《浙江省2018-2019版高中物理第五章交变电流第2课时描述交变电流的物理量学案新人教版选修3-2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《浙江省2018-2019版高中物理第五章交变电流第2课时描述交变电流的物理量学案新人教版选修3-2（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1第第 2 2 课时课时 描述交变电流的物理量描述交变电流的物理量研究选考把握考情考试要求 知识内容描述交变电流的物理量 加试 c教学要求1.了解周期和频率的概念，知道频率单位，掌握周期和频率之间的关系2.理解有效值的物理意义，体会“等效思想”的运用3.知道正弦交变电流的峰值和有效值之间的关系4.知道电器上标注的、电表测量的和通常所说的电压、电流均为有效值5.能从正弦式交变电流的图象中读出峰值、周期6.能对正弦式交变电流的图象描述和函数式描述进行转换说明1.不要求证明正弦式交变电流有效值与峰值之间的关系2.不要求计算方波等其他交变电流的有效值知识点一 周期和频率基 础 梳 理1.周期(T)：交
2、变电流完成一次周期性变化所需的时间，用T表示，单位是秒。2.频率(f)：交变电流在 1_s 内完成周期性变化的次数，用f表示，单位是赫兹，符号是Hz。3.转速(n)：线圈单位时间(1 s 或 1 min)转过的圈数，单位是 r/s 和 r/min。4.各物理量之间的关系：f ，2f，2n(n的单位为 r/s)。1 T2 T5.我国电网中交变电流的周期是 0.02_s，频率是 50 Hz。特别提醒 交流发电机的线圈转动的周期和转速(r/s)等于交变电流的周期和频率，且线圈转动的角速度2f2n。2 T典 例 精 析【例 1】 关于正弦式交变电流的周期和频率，下列说法中正确的是( )A.交变电流最大
3、值连续出现两次的时间间隔等于周期的一半B.1 s 内交变电流出现最大值的次数等于频率C.交变电流方向变化的频率为交变电流频率的 2 倍D.50 Hz 的交变电流，其周期等于 0.05 s解析 根据周期的定义知选项 A 正确，选项 B 错误；因为在一个周期的时间内，交变电流会出现正向和负向最大值各一次，但相邻两个峰值的时间间隔为半个周期，所以交变电流在一个周期内方向改变两次，即方向变化的频率为交变电流频率的 2 倍，故选项 C 正确；2由T s0.02 s，知选项 D 错误。1 f1 50答案 AC名师点睛 应根据周期、频率的意义和关系来解答，也可利用正弦式交变电流的图象来分析，如果用图象分析会
4、更直观。【跟踪训练 1】 如图 1 所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生的正弦式交变电流的图象。当调整线圈转速后，所产生的正弦式交变电流的图象如图线b所示，以下关于这两个正弦式交变电流的说法错误的是( )图 1A.线圈先后两次转速之比为 32B.在图中t0 时刻穿过线圈的磁通量均为 0C.交变电流a的瞬时值为u10sin 5t VD.交变电流b的最大值为 V20 3解析 由ut图象知：TaTb23，故两次转速之比为 32，选项 A 正确；t0 时刻，线圈中e10，线圈位于中性面位置，穿过线圈的磁通量最大，选项 B 错误；对交变电流a：Um10 V，Ta0.4 s，则a5 rad/s，
5、故uUmsin at10sin 5t V，选项 C正确；由EmNBS，且aBTbTa32 知，EmbEma V，选项 D 正确。2 320 3答案 B知识点二 峰值和有效值基 础 梳 理1.峰值：也叫最大值，它是所有瞬时值中的最大值。(1)当线圈平面跟磁感线平行时，交流电动势最大，EmnBS(转轴垂直于磁感线)。(2)电容器接在交流电路中，交变电压的最大值不能超过电容器的耐压值。2.有效值：让交流与恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果在交变电流的一个周期内它们产生的热量相等，我们就把这个恒定电流的电流值I、电压值U叫做这个交流电的有效值。计算时要注意三同：“相同电阻”上、 “一个周期”内、产生
6、“相同热量” 。3.正弦式交变电流的有效值I、U与峰值Im、Um的关系，I，U。Im2Um2注意：非正弦式交变电流的有效值只能根据电流的热效应计算。34.有效值的应用(1)计算与电流热效应有关的量(如功率、热量)要用有效值。(2)交流电表的测量值，电气设备标注的额定电压、额定电流以及通常提到的交流电的数值都指有效值。要 点 精 讲正弦式交变电流的有效值和峰值的关系(1)若是正弦式交变电流，可利用交变电流的有效值与峰值间的关系求解，即E，UEm2，I。Um2Im2(2)若不是正弦式交变电流，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。具体解法：假设让交变电流通过电阻R，计算交变电流在
7、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(如QI2Rt或Q)，则I或U为交U2t R变电流的相应有效值。【例 2】 一个小型电热器若接在输出电压为 10 V 的直流电源上，消耗电功率为P；若把它接在某个正弦交流电源上，其消耗的电功率为 。如果电热器电阻不变，则此交流电源输出P 2电压的最大值为( )A.5 V B.5 V 2C.10 V D.10 V2解析 设交变电压有效值为U，根据有效值定义，有2tt，U5 V，U2 R（10 V）2 R2交变电压最大值Um5 V10 V。22答案 C【跟踪训练 2】 如图 2 所示是一个正弦式交变电流的图象，下列说法正确的
8、是( )图 2A.周期是 0.2 s，电流的峰值是 10 AB.周期是 0.15 s，电流的峰值是 10 AC.频率是 5 Hz，电流的有效值是 10 AD.频率是 0.2 Hz，电流的有效值是 7.07 A4解析 由图象可知T0.2 s，Im10 A，故频率f 5 Hz，I5 A7.07 A，A1 TIm22正确，B、C、D 错误。答案 A知识拓展 交变电流“四值”的应用比较名称物理含义重要关系适用情况瞬时值交变电流某一时刻的值eEmsin tiImsin t分析交变电流在某一时刻的情况最大值最大的瞬时值EmnBSImEm Rr确定用电器的耐压值有效值跟交变电流的热效应等效的恒定电流值EEm
9、2UUm2IIm2(1)计算与电流热效应相关的量(如功率、热量)(2)交流电表的测量值(3)电气设备标注的额定电压、额定电流(4)保险丝的熔断电流平均值交变电流图象中图线与时间轴所围面积与时间的比值nE tIERr计算通过电路横截面的电荷量【例 3】 如图 3 所示，矩形线圈abcd在磁感应强度B2 T 的匀强磁场中绕轴OO以角速度10 rad/s 匀速转动，线圈共 10 匝，电阻r5 ，ab0.3 m，bc0.6 m，负载电阻R45 。图 3(1)写出从图示位置开始计时的线圈中感应电动势的瞬时值表达式；(2)求电阻R在 0.05 s 内产生的热量；(3)求 0.05 s 内流过电阻R上的电荷
10、量(设线圈从垂直中性面开始转动)。解析 (1)电动势的最大值为EmnBS1020.30.610 V113.04 V由于从线圈平面经过与磁感线平行的位置开始计时，交变电流为最大值，故瞬时值表达式5eEmcos t113.04cos 10t V(2)电流的有效值I1.6 AIm2Em2（Rr）所以 0.05 s 内R上产生的热量QI2Rt5.76 J(3)平均感应电动势为n72 VE t平均感应电流为1.44 AIERr所以通过电阻R的电荷量为qt0.072 C。I答案 (1)e113.04cos 10t V (2)5.76 J (3)0.072 C名师点睛 求解热量与电荷量的思路(1)求解热量，
11、按以下思路。电动势 最大值电流最 大值电流有 效值焦耳 定律(2)求解电荷量，按以下思路。1.关于交变电流的周期和频率，下列说法正确的是( )A.正弦式交变电流连续两次出现正向最大值的时间间隔等于周期B.50 Hz 的交变电流，其周期等于 0.05 sC.频率为 50 Hz 的交变电流，1 s 内方向变化 100 次D.频率为 50 Hz 的交变电流，1 s 内方向变化 50 次解析 正弦式交变电流连续两次出现正向最大值的时间间隔等于一个周期，选项 A 正确；50 Hz 的交变电流，其周期等于 0.02 s，选项 B 错误；频率为 50 Hz 的交变电流，1 s 内方向变化 100 次，选项
12、C 正确，选项 D 错误。答案 AC2.一只“220 V，100 W”的灯泡接在u311 sin 314t V 的交变电源上，则下列判断不正确的是( )A.灯泡不能正常发光B.与灯泡串联的电流表的示数为 0.45 AC.与灯泡并联的电压表的示数为 220 VD.通过灯泡的电流的表达式为i0.64 sin 314 t A6解析 从电压瞬时值表达式知电压有效值为 220 V，故“220 V，100 W”灯泡接在此交流电源上能正常发光，故 A 错误；通过灯的电流I A0.45 A，也是与灯串联电流表的100 220示数，故 B 正确；电压表与灯并联测得的也是灯的电压有效值，故示数为 220 V，所以
13、 C选项也正确；通过灯的电流的有效值为 0.45 A，故其最大值Im0.45 A0.64 A，故2D 选项也正确。答案 A3.以下说法正确的是( )A.交变电流的有效值就是它的平均值B.任何正弦式交变电流的有效值都是它最大值的12C.如果交变电流接在电阻R上产生的热量为Q，那么该交变电流的有效值为Q RD.以上说法均不正确解析 有效值是根据电流的热效应来定义的，平均值并不是有效值，例如线圈在匀强磁场中转动一圈，其平均电动势为零，故选项 A 错误；在正弦式交变电流中，其有效值为最大值的，对于其他交变电流并不一定满足此关系，故选项 B 正确；交变电流要产生热量需12要一定的时间，所以选项 C 错误
14、。答案 B4.(2017杭州富阳市高二月考)如图 4 所示为一个小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈的长度ab0.25 m，宽度bc0.20 m，共有n100 匝，总电阻r1.0 ，可绕与磁场方向垂直的对称轴OO转动。线圈处于磁感应强度B0.40 T 的匀强磁场中，与线圈两端相连的金属滑环上接一个“3.0 V，1.8 W”的灯泡。当线圈以角速度匀速转动时，小灯泡消耗的功率恰好为 1.8 W。求：图 4(1)通过小灯泡的电流和发电机线圈产生感应电动势最大值；(2)线圈转动的角速度；(3)线圈以上述角速度转动，由如图位置转过 30角，在此过程中，通过小灯泡的电荷量。7解析 (1)通过小灯泡
15、的电流为：I A0.6 A，P U1.8 3.0根据闭合电路欧姆定律知，感应电动势的最大值为：EmI(Rr)0.6(1) 2232 1.8V3.6 V。2(2)电动机线圈产生感应电动势的最大值为：EmnBS，解得： rad/s1.8 rad/s。Em nBS3.6 2100 0.40 0.25 0.202(3)根据qn得从图示位置转过 30 度角时磁通量的变化量为： RrBSsin 300.400.250.20 Wb0.01 Wb，1 2则有：q100 C C。0.01 32 1.811 6答案 (1)0.6 A 3.6 V (2)1.8 rad/s (3) C 221 6一、选择题(在每小题给出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的。)1.某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系如图 1 所示，由图象可知( )图 1A.交流电的频率为 4 HzB.1 s 内电流方向变化 50 次C.若仅使线圈转速加倍，则周期变为 0.02 sD.若仅使线圈转速加倍，则感应电动势的最大值变为 400 V解析 由图象可知，交流电的周期T0.04 s，频率f25 Hz，选项 A 错误；因一个周期内电流方向变化 2 次，而 1 s 内该交流电发生了 25 个周期性变化，故 1 s 内电流方向变化50 次，选项 B 正确；若转速加倍，根据T
