 充电 和 放电 , 从而在电路中形成电 流 , 表现为交流 “ 通过 ” 了电容器。 2 . 电容器的作用和 5、应用 电容器能够通 交流 、隔 直流 , 这一点在电子技术中有重要应用。 思考 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 ,电容器不断地充、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。 一 二 三 四 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、电流的数值称作交流电压、电流的有 效值。 2 . 正弦式电流有效值和峰值的关系 2 0 . 7 0 7 6、2 0 . 7 0 7 思考 所有的交变电流峰值和有效值之间都满足 2 倍的关系吗 ? 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。 探究 一 探究 二 探究一 对交变电流的理解 问题导引 描述交变电流变化快慢的物理量有哪些 ? 它们之间有什么关系 ? 描述交变电流大小的物理量有哪些 ? 对于正弦式电流 , 它们之间有何关系 ? 提示 :描述交变电流变化快慢 的物理量有交流的周期 T 和频率 f ,它们之间的关系为 T=1;描述交变电流大小的物理量有峰值 ( Im a x、 Um a x) 、瞬时值 ( i、u ) 和有效值 ( 对于正弦式电流 ,它们之间的关系为 i= Im 7、a xs t , u = Um a xs t ; m a 0 . 707 Im a x, m a 0 . 7 0 7 Um a x。 探究 一 探究 二 名师精讲 1 . 直流与交流的对比 按大小和方向的变化规律 , 可将电流作如下的分类 : 直流 恒定电流 大小、方向均恒定 非恒定电流 仅方向恒定 交变 电流 正弦式交变电流 电流、电压随时间按正弦函数规律变化的交变电流 非正弦式交变电流 电流、电压随时间不按正弦函数规律变化的交变电流 探究 一 探究 二 温馨提示 ( 1 ) 电流大小和方向随时间做周期性变化是交变电流的最重要特征。 恒定电流仅仅是直流中的一种 ;同样 ,交变电流也并不都是正弦 8、式交变电流 ,正弦式交变电流的特殊规律不能适用于所有交变电流。 ( 2 ) 各种使用交变电流的电器设备上所标的、交流电表所测得的以及我们在叙述中没有特别加以说明的交流的值 ,都是指有效值。 ( 3 ) 在计算交变电流通过导体产生的热量、 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 = , U 、 I 均为有效值。 探究 一 探究 二 【例题 1 】 如图所示为一正弦式电流的 u t 图象 , 由图可知 : 该交变电流的频率为 电压的有效值为 V。 解析 :由图知 T= 0 . 02 s ,交变电流的频率 f=1=10 . 025 0 正弦式交变电流有效值 9、和峰值之间的关系是 U=m a I=m a 所以电压有效值 U=m a 002V = 50 2 V。 答案 : 50 50 2 探究 一 探究 二 题后反思 公式 U= m a x 2 、 I= m a x 2 仅适用于正弦式交变电流。 探究 一 探究 二 探究二 对交流能够通过电容器的理解 问题导引 使用 220 V 交流电源的电器设备 , 金属外壳与电源之间都有良好的绝缘 ( 即外壳不与电源直接相连 ), 但是 , 有时候用手摸外壳时仍会感到 “ 麻手 ” ,这是什么原因 ? 提示 :因为与电源直接相连的机芯和金属外壳构成了电容器的两个极板 ,电源中的交变电流能 “ 通过 ” 这个 “ 10、电容器 ” ,产生 “ 漏电 ” ,故手摸外壳时会感到 “ 麻手 ”。 探究 一 探究 二 名师精讲 1 . 为什么交变电流能通过电容器 将电容器和电源相连 , 当开关合上时 , 电容器正极板上的自由电子便被电源所吸引 , 并被推送到负极板上面 , 由于电容器两极板之间隔有绝缘材料 ,所以从正极板跑过来的自由电子便在负极板上面堆积起来 , 正极板上便因电子减少而带上正电 , 负极板便因电子逐渐增加而带上负电 , 电容器两个极板之间便有了电压 , 当这个电压与电源电压相等时 , 电容器的充电就停止了 ,此时若将电源切断 , 电容器仍能保持充电电压。 对已充电的电容器 , 如果我们用导线将两个极板 11、连接起来 , 由于两极板间存在电 压 , 电子便会通过导线 ,回到正极板上 , 直至两极板间的电势差为零 , 电容器又恢复到不带电的中性状态 , 导线中也就没电流了。 在电容器充、放电的过程中 , 从外电路来看 , 导线中的电荷确实在流动 , 所以交变电流能够通过电容器。 探究 一 探究 二 2 . 电容器对交流的阻碍作用 ( 容抗 ) 与哪些因素有关 加在电容器两个极板上的交变电流频率高 , 电容器的充放电次数多 , 充放电电流增强 , 也就是说 , 电容器对于频率高的交变电流的阻碍作用就减小 ,即容抗小 , 反之电容器对频率低的交变电流产生的容抗大。 对于同一频率的交变电流 , 电容器的电容量 12、越大 , 容抗就越小 , 电容量越小 , 容抗 就越大。 探究 一 探究 二 【例题 2 】 如图所示的电路中 , 若要灯泡持续发光 , 则 S 端应该接入( ) A. 交流电源 B. 直流电源 C. 滑动变阻器 D. 开关 解析 :若要灯泡持续发光 ,电路中必须有电流 ,直流不能通过电容器 ,而交流能够通过电容器 ,选项 A 正确。 答案 : A 题后反思 了解电容器在电路中的作用 “ 通交流 ,隔直流 ” ,问题便可迎刃而解。 1 2 3 4 5 1 . 下列各图中表示交变电流的是 ( ) 解析 :根据交变电流的定义 , A 、 C 、 D 图中电流的大小和方向都随时间做周期性变化 ,是交 13、变电流 ; B 图中电流的大小 随时间做周期性变化 ,但方向始终不变 ,不是交变电流。 答案 : 1 2 3 4 5 2 . 我国日常照明电路所使用的交变电流的电压和频率分别是 ( ) A. 有效值 220 V , 频率 0 . 02 B. 峰值 2 2 0 V , 频率 0 . 02 C. 有效值 220 V , 频率 50 D. 峰值 220 V , 频率 50 解析 :我国日常照明电路电压为 2 2 0 V ,是电压的有效值 ,周期是 0 . 02 s ,频率是 50 选项 C 正确。 答案 : C 1 2 3 4 5 3 . 关于交流电的有效值 U 和最大值 下列说法正确的是 ( ) 14、A. 任何形式的交变电流都具有 U= 2的关系 B. 只有正弦式交变电流才具有 U= 2的关系 C. 照明电压 220 V , 动力电压 3 8 0 V 指的都是有效值 D. 交流电压表和交流电流表测的都是最大值 解析 :电压、电流的有效值和峰值之间的 2 倍关系是仅限于正弦式交变电流而言的 ,所以选项 A 是错误的 ,选项 B 是正确的 ;在交变电流的描述中没有特殊说明的情况下的电流和电压均指有效值 ,所以选项 C 是正确的 ;电流表和电压表测的是有效值 ,所以选项 D 不正确。 答案 : 1 2 3 4 5 4 . 对电容器能通过交变电流的原因 , 下列说法 正确的是 ( ) A. 当电容器接到交流电源上时 , 因为有自由电荷通过电容器 , 电路中才有交变电流 B. 当电容器接到交流电源上时 , 电容器交替进行充电和放电 , 电路中才有交变电流 C. 在有电容器的交流电路中 , 没有电荷的定向移动 D. 在有电容器的交流电路中 , 没有电荷通过电容器 解析 :本题考查对交变电流能通过电容器的理解。 电容器接在交流电。