高中物理交变电流有效值计算公式的推导教学

刘家维

“交变电流”由三方面组成：第一是交变电流的定义及交流电的产生；第二是简单交流电路，由电感的定义、电感的作用；电容的定义、电容的作用组成；第三是变压器和电能的运输，涵盖变压器的基本原理及输电线的损耗.本文侧重于总结出交变电流有效值公式教学的方法.

一、正弦波交变电流有效值的计算公式推导

1.正弦全波交变电流有效值的计算公式

根据有效值的概念可以得出，与交流电产生相同热效应的直流电可以代替交流电的平均效果.但是由于交流电周期性变化，在不同时刻，电流大小以及方向都不同，所以交流电的瞬时功率不能真实反映出交流电的功率，于是我们需要用平均功率.

正弦交流电周期性变化，它的电流和在纯电阻R上两端的电压都周期性变化，交流电在纯电阻R上的瞬时功率：

p=i2R=I2mRsin（wt）=I2mR1-cos（2wt）2 （1）

将交流电在纯电阻上一个周期时间消耗的能量对时间的比值称为平均功率P，有

P=12Pm （2）

（1）割补法

在纯电阻电路中，电阻两端的电压U和通过它的电流无相位差，所以任何时刻负载电阻的瞬时功率为正.通过①或②式可得如图1所示的 P-t 图象，对图象进行割补得矩形OPDT在P-t图中，图线和坐标轴所包围的面积代表在该时间内交流电所做的功.

（2）对称法

在周期T时间内，由对称可知，P-t图中图线和t轴所围城的图形面积为矩形面积的1/2.联系p-t图的物理意义和交流电的有效值定义可知：

12PmT=I2RTendprint

“交变电流”由三方面组成：第一是交变电流的定义及交流电的产生；第二是简单交流电路，由电感的定义、电感的作用；电容的定义、电容的作用组成；第三是变压器和电能的运输，涵盖变压器的基本原理及输电线的损耗.本文侧重于总结出交变电流有效值公式教学的方法.

一、正弦波交变电流有效值的计算公式推导

1.正弦全波交变电流有效值的计算公式

根据有效值的概念可以得出，与交流电产生相同热效应的直流电可以代替交流电的平均效果.但是由于交流电周期性变化，在不同时刻，电流大小以及方向都不同，所以交流电的瞬时功率不能真实反映出交流电的功率，于是我们需要用平均功率.

正弦交流电周期性变化，它的电流和在纯电阻R上两端的电压都周期性变化，交流电在纯电阻R上的瞬时功率：

p=i2R=I2mRsin（wt）=I2mR1-cos（2wt）2 （1）

将交流电在纯电阻上一个周期时间消耗的能量对时间的比值称为平均功率P，有

P=12Pm （2）

（1）割补法

在纯电阻电路中，电阻两端的电压U和通过它的电流无相位差，所以任何时刻负载电阻的瞬时功率为正.通过①或②式可得如图1所示的 P-t 图象，对图象进行割补得矩形OPDT在P-t图中，图线和坐标轴所包围的面积代表在该时间内交流电所做的功.

（2）对称法

在周期T时间内，由对称可知，P-t图中图线和t轴所围城的图形面积为矩形面积的1/2.联系p-t图的物理意义和交流电的有效值定义可知：

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“交变电流”由三方面组成：第一是交变电流的定义及交流电的产生；第二是简单交流电路，由电感的定义、电感的作用；电容的定义、电容的作用组成；第三是变压器和电能的运输，涵盖变压器的基本原理及输电线的损耗.本文侧重于总结出交变电流有效值公式教学的方法.

一、正弦波交变电流有效值的计算公式推导

1.正弦全波交变电流有效值的计算公式

根据有效值的概念可以得出，与交流电产生相同热效应的直流电可以代替交流电的平均效果.但是由于交流电周期性变化，在不同时刻，电流大小以及方向都不同，所以交流电的瞬时功率不能真实反映出交流电的功率，于是我们需要用平均功率.

正弦交流电周期性变化，它的电流和在纯电阻R上两端的电压都周期性变化，交流电在纯电阻R上的瞬时功率：

p=i2R=I2mRsin（wt）=I2mR1-cos（2wt）2 （1）

将交流电在纯电阻上一个周期时间消耗的能量对时间的比值称为平均功率P，有

P=12Pm （2）

（1）割补法

在纯电阻电路中，电阻两端的电压U和通过它的电流无相位差，所以任何时刻负载电阻的瞬时功率为正.通过①或②式可得如图1所示的 P-t 图象，对图象进行割补得矩形OPDT在P-t图中，图线和坐标轴所包围的面积代表在该时间内交流电所做的功.

（2）对称法

在周期T时间内，由对称可知，P-t图中图线和t轴所围城的图形面积为矩形面积的1/2.联系p-t图的物理意义和交流电的有效值定义可知：

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