《粤教高中物理选修(3-2)第二章《表征交变电流的物理量》学案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《粤教高中物理选修(3-2)第二章《表征交变电流的物理量》学案（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2019最新粤教版高中物理选修（3-2）第二章表征交变电流的物理量学案学习目标定位1.掌握交变电流的周期、频率、线圈转动角速度三者之间的关系.2.能理解电流的有效值是与热效应有关的量，而平均值只是简单意义的平均 .3.掌握交变电流有效值与 峰值的关系，会进行有关有效值的计算.知识储备区媪故追本湖谟推阵方可乐新X知识链接1 .线圈在某一段时间内从一个位置转动到另一个位置的过程中产生的平均电动势为E =An不.2 .恒定电流产生电热的计算遵循焦耳定律，Q=I2Rt.新知呈现一、交变电流的周期和频率1 .周期：交变电流完成一次周期性变化的时间称为交变电流的周期，通常用T表示,单位是s.2 .频率：交
2、变电流在 1 s内完成周期性变化的次数，叫做它的频率，通常用f表示，单位是赫 兹,简称赫 符号是Hz. 1 一 13 .周期和频率都是描述交变电流变化快慢的物理量，关系为丁=彳或=不二、交变电流的峰值和有效值1 .峰值：交变电流的峰值是指在一个周期内所能达到的最大数值.交变电流的电动势、电流和电压的峰值分别用 Em、Im和Um表示.2 .有效值：交变电流的有效值是根据电流的热效应来规定的.让交变电流和恒定电流分别通过相同阻值的电阻，如果它们在相同时间内产生的热量相等，这一恒定电流的数值就是相应交变电流的有效值.3 .我们平时所说的交变电流的大小、各种使用交变电流的电气设备所标注的额定电压和额定
3、电流的数值，以及一般交流电流表和交流电压表测出的数值，指的都是有效值.1 / 10基础自学落实重点互动探究学习探究区、交变电流的周期和频率 问题设计如图1所示，这个交变电流的周期是多少？频率是多少?0,01 /0,G2 加图1答案 周期T=0.02 s；频率f=50 Hz.要点提炼1 .交流电变化越快 则周期越短，频率越大.2 .角速度与周期的关系：3= 2Tt.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或r/min., 一 、 一、，、.，、 tt n角速度与转速的关系：co=2 7tn（n1位为r/s）或co=30（n单位为r/min）.4 .我国电网中交
4、变电流的周期是0.02 s,频率是50 Hz.二、交变电流的峰值和有效值问题设计1 .图2是通过一个R=1 的电阻白电流i随时间变化的曲线.这个电流不是恒定电流.（1）怎样计算1 s内电阻R中产生的热量？（2）如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通过这个电阻R,也能在1 s内产生同样的热，这个电流是多大？图2答案 (1)Q = i2Rt1 + I2Rt2= 42M X0.5 J+ 22X1 X0.5 J= 10 J (2)由 Q= I2Rt 得 I =2 .某交流电压瞬时值表达式u=61V2sin （100兀曲的有“6 V W ”的小灯泡接在此电源上会不会被烧坏？把标有 6V的电容器接在此电源
5、上会不会被击穿？答案 小灯泡不会被烧坏，交流电压瞬时值表达式u=6/2sin （100兀t）V中6五V是最大值，其有效值为6 V,而标有“6 ,2 W”的小灯泡中的6 V是有效值.电容器会被击穿.要点提炼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，交变电流电动势最大，Em=nBSco般轴垂直于磁感线）.（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，通常提到的交流电的数值指有效值.3 .有效值的计算(1
6、)正弦式交变电流：根据E=Eg、u=Um2、i=2计算其有效值.相同电阻”上、(2)非正弦式交变电流：只能根据电流的热效应计算.计算时要注意三同：相同时间”内、产生 相同热量”.计算时，相同时间”一般取一个周期.4 .平均值的应用计算通过导体某一截面的电荷量时，只能用交变电流的平均值 ，即q=T =-1-An督这是平均值应用最多的一处.典例精析一、对描述交变电流物理量的认识【例1】(单选)一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图3所示，由图可知()图3A.该交流电的电压的有效值为100 VB.该交流电的频率为 25 HzC.该交流电压瞬时值的表达式为u=100sin 25t VD.并联在该电压两
7、端的电压表指针不停摆动解析 根据题图可知该交变电流电压的最大值为100 V,周期为4X102 s,所以频率为 25Hz,A错,B对；而 3=2兀4 50兀B冬所以u=100sin (50兀”C错；交流电压表的示数为交 流电的有效值而不是瞬时值，不随时间变化，D错.答案 B二、正弦式交变电流有效值的计算【例2 (单选)一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图4甲所示.已知发电机线圈内阻为 5.0 夕卜接一只电阻为95.0翦勺灯泡，如图乙所示，则()D.发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为 解析电压表示数为灯泡两端电压的有效值图4A .电压表的示数为220 VB.电路中的电流方向每秒钟
8、改变50次C.灯泡实际消耗的功率为484 W24.2 J，由题图知电动势的最大值Em = 220V2 V,有效RE.，可知1 s内电流方向变化100次,B错;值E= 220 V,灯泡两端电压 U = R-q-r =209 V,A错;由题图甲知T=0.02 s,一个周期内电流方向变化两次U2 2092灯泡的头际功率 P= = -77- W= 459.8 W,C错； rx95电流的有效值I = E=2.2 A,发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为Qr= 12rt=2.22 5X1 JR+ r= 24.2 J. D 对.答案 D三、非正弦式交变电流有效值的计算【例3 如图5所示是一交变电流随时间变化的
9、图象，求此交变电流的有效值.4j2.10 -0.1 b.2：0,3：04s-3m_i图5解析 设该交变电流的有效值为I 直流电的电流强度为I,让该交变电流和直流电分别通过同一电阻(阻值为R),在一个周期(T=0.2 s)内，该交变电流产生的热量：Q= I2Rt1 + I2Rt2=(4V2)2R 0.1 + ( 3亚)2R 0.1 = 5R在一个周期内直流电通过该电阻产生的热量Q= I2RT = 0.2I2R.由Q = Q得,0.2I2R= 5R,解得I = 5 A,即此交变电流的有效值 I =I = 5 A答案 5 A四、有效值、瞬时值、平均值的区别及应用【例4】在水平方向的匀强磁场中，有一正
10、方形闭合线圈绕垂直磁感线的轴匀速转动，已知线圈的匝数为 n=100匝,边长为20 cm,电阻为10 转动频率f=50 Hz,磁场的磁感应强度为0.5 T,求：(1)外力驱动线圈转动的功率.(2)转至线圈平面与中性面的夹角为30。时，线圈产生的感应电动势及感应电流的大小.线圈由中性面转至与中性面成30。夹角的过程中，通过线圈横截面的电荷量.解析(1)线圈中交变电动势的最大值Em=nBSco=100X 0.5 X (0.2)2 X 2 后)625i0V/交变电动势的有效值E = Em=314V2 V. ,2外力驱动线圈转动的功率与线圈中交变电流的功率相等.止 W= 1.97 104 W.(2)线圈
11、转到与中性面成 e 314i = R=而 A=31.4 A.(3)在线圈从中性面转过30。角时，其电动势的瞬时值 e= Emsin 30 = 314 V,交变电流的瞬时值入,，一，一，、, A 30角的过程中，线圈中的平均感应电动势E=n-E平均感应电流I =R通过线圈横截面的电荷量为q,贝 U q= I Anna nB12 1 - cos 3010M.5xQ,22x 1 -0.866io= 2.68 M0 2 C.答案 (1)1.97 104 W (2)314 V 31.4 A(3)2.68 102 C课堂要点小结周期T描述变化快慢的物理量，田上频率f描述交变电流的物理量瞬时值e= Emsi
12、n w t 峰值 Em= nBSxo描述大小的物理量有效值E =Em自我检测区A.周期是0.01 sB.最大值是 C.有效值是 D.表达式为 答案 C、平均值柠五学习遍用体验成m快正1 .（对描述交变电流物理量的认识）（单选）如图6是某种正弦式交流电压的波形图，由图可确220 V220 Vu = 220sin (100nt) (V解析由题图可知 该交流电压白周期为 0.02 s,最大值为311 V,而有效值U=Um = 311 V =22220 V,故A、B错误,C正确.正弦式交流电压的瞬时值表达式2兀u= Umsin * 311sin （菽t） V = 311sin （100 兀 t） V,
13、故D选项错误.2 .（正弦式交变电流有效值的计算）（单选）一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀1速转动，周期为T.从中性面开始计时，当t=12T时，线圈中感应电动势的瞬时值为2 V,则此交变电流的有效值为（）A. 2蛆 VB. 2 V2C. 2 VD-2- V答案 A解析 先用代入法求出感应电动势的最大值：由e= Emsint得2 V=Emsin （午毛）,由此得Em=4 V,因此有效值为2y2 V.选项A正确.3.（非正弦式交变电流有效值的计算）（单选）通过一阻值 R= 100 的电阻的交变电流如图 7所示淇周期为1 s.电阻两端电压的有效值为（）图7A. 12 VB. 4 M VC.
14、 15 VD. 8 乖 V答案 B解析根据电流的热效应计算电流的有效值.由 （0.1）2R私4 2+（0.2）2R W1 2=I2RX1可得，流过电阻的电流的有效值I =嘤 A,电阻两端电压的有效值为U = IR= 4寸而V,B正确.40分钟课时作业题组一对描述交变电流物理量的认识1 .（单选）下列提到的交流电，不是指有效值的是（）A.交流电压表的读数B.保险丝熔断电流C.电容器击穿电压D. 220 V交流电压答案 C解析电容器击穿电压指电容器两端允许加的电压的最大值.2 .（单选）以下说法正确的是（）A.交变电流的有效值就是它的平均值1B.任何交变电流的有效值都是它最大值的亚C.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D.以上说法均不正确 答案 D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A错.在正弦（余弦）式交变电流中，其有效值为最大值的 南,对 于其他交变电流并不一定满足此关系，故B错.交变电流要产生热量需要一定的时间，C选项 中没有告诉时间，因此是错误的.3 .（单选）下列关于交变电流的说
