1、3.3 交变电流 学习目标定位 1.了解交变电流是怎样产生的.2.定性了解交变电流的变化规律及其图象表 示和主要特征物理量.3.知道交流电能通过电容器的原因，了解交流电这一特性在电子技术 中的应用 一、交流发电机 1发电原理：由于转子的转动使得穿过线圈的磁通量发生变化，在线圈中产生了感应电动 势 2交变电流：大小、方向随时间做周期性变化的电流，简称交流方向不随时间变化的电 流叫直流 二、正弦式电流的变化规律 1定义：电流、电压随时间按正弦函数的规律变化的交流电叫做正弦式电流 2图象：正弦图象 3表达式：iImsin t ，uUmsin t，式中 Im、Um 分别是电流、电压的最大值，叫做 交流
2、的峰值 4交变电流的有效值(Ue、Ie) (1)交变电流的有效值是根据电流的热效应来规定的：把交流和直流分别通过相同的电阻， 如果在相同的时间里它们产生的热量相等，我们就把这个直流电压、电流的数值叫做这一 交流的有效值 (2)对正弦式交变电流，其有效值和峰值之间存在着如下的关系： Ie 0.707Im Im2 Ue 0.707Um Um2 三、交流电能通过电容器 电容器具有“隔直流，通交流”的特点，故在电子技术中广泛应用. 一、交流发电机 问题设计 1你是怎样区别直流电流和交变电流的？这两种电流有何根本区别？ 答案 大小、方向随时间做周期性变化的电流叫做交变电流，各种电池供给的只沿一个方 向流
3、动的电流叫做直流这两种电流的根本区别在于交变电流的方向随时间做周期性变化， 直流电流的方向不随时间变化 2交变电流是怎样产生的？交流发电机的结构如何？ 答案 在实际中，交变电流是由交流发电机产生的发电机的原理是利用磁场与线圈间的 相对转动使穿过线圈的磁通量发生变化，在线圈中产生感应电动势，这一感应电动势是交 变的电动势，从而与用电器形成的闭合电路中产生的电流是交变电流各种交流发电机都 是由固定不动的定子和能够连续转动的转子组成有的发电机线圈转动，磁体不动称为旋 转电枢式发电机有的发电机线圈不动，磁体转动，称为旋转磁极式发电机 要点提炼 1直流电和交变电流 (1)直流电：方向不随时间变化的电流，
4、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、方向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 注意 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 主要的区别 2交流发电机的原理 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 二、交流的变化规律 问题设计 电网供给的交流电经过降压后使灯泡发光，把示波器的两个输入端接到灯泡的两端，在荧 光屏上观察到灯泡两端的电压随时间变化的曲
5、线. 请仔细观察图线，我国电网中的交流电， 它的电压、电流随时间按什么函数规律变化 答案 正弦函数 要点提炼 正弦交流电 1定义：交变电流的电流、电压随时间按正弦函数的规律变化叫做正弦式交流电 2表达式：电流 iImsin t ，电压 uUmsin t. 3图象(如图 1 所示) 图 1 延伸思考 家里电灯用的是交变电流，电流在最大值和零之间不断变化，但为什么我们看不到电灯的 闪烁？ 答案 交流电的周期是 0.02 s，电流每周期内两次达最大值，两次为零，所以电灯两次最 亮的时间间隔仅 0.01 s，比人眼的视觉暂留时间要小，所以感觉不到电灯的闪烁另外由 于电灯发光是灯丝高温炽热发光，灯丝的温
6、度变化需要一定的时间，而电流两次最大的时 间间隔很短，灯丝的温度、亮度不会有明显的变化 三、交流能够通过电容器 问题设计 按图 2 和图 3 所示电路，让同一小灯泡与电容器串联后分别接上直流电源和交流电源，观 察灯泡的发光情况 图 2 图 3 1根据观察到的现象你能得出什么结论？ 答案 交流电能够“通过” 电容器，直流电不能通过电容器电容器具有“隔直流、通交流” 的作用 2交流电是如何“通过” 电容器的？它与交流电通过电阻有什么不同？ 答案 由于交流电的电压值随时间不断变化，电容器接到交流电源两端时，如果电压升高， 则电容器充电，在电路中形成充电电流经过峰值以后，交流电压降低，电容器放电，形
7、成放电电流尽管电荷实际上并没有越过两极板间的介质，但从外电路看来，导线中的电 荷确实在流动，所以，电容器的充电和放电表现为交流电“通过”了电容器交流电通过电 阻时确实有电荷在电阻导体中定向移动，而交流电通过电容器时电荷实际上并没有越过两 极板间的介质 要点提炼 1电容器具有“隔直流、通交流”的作用 交流电“通过”电容器，实质上是电容器的反复充电和放电过程的表现 2电容器在电子技术中的应用 (1)滤波电容器：电容器能够把混杂在直流中的交流成分滤掉，称为滤波电容器 (2)隔直电容器：在收音机的音频放大电路中电容器能够把音频信号传到下一级，而不让直 流成分通过，称为隔直电容器 四、交流的有效值 问题
8、设计 1我们常说“照明电路的电压是 220 V，动力电路的电压是 380 V”指的是交流电压的什么 值？ 答案 有效值 2正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系如何？ 答案 Ie 0.707Im Ue 0.707 Um Im2 Um2 要点提炼 交变电流的瞬时值、最大值和有效值 1瞬时值和最大值：瞬时值是交变电流某一时刻的值，瞬时值是时间的函数，不同时刻， 瞬时值不同瞬时值中最大的叫最大值 2有效值：交流的有效值是根据电流的热效应规定的：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，就把这个直流电压、电流的数值，叫该交变电 流的有效值分别用“Ue、Ie”表示 3我们通
9、常说家庭电路的电压是 220 V，是指有效值各种使用交变电流的电器设备上所 标的是额定电压和额定电流的有效值，一般交流电流表和交流电压表测量的数值也都是有 效值对电容器来说，其击穿电压值应小于交流的最大值以后提到交变电流的数值，凡 没有特别说明的，都是指有效值 一、交流电的理解 例 1 下图中属于交变电流的是( ) 解析 根据交变电流的定义判断，大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电 流符合此定义的是 B、C 两图，A 、D 两图中只是电流的大小做周期性变化，方向未变， 不符合定义 答案 BC 例 2 一个按正弦函数规律变化的交变电流的 it 图象如图 4 所示，根据图象可以断定( )
10、 图 4 A交变电流的频率 f0.2 Hz B交变电流的有效值 Ie14.14 A C交变电流瞬时值表达式 i20sin (0.02t) A D在 t 时刻，电流的大小与其有效值相等 T8 解析 从题图中可以看出，交变电流的最大值为 Im20 A有效值为 Ie A10 Im2 202 2 A14.14 A 交变电流的周期为 T0.02 s，所以 f 50 Hz 1T 交变电流的瞬时值表达式为 iImsin tImsin 2ft20sin (314t) A 在 t 时，交变电流的瞬时值为 iImsin tImsin Ie ，所以答案为 B、D 项 T8 2T 4 Im2 答案 BD 二、电容器对
11、交流电的影响 例 3 如图 5 所示，白炽灯和电容器串联后接在交变电源的两端，当交变电源的频率增加 时( ) 图 5 A电灯变暗 B电灯变亮 C电灯亮度不变 D不能确定 解析 直流电不能通过电容器，而交流电能“通过”电容器，且交流电的频率越高，电流的 “通过”能力也越高，所以 B 选项正确 答案 B 三、交流电的有效值 例 4 某一电热器接在 U110 V 的直流电源上，每秒产生的热量为 Q；现把它改接到交 流电源上，每秒产生的热量为 2Q，则该交流电压的最大值 Um 是( ) A110 V B110 V2 C220 V D220 V2 解析 设电热器的电阻为 R. 当电热器接在 U110 V
12、 的直流电源上时，Q t U2R 当电热器改接到交流电源上时，2Q m() t 两式相比，得 Um2U220 V. 故选 C. 答案 C 1(交流电的理解)关于交变电流与直流电流的说法中，正确的是 ( ) A如果电流大小做周期性变化，则一定是交变电流 B直流电流的大小可以变化，但方向一定不变 C交变电流一定是按正弦或余弦规律变化的 D交变电流的最大特征就是电流的方向发生周期性变化 答案 BD 2(正弦交流电的规律)某交变电流电压的表达式为 u220 sin (100t) V，关于这个交变2 电流的下列说法中正确的是( ) A频率为 100 Hz B电压的有效值为 220 V C电压的峰值为 3
13、11 V D周期为 0.05 s 答案 BC 解析 由表达式可直接求出电压的峰值 Um220 V311 V，有效值 Ue 220 V，2 Um2 故 B、C 选项正确；因 100 rad/s，故交变电流的周期 T 0.02 s，频率 f 2 1T 10.02 Hz50 Hz，故 A、D 选项错误 3(交流电的有效值)如图 6 所示为一交变电流的电流随时间变化的图象，此交变电流的有 效值是( ) 图 6 A5 A B5 A2 C3.5 A D3.5 A2 答案 B 解析 使此交变电流通过电阻 R，在一个周期内产生的热量为 Q 交I R I R (I I21 T2 2 T2 21 )R ，式中 I
14、14 A，I23 A，T0.02 s.2 T2 2 2 设另一直流电流 I，则通过相同的电阻 R 在相同时间(T0.02 s)内产生的热量为：Q 直 I2RT. 根据有效值的定义，由 Q 直 Q 交，即 I2RT(I I )R 得 I A5 21 2 T2 I21 I22 32 182 A. 这个直流电流就称为此交变电流的有效值 4(电容器对交流电的影响)在电子技术中，从某一装置输出的电流常常既有交流成分，又 有直流成分，如果只要把交流成分输送到下一级，应该采用如图 7 所示电路中的 电路图(填“a”或“b”)其中的电容器叫 (填“ 溶波电容器”或“隔直电容器”)，它的作 用是 图 7 答案 b 隔直电容器 隔直流、通交流
