自主学习:阅读课本,理解并记忆以下几个物理概念:
(1)什么叫交流电的周期?
(2)什么叫交流电的频率?
(3)它们之间的关系是什么?
[ :学 XX ] 多媒体展示:
(1)周期:我们把交变电流完成一次周期性变化所需的时间,叫做交变电流的周期。周期用T表示,单位是s。
(2)频率:交变电流在1 s内完成周期性变化的次数,叫做交变电流的频率。
频率用f表示,单位是H 。
(3)周期和频率的关系:T=或f=,根据三角函数i=Imsinωt的表达式可以知道ω=2πf。
(4)我国工农业生产和日常生活中用的交变电流周期是0.02 s,频率是50 H ,电流方向每秒改变100次。有个别国家使用交流电的频率为60 H 。
交流讨论:首先考虑用什么物理量来描述交变电流变化的快慢呢? 峰值和有效值 峰值:交变电流的最大值是交变电流在一个周期内所能达到的最大数值,可以用来表示交变电流的电流或电压变化幅度。电容器的耐压值是指能够加在它两端的最大电压,若电源电压的最大值超过耐压值,电容器可能被击穿。
但是交流电的最大值不适于表示交流电产生的所有效果,在实际中通常如何表示交变电流的大小呢?
交变电流在不同时刻,瞬时值不同,如果有一个最大值为Im的交变电流,如何计算它在时间t内作用在电阻R上产生的热量呢?能否用恒定电流的公式来计算,如果可以,那么公式中的电流应该用什么值来代入呢?
小结:让交变电流和恒定电流通过同样的电阻,如果它们在同一时间内产生的热量相等,则这一交变电流的电流(电压)有效值就跟这个恒定电流的电流(电压)相等。
多媒体展示:
如何计算交变电流通过电阻时的热量?
题(a)怎样计算通电1 s内电阻R=1 Ω中产生的热量?
(b)如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通过电阻R=1 Ω,也能在1 s内产生同样的热,这个电流是多大?
讨论与交流:学生先自行分析交流,最后教师归纳总结。
0~0.2 s、0.2~0.5 s、0.5~0.8 s、0.8~1 s这四个阶段电流大小不变化,分别计算出热量,然后加起来。由Q=I2Rt解得Q1=0.2 J;Q2=1.2 J;Q3=1.2 J;Q4=0.2 J。
所以,1 s内电阻R中产生的热量为Q=(0.2+1.2+1.2+0.2)J=2.8 J
由Q=I2Rt解得,I==A≈1.67 A
结论:
(1)有效值:(抓三个相同)让交流与恒定电流通过相同的电阻,如果它们在一个周期内产生的热量相等,把恒定电流的值叫做这个交变电流的有效值。
(2)正弦交流电有效值与最大值之间的关系
E=Em/=0.707Em;
U=Um/=0.707Um;
I=Im/=0.707Im。
说明:
(1)交变电流的有效值是根据电流的热效应来规定的,引入有效值的概念便于把处理恒定电流的一些方法拓展到交流电中,计算交变电流的功、功率、热量等用有效值。
(2)交流用电设备上所标的额定电压和额定电流是有效值;交流电压表和交流电流表的示数是有效值:交变电流的数值在无特别说明时都是指有效值。
(3)求通过某导体截面的电量一定要用平均值,讨论电容器的耐压值时指峰值。