表征交变电流的物理量
- 格式:doc
- 大小:60.50 KB
- 文档页数:6
描述交变电流有哪些物理量
交变电流(AC,Alternating Current)是电流的一种形式,其方向和大小随时间变化。
描述交变电流涉及到一些基本的物理量,下面是其中一些重要的物理量:
1. 电流(I):
•方向:随时间变化。
•大小:随时间变化,通常用有效值(RMS值)表示。
2. 电压(V):
•方向:随时间变化,与电流的变化同步。
•大小:随时间变化,通常用有效值(RMS值)表示。
3. 频率(f):
•定义:交变电流周期内的完整振荡次数。
•单位:赫兹(Hz)。
4. 振幅(A):
•定义:电流或电压的最大值。
•单位:安培(A)或伏特(V)。
5. 相位(Φ):
•定义:描述电流和电压波形之间的时间关系。
•单位:弧度(rad)或角度(通常以度表示)。
6. 有效值(RMS值):
•定义:交变电流或电压的有效数值,相当于直流电流或电压产生相同的功率效果。
•计算:对交变电流或电压波形进行均方根计算。
7. 周期(T):
•定义:一个完整的交变电流或电压波形经过的时间。
•关系:周期与频率之间有倒数关系,即T=f1。
这些物理量描述了交变电流的基本特征,包括电流和电压的变化规律、频率、振幅、相位关系等。
这些参数对于分析交变电路中的电流和电压行为非常重要。
表征交变电流的物理量交流电流是指周期性变化的电流。
在交流电路中,我们经常使用一些物理量来表征交变电流的特性和性质。
本文将介绍几个最常用的表征交变电流的物理量。
1. 有效值有效值是交流电流的一个重要物理量,通常表示为$I_{\\mathrm{rms}}$。
有效值是指与同样功率的直流电流相比,产生相同效果的电流值。
在交流电路中,电流的幅值是不断变化的,因此单纯使用峰值来表征交变电流的大小并不准确。
有效值是通过对交流电流的幅值进行数学平均来计算的。
对于正弦交流电流,其有效值可以通过其峰值电流$I_{\\mathrm{peak}}$与$\\sqrt{2}$的乘积得到:$$I_{\\mathrm{rms}} = \\frac{I_{\\mathrm{peak}}}{\\sqrt{2}}$$有效值可以帮助我们对交流电流进行定量的描述和比较,也是计算交流电功率和电阻、电感、电容等元件参数时的重要参考值。
2. 频率频率是指交流电流中周期性变化的频率,用单位时间内变化的周期数来表示。
国际单位制中频率的单位是赫兹(Hz),表示每秒中的周期数。
交流电流的频率会影响到电流的变化速度和周期。
在电力系统中,常用的交流电频率是50Hz和60Hz。
频率的高低决定了电源和电器之间的电能转换效率和传输的稳定性。
在交流电路中,频率的测量可以采用频率计或示波器等仪器进行。
3. 相位相位是指交流电流相对于某个参考信号的偏移程度,也可以理解为交流电流波形相对于时间轴的位置。
正弦交流电流的波形可以表示为 $I(t) = I_{\\mathrm{peak}} \\sin(\\omega t + \\phi)$,其中 $\\omega$ 是角频率,t是时间,$\\phi$ 是相位差。
相位差可以用来描述两个交流电流之间的相对时间偏移。
例如,在串联的电容和电阻电路中,电流与电压的相位差可以用来计算它们之间的相对滞后或超前。
相位差可以通过示波器等仪器进行测量。
表征交变电流的物理量交变电流是一种电流形式,其方向和大小以一定的规律周期性地变化。
在电力系统、电子器件和通信系统中广泛应用。
为了准确描述和分析交变电流的性质,人们引入了一系列物理量来表征交变电流。
本文将介绍几个常用的物理量。
1. 电压幅值(Peak Voltage)电压幅值指交变电压最大值的绝对值。
在周期性波形中,电压幅值表示电压从最低点到最高点的差值。
用符号表示为Vpeak,单位为伏特(V)。
2. 电流幅值(Peak Current)电流幅值是交变电流最大值的绝对值,用符号表示为Ipeak。
它表示电流波形的峰值。
电流幅值是衡量电流大小的重要指标。
单位为安培(A)。
3. 电压峰-峰值(Peak-to-Peak Voltage)电压峰-峰值是交变电压波形的最大峰值与最小峰值之间的差值。
它表示电压波形的振幅范围。
用符号表示为Vpp,单位为伏特(V)。
4. 电流峰-峰值(Peak-to-Peak Current)电流峰-峰值是交变电流波形的最大峰值与最小峰值之间的差值。
类似于电压峰-峰值,电流峰-峰值可以用来表示电流波形的振幅范围。
用符号表示为Ipp,单位为安培(A)。
5. 电压有效值(RMS Voltage)电压有效值也称为根号均方根值,表示交变电压在相同工作周期内所产生的热效应与直流电压相等时的值。
电压有效值是交变电压的重要参数,常用符号表示为Vrms,单位为伏特(V)。
6. 电流有效值(RMS Current)电流有效值也称为根号均方根值,表示交变电流在相同工作周期内所产生的热效应与直流电流相等时的值。
电流有效值是衡量交变电流大小的重要参数,常用符号表示为Irms,单位为安培(A)。
7. 相位差(Phase Difference)相位差是指交变电流和电压之间的相位差异。
在交流电路中,电流和电压的波形通常是不同的,它们之间存在一定的相位差。
相位差可以用角度或时间表示,常用单位为度(°)或弧度(rad)。
表征交变电流的物理量
一、素质教育目标
(一)知识教学点
1.复习上节课知识,并推出εm=BωS εm=NBωS
2.理解交变电流的周期、频率含义,掌握它们相互间关系
3.理解交变电流有效值的意义,会应用正弦式交变电流有效值公式对纯电阻电路的电压、电流进行有关计算
4.能利用有效值定义计算某些交变电流的有效值
(二)能力训练点
1.培养学生阅读、理解及自学能力。
2.培养学生将知识进行类比、迁移的能力。
3.使学生理解如何建立新的物理概念而培养学生处理解决新问题能力。
4.培养学生应用数学工具处理解决物理问题的能力。
5.训练学生由特殊到一般的归纳、演绎思维能力。
6.努力培养学生的实际动手操作能力。
(三)德育渗透点
1.由用电器铭牌,可介绍我国近几年的经济腾飞,激发学生爱国精神和为建设祖国发奋学习的精神。
2.让学生体会对称美。
二、重点、难点、疑点及解决办法
1.交变电流有效值概念既是重点又是难点,通过计算特殊形式的交变电流的有效值来体会和掌握它的定义
2.交变电流瞬时值确定使学生感到困难,通过例题分析使学生学会借助数学工具处理解决物理问题的能力
三、课时安排
1课时
四、教具准备
投影机、幻灯机、手摇发电机、导线若干、万用电表(25只)
灯泡“220V、100W”(25只)
五、学生活动设计
1.学生通过计算分析得出:矩形线框在匀强磁场中绕垂直磁感线的任一轴匀速转动一周中,产生的感应电动势εm=BωS。
2.学生通过知识类比知道描述交变电流的周期性变化特点必须要引入周期T、频率f来表示变化的快慢。
3.通过演示实验观察掌握瞬时值、最大值、有效值概念。
4.学生通过再次使用万用电表,熟练基本仪器的使用和正确读数。
5.通过练习巩固加深对交流电图象的认识和有效值的理解。
六、教学步骤
(一)明确目标
掌握描述交变电流的各物理量的内涵和外延
(二)重点、难点的学习与目标完成过程
复习引入
通过上节课学习,我们知道矩形线框在匀强磁场中匀速转动时,线框中产生了正弦式交流电。
我们是怎样描述交变电流的变化规律呢?公式法e=εmsinωt I =Imsinωt(中性面开始计时)i/A
其中εm=2Bl1v
l1为切割边ab、cd长度。
而v则是ab边绕O轴(O轴为过bc边、ad边中点的直线)以ω角速
若线框绕ab边为轴转动呢?
εm=εbt=Bl1 v1=Bl1 ωl2=BωS
若线框绕O1 O2轴(均垂直磁感线)转动呢?
εm=BωS
启发引导学生回答,矩形线框在匀强磁场中只要绕垂直磁感线的轴转动,线框中产生感应电动势最大值为εm=BωS若有n匝线框则εm=nBωS 矩形线框在匀强磁场中匀速转动一周过程中,只有两个时刻处在最大值,不同时刻感应电动势瞬时值不同。
显然交变电流是较为复杂的,那用什么物理量来描述交变电流呢?
(若时间不够,εm=BωS的推导放至习题课进行)
新课教学
交变电流是周期性变化的,用什么来描述周期性变化的快慢呢?
周期(T)——交流电完成一次周期性变化所需时间
频率(f)——1秒内完成周期性变化的次数
它们关系如何?各自单位?
T=1/f,T秒(s),f赫兹(Hz)
描述交变电流变化快慢的物理量除周期,频率外,还有什么物理量?
转速n(转/秒),角速度ω(弧度/秒)
那它们间又有什么关系呢?
T=2π/ω f=ω/2πω=2π/T=2πf=2πn
交变电流不同时刻,瞬时值不同,但我们用什么来表示交变电流平均的效果呢?
如果初温相同,同时加热相同时间烧开。
即通过相同电阻在相同的时间里甲图直流电与乙图交变电流产生了相同热量,我们把此时直流电压称为交变电流电压的有效值。
那如何定义交变电流的电流有效值呢?
有效值定义——让交流电和直流电通过同样阻值的电阻,如果它们在同一时间内产生的热量相等。
这一交流电的电流有效值就跟这个直流电的电流相等。
有效值是交变电流一个非常重要的物理量,它根据电流热效应来定义,电流产生的平均效果。
正弦式交变电流的有效值与最大值间有什么关系呢?
同时交代学生最大值、有效值、瞬时值的符号表示
通常我们说的市电220V即为有效值
请同学们用万用电表测量学生电源交流输出10V时,交流电压表的读数。
教师提示注意选档、量程、正确读数等问题。
请同学们将“220V、100W”灯泡接至学生电源交流10V输出的两端,测出此时通过灯泡的电流强度并观察灯泡亮度。
请学生回答为什么灯泡几乎不亮?
强调①凡是没有说明时,所指的均为有效值
②各类交流电表所测的值也为有效值
③各类用电器铭牌所示值也为有效值
幻灯显示
1.某用电器两端允许加的最大直流电压是100V,能否把它接在交流电压100V电路里?为什么?
2.照明用交流电压是200V,动力提供线路的电压是380V,它们的有效值、最大值各是多少?若用电压测得,测得值各是多大?
提问个别学生,及时纠正,并给出正确答案
幻灯显示
1.一电压U=10V的直流电通过电阻R,在时间t内产生热量与一交流电通过电阻R/2时在同一时间内产生热量相同则该交流电压的有效值为
2.请写出下列各图的周期、频率、最大值、有效值。
甲乙两图有效值相同,说明正弦式交变电流的有效值与最大值的关系与频率无关。
学生求解丙图的有效值时遇到了问题。
交变电流有效值是表示交变电流产生的热效应的平均效果,就是平均值吗?
我们应该从有效值的定义入手,相同时间可取半个周期吗?为什么?
有效值表示交变电流产生平均效果,用半个周期无法体现出来。
又由于它具有周期性特点,相同时间必须取周期整数倍,一般为了方便计算,只取一个周期便可以。
师生共同完成以下步骤
Q直=I2Rt=2I2R
Q交=Q直
50R=2I2R
I=5A
可以用这种方法去计算正弦式交变电流的有效值吗?为什么?
不可以。
现有知识无法求得交变电流在一个周期内产生的热量。
幻灯显示
5.试电笔上的氖管,起辉电压86.6V,若将其接在电压为70.7V频率为50Hz的交流电路,氖管能发光吗?在1秒内有多少时间发光?
①70.7V是什么电压?该交流电压最大值为多少?周期又为多少?
②交变电流的图象如何?表达式如何?
70.7V是有效值
氖管会发光
解作出交变电流的U-t图 U=Umsinωt=100sinl00πt伏
设电压为70.7V对应时刻为t1代入公式即
70.7V=100sin100πt1
t1=0.0025s
由图象对称性知,氖管发光时间为Δt=4(t1-0)=0.01s
(四)总结、扩展
1.全面详细描述交变电流的公式和图像、最大值、有效值、周期、频率等物理量是描述交变电流某一方面的特性的。
2.由图象和公式均可求出最大值、周期、有效值、频率等物理量。
反之,由最大值、周期等也可求出交变电流的公式及图象。
3.思考题
这种图象的交变电压有效值能求吗?
七、布置作业
P114 ② P354 ②③
补充求出下图交变电压的有效值
八、板书设计
第二节表征交变电流的物理量1.表征文变电流变化快慢物理量
周期T(s)频率(Hz)
角速度ω(弧度/秒)转速n(转/秒)
2.表征交变电流大小物理量
瞬时值 e i u
最大值εm Im Um
有效值ε I U
有效值让交流电和直流电在相同的时间内
通过相同的电阻产生相同的热量。