《山东省实验高中2020人教版物理第二章交变电流2描述交流电的物理量47》由会员分享，可在线阅读，更多相关《山东省实验高中2020人教版物理第二章交变电流2描述交流电的物理量47（60页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2.描述交流电的物理量,一、周期和频率,1.周期:做一次周期性变化所需的_称为周期,用符 号T表示,单位是_。 2.频率:在_时间内完成周期性变化的次数称为频率, 用符号f表示,单位是_。 3.周期和频率的关系:T=_或f=_。 4.角速度与频率f的关系:=_。,秒,1 s,赫兹,时间,2f,二、峰值 有效值 1.峰值: (1)定义:正弦交流电表达式中的Um和Im分别称为电压 和电流的峰值。 (2)意义:峰值是表示交流电 _的物理量。 (3)应用:交变电压的_不能超过电容器、二极管 所能承受的电压。,大小,峰值,2.有效值: (1)定义:如果交流电与某一直流电通过同一电阻,在相 同的时间内所产
2、生的_相等,则这个直流电的电流 和电压值,就分别称为相应交流电的电流和电压的有效 值。,热量,(2)正弦交流电的有效值与峰值的关系:I=_Im, U=_Um。 (3)应用:交流电表测出的数值是正弦交流电的_ _。,有效,值,【思考辨析】 1)生活用电的电压220 V指有效值,动力用电的电压 380 V指峰值。( ) (2)只要是交变电流,其峰值就是有效值的 倍。 ( ),(3)家用电器铭牌上标称的电流、电压都是指有效值。 ( ) (4)有效值是根据电流的热效应定义的。 ( ),提示:(1)。生活用电的电压220 V和动力用电的电压 380 V 都是指有效值。 (2)。只有正弦交流电的峰值是有效
3、值的 倍,其他 形式的交变电流一般不是这种关系。,(3)。通常所说的交变电流的电流、电压,交流电表的读数,家用电器的额定电压、额定电流,保险丝的熔断电流等都是指有效值。 (4)。由有效值的定义知是正确的。,一 交变电流有效值的定义和计算 【典例】通过一阻值R=100 的电阻的交变电流如图所示,其周期为1 s。电阻两端电压的有效值为 世纪金榜导学号( ),A.12 V B.4 V C.15 V D.8 V,【解析】选B。根据图像,一个周期T=1 s,设该交变电 流的有效值为U。00.4 s的时间间隔为t1=0.4 s, 电 流 =0.1 A;0.40.5 s的时间间隔t2=0.1 s,电流I2
4、=0.2 A;0.50.6 s的时间间隔为t3=0.1 s,电流I3 =0.2 A; 0.61 s的时间间隔t4=0.4 s,电流I4=0.1A, 根据电流的热效应,由 Rt1+ Rt2+ Rt3+ Rt4 = T,解得U=4 V,故B正确。,【核心归纳】 1.交变电流有效值的计算: (1)若是正弦交流电,可利用交变电流的有效值与峰值 间的关系求解,即E= ,U= ,I= 。 (2)若不是正弦交流电,则必须根据电流的热效应来求 解其有效值,且时间取一个周期。,(3)求解思路:假设让交变电流通过电阻R,计算交变电 流在一个周期内产生的热量Q(可分段计算),其中热量Q 用相应的物理量I或U来表示(
5、如Q=I2Rt或Q= ),则I或 U为交变电流的相应有效值。,2.几种常见电流的峰值与有效值的关系:,【过关训练】 1.(2018全国卷) 一电阻接到方波交流电源上,在一个周期内产生的热量为Q方;若该电阻接到正弦交流电源上,在一个周期内产生的热量为Q正。该电阻上电压的峰值均为u0,周期均为T,如图所示,则Q方Q正等于 ( ),A.1 B. 1 C.12 D.21 【解析】选D。据Q热= T得:Q方= T、Q正= T, 两式相除就有Q方Q正=21,故选D。,2. (2019乐山高二检测)如图所示为某一线圈交流电 的I-t关系图像(其中前半个周期为正弦波形的 ),则 一个周期内该电流的有效值为 (
6、 ) A. I0 B. I0 C. I0 D. I0,【解析】选B。根据电流的热效应: I2RT= + ,可得电流的有效值为: I= I0,故B正确,A、 C、D错误。,【补偿训练】 1.把220 V的交流电接在440 电阻两端,则通过该电阻的电流峰值 ( ) A.0.5 A B.0.5 A C.2 A D. A,【解析】选B。根据交变电流的有效值的定义可得: = ,Im= = A。,2. 如图所示为一交变电流的图像,则该交变电流的有效值多大?,【解析】令该交变电流通过一电阻R,它在前半周期内, 通过该电阻产生的热量Q1=( )2R = 它在后半周期内产生的热量Q2= = 故在一个周期内产生的
7、热量Q=Q1+Q2= RT 设某一恒定电流I在相同的时间T内通过该电阻产生的 热量为I2RT,由有效值的定义知: RT=I2RT, 得: I= I0,答案: I0,二 交变电流的瞬时值、最大值、有效值和平均值的 对比 【典例】如图所示,交流发电机的矩形线圈 abcd中,ab=cd=50 cm,bc=ad=30 cm, 匝数 n=100,线圈电阻r=0.2 ,外电阻R=4.8 。 线圈在磁感应强度B=0.05 T的匀强磁场中绕,垂直于磁场的转轴OO匀速转动,角速度= 100 rad/s。 世纪金榜导学号,(1)求产生感应电动势的最大值。 (2)若从图示位置开始计时,写出感应电流随时间变化的表达式
8、。 (3)交流电压表和交流电流表的示数各为多少? (4)从图示位置起,转过90过程中,平均电动势多大?通过线框截面电量多大?,【正确解答】(1)设ab=l1,bc=l2,则交流电动势的最大 值为Em=nBl1l2=235.5 V。 (2)根据闭合电路欧姆定律,电流的最大值Im= =47.1 A,在图示位置时,电流有最大值,则电流的瞬时 值表达式为i=Imcost,代入数值得i=47.1cos100t A。,(3)电流的有效值为I= Im=33.3 A,路端电压的有效 值为U=IR=160 V,这样,电压表的示数为160 V,电流表 的示数为33.3 A。 (4)平均电动势 = = = =150
9、 V,通过线 框截面电量q= t= t=n t=n =n =0.15 C。,答案:(1)235.5 V (2)i=47.1cos100t A (3)160 V 33.3 A (4)150 V 0.15 C,【核心归纳】 交变电流四值的比较,【过关训练】 1.(2019广安高二检测)一交变电压为u= 100 sin100 t(V),由此表达式可知 ( ) A.该交流电压的周期为0.02 s B.用交流电压表测该电压,其示数为100 V,C.将该电压加在100 的电阻两端,电阻消耗的电功率为200 W D.t= s时,该交流电压的瞬时值为10 V,【解析】选A。正弦交变电压的表达式为u=Umsin
10、 t, 对比可知Um=100 V,=100 rad/s,故T= = 0.02 s,电压表显示的是有效值,故其示数为U= = 100 V,A正确B错误;将该电压加在100 的电阻两端, 电阻消耗的电功率为P= = W=100 W,C错误;将 t= s代入表达式可得u=100 sin =100V, D错误。,2.如图所示,线圈面积为0.05 m2,共100匝, 线圈总电阻为1 ,与外电阻R=9 相连。 当线圈在B= T的匀强磁场中绕OO以角 速度=10 rad/s匀速转动时,求: 世纪金榜导学号,(1)若从线圈处于中性面开始计时,写出电动势的瞬时 值表达式。 (2)电流表和电压表的示数。 (3)线
11、圈转过 s时,电动势的瞬时值。,【解析】(1)线圈的角速度=10 rad/s, 感应电动势的最大值Em=nBS=100 V, 则从线圈处于中性面开始计时, 电动势的瞬时值表达式为e=Emsint=100sin10t V (2)电路中电流的有效值I= ,E= Em, 代入解得I=5 A,即电流表读数为5 A。 电压表读数为U=IR=45 V,(3)当线圈转过 s时,电动势的瞬时值 e=100sin(10 ) V=50 V。 答案:(1)e=100sin10t V (2)5 A 45 V (3)50 V,【补偿训练】 1.(多选)实验室有一台手摇交流发电机,内阻r=1.0 , 外接R=9.0 的电
12、阻。闭合开关S,当发电机转子以某 一转速匀速转动时,产生的电动势e=10 sin10t(V), 则 ( ),A.该交变电流的频率为5 Hz B.外接电阻R两端电压的有效值为10 V C.外接电阻R所消耗的电功率为10 W D.电路中理想交流电流表A的示数为1.0 A,【解析】选A、D。交流电的频率f= =5 Hz,故A正确; 该电动势的最大值为10 V,有效值是10 V,外接电阻 R两端电压的有效值U= 9 V=9 V,故B错误;电压有 效值为10 V,电路中电流为I= A=1 A,外接电阻R所 消耗的电功率为P=I2R=9 W,故C错误,D正确。,2.如图所示电路中,电源电压u=311sin
13、100t(V),A、B间接有“220 V 440 W”的电暖宝、“220 V 220W” 的抽油烟机、交流电压表及保险丝。下列说法正确的 是 ( ),A.交流电压表的示数为311 V B.电路要正常工作,保险丝的额定电流不能小于3 A C.电暖宝发热功率是抽油烟机发热功率的2倍 D.1 min抽油烟机消耗的电能为1.32104 J,【解析】选D。交流电压表的示数为有效值220 V,故A错误;由公式P=UI知电路要正常工作,干路中电流为3 A, 所以保险丝的额定电流不能小于3 A,故B错误;电暖宝是纯电阻,而抽油烟机是非纯电阻,故C错误;1 min抽油烟机消耗的电能为W=Pt=1.32104 J
14、,故D正确。,【拓展例题】考查内容:交变电流有效值的计算 【典例】调光灯和调速电风扇是用可控硅电子元件来 实现的。如图所示为经一双向可控硅调节后加在电灯 上的电压,即在正弦式交变电流的每个二分之一周期内, 前 周期被截去,调节台灯上旋钮可以控制截去的多 少,从而改变电灯两端的电压,那么现在电灯两端的电 压为 ( ),A.Um/2 B.Um/ C.Um/(2 ) D. Um,【解析】选A。设交流电的有效值为U,将交流电与直流 电分别通过相同电阻R,分析一个周期内热量可得:交流 电: = T;得:U= ,故A正确,B、C、D错误; 故选A。,阶段复习课 第一章,阶段复习课 第二章,阶段复习课 第三章,赠送:高中物理思维导图 阶段复习课 第四章,阶段复习课 第六章,
