《物理浙江专版人教版选修32讲义：第五章 第2节 描述交变电流的物理量 Word版含解析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物理浙江专版人教版选修32讲义：第五章 第2节 描述交变电流的物理量 Word版含解析（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2节描述交变电流的物理量周期和频率探新知基础练1周期和频率的物理意义描述交变电流变化快慢的物理量。2周期交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(s)。3频率交变电流在1 s内完成周期性变化的次数；用f表示，单位是赫兹(Hz)。4、T、f的关系2f，T或f。5我国民用交变电流的周期和频率(1)周期：T0.02 s。(2)频率：f50 Hz。100 rad/s，电流方向每秒钟改变100次。辨是非(对的划“”，错的划“”)1各国交变电流的周期都是0.02 s。()2若交变电流是线圈在匀强磁场中匀速转动形成的，则交变电流的周期也是线圈做圆周运动的周期。()3我国提供市电的发电机转子
2、的转速为3 000 r/min。()答案：1.2.3.释疑难对点练1转速(n)定义：线圈单位时间(1 s或1 min)转过的圈数，单位是r/s或r/min。2各物理量之间的关系：f，2f，2n(n的单位为r/s)。3我国电网中交变电流的周期是0.02 s，频率是50 Hz。但并不是所有国家交流电频率都是50 Hz，有少数国家交流电频率是60 Hz的。试身手1关于交变电流的周期和频率，下列说法中正确的是()A正弦式交变电流最大值连续出现两次的时间间隔等于周期B1 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D50 Hz的交变电流，其周期等于0.05 s解析：选
3、C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。所以选项A、B错误；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，所以选项C正确；由T s0.02 s，知选项D错误。峰值、有效值和相位探新知基础练1峰值(1)定义：交变电流的电压、电流所能达到的最大数值。(2)应用：电容器所能承受的电压要高于交流电压的峰值。2有效值(1)定义：让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果在交流的一个周期内它们产生的热量相等，则这个恒定电流的电流I、电压U，叫做这个交流的有效值。(2)应用：交流用电设备上所标的额定电压和额定电流；交
4、流电压表测量的数值；无特别说明时提到的交变电流的数值。3峰值和有效值的关系对于正弦式交变电流，有效值I、U与峰值Im、Um之间的关系：I，U。4相位(1)正弦式交变电流瞬时值表达式中正弦符号“sin”后面的量“t”叫做交变电流的相位，“”叫初相位。(2)两支交流的相位之差叫做它们的相位差；当它们的频率相同时，相位差是个常数。辨是非(对的划“”，错的划“”)1交变电流的有效值总是小于峰值。()2交变电流的峰值为有效值的倍。()3当线圈从中性面位置开始转动时，初相为0。()答案：1.2.3.释疑难对点练1对有效值的理解(1)交变电流的有效值是根据电流的热效应来定义的。交变电流和恒定电流是一种等效替
5、代关系。(2)理解交变电流的有效值要注意“三同”：电阻相同，时间相同，产生的热量相同。(3)在计算交变电流与发热有关的物理量时，如计算通过导体产生的热量和电功、电功率以及确定保险丝的熔断电流时，只能用交变电流的有效值。2有效值的两种计算方法(1)若按正(余)弦规律变化的电流，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)当电流是按非正(余)弦规律变化时，必须根据电流的热效应来求解有效值，且时间一般取一个周期。其具体做法是：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用相应的物理量的有效值表示(如QI2Rt，Q)，进而求出相应的有效值。
6、试身手2一电阻接一直流电源，通过4 A的电流时热功率为P，若换接一正弦交流电源，它的热功率变为，则该交流电电流的最大值为()A4 AB6 AC2 AD4 A解析：选A由PI2R得R，接交流电时，I2R，解得I A，所以ImI4 A。A正确。对描述交变电流物理量的认识典例1小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速运动，产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图所示。此线圈与一个R10 的电阻构成闭合电路。不计电路的其他电阻，下列说法正确的是()A交变电流的周期为0.125 sB交变电流的频率为8 HzC交变电流的有效值为 AD交变电流的最大值为4 A思路点拨解析由图象可以看出，此交变电流的
7、周期为0.250 s，电压的最大值Um20 V，所以交变电流的频率为4 Hz，A、B项错误；交变电流的最大值Im2 A，有效值I A，C项正确，D项错误。答案C典例2如图所示是某正弦交流电的电流随时间变化的图象，根据图象求其峰值、周期和角速度，并写出交变电流的瞬时值表达式。解析由图象可知，交变电流的周期为T0.02 s，角速度为100 rad/s故其瞬时值表达式为iImsin 100t A当t0.002 5 s时，i1.414 A所以Imsin (1000.002 5)1.414 A解得Im2 A所以i2sin 100t A。答案2 A0.02 s100 rad/si2sin 100t A交变
8、电流有效值的求解交变电流类型有效值求解方法正弦式交变电流方法一：有效值方法二：电流的热效应非正弦式交变电流电流的热效应典例3如图所示是一交变电流随时间而变化的图象，此交变电流的有效值是()A5 AB5 AC3.5 AD3.5 A思路点拨解析根据交变电流有效值的定义可得I12Rt1I22Rt2I2RT(4)2R0.01(3)2R0.01I2R0.02解得I5 A。B正确。答案B交变电流的四值交变电流的四值，即峰值、有效值、瞬时值、平均值，在不同情况下的使用：(1)在研究电容器的耐压值时，只能用峰值。(2)在研究交变电流做功、电功率及产生的热量时，只能用有效值，交流电表显示的也是有效值。(3)在研
9、究交变电流通过导体横截面的电荷量时，只能用平均值，即qttn。(4)在研究某一时刻线圈受到的安培力时，只能用瞬时值。典例4如图所示是一个正弦式交变电流的图象，下列说法正确的是()A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 A解析由题图可知T0.2 s，Im10 A，故频率f5 Hz，I5 A7.07 A，A正确，B、C、D错误。答案A(1)书写瞬时值表达式时需特别注意初始位置不一定是图中线框所在的位置，应以题中文字说明为准。(2)由于电流大小不断变化，故某段时间内的电荷量
10、不能用qit计算，只能用qn计算。(3)交变电流的平均值是针对某一过程的物理量，在不同的时间内平均值一般不相同。(4)平均电动势不等于始、末两时刻瞬时值的平均值，必须用法拉第电磁感应定律计算，即n 。课堂对点巩固1一正弦式交流电的电压随时间变化的规律如图所示，由图可知( )A该交流电的电压的有效值为100 VB该交流电的频率为25 HzC该交流电的电压瞬时值的表达式为u100sin 25t VD并联在该电压两端的电压表指针不停摆动解析：选B根据题图可知该交流电的电压的最大值为100 V，周期为4102 s，所以频率为25 Hz，A错，B对；而2f50 rad/s，所以u100sin 50t V
11、，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，指针不摆动，D错。2在阻值为70 的电阻中通以正弦式交变电流，测得在10 min 内放出的热量为2.1104 J，则此交变电流的最大值为()A0.24 AB0.5 AC0.707 AD1 A解析：选D根据QI2Rt得I A，所以ImI1 A。故D正确。3一只“220 V,100 W”的灯泡接在u311sin 314t V的交变电源上，则下列判断正确的是()A灯泡能正常发光B与灯泡串联的电流表的示数为0.64 AC与灯泡并联的电压表的示数为311 VD通过灯泡的电流的表达式为i0.45sin 314t A解析：选A从电压瞬时值表
12、达式知电压有效值为220 V，故“220 V,100 W”灯泡接在此交变电源上能正常发光，故A正确；通过灯泡的电流I A0.45 A，也是与灯泡串联的电流表的示数，故B错误；电压表与灯泡并联测得的也是灯泡的电压有效值，故示数为220 V，所以C错误；通过灯泡的电流的有效值为0.45 A，故其最大值Im0.45 A0.64 A，故D错误。4一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甲所示。已知发电机线圈内阻为5.0 ，现外接一只电阻为95.0 的灯泡，如图乙所示，则()A电压表的示数为220 VB电路中的电流方向每秒钟改变50次C灯泡实际消耗的功率为484 WD发电机线圈内阻每秒钟产
13、生的焦耳热为24.2 J解析：选D由题图甲知Em220 V，则电源电动势有效值E220 V，I A2.2 A，电压表示数即路端电压有效值UIR2.295 V209 V，A错；线框每转一圈，电流方向改变两次，故每秒钟电流方向改变n22次100次，B错；由P灯UI得：P灯2092.2 W459.8 W，C错；由QI2rt得：Q2.2251 J24.2 J，D对。课堂小结课时跟踪检测(十)一、单项选择题1下列关于交流电的几种说法中，正确的是()A交流电气设备上所标的电压、电流值是峰值B交流电流表和交流电压表测得的值是瞬时值C跟交流有相同热效应的直流的值是交流的有效值D跟直流有相同热效应的交流的值是交
14、流的有效值解析：选C交流电气设备上所标的电压、电流值都是交流电的有效值，A选项错误；交流电流表和交流电压表测的值是有效值，B选项错误；根据有效值的定义，可知C选项正确，D选项错误。2下列说法中正确的是()A交变电流在一个周期内电流方向改变两次B交变电流的有效值总是最大值的C因为有效值表示交变电流产生的平均效果，所以有效值与平均值相同D若正弦式交变电流的最大值是10 A，则它的最小值是10 A解析：选A产生交变电流的线圈平面每经过中性面一次，电流方向改变一次，在一个周期内线圈平面有两次经过中性面。对于正弦式交变电流，其有效值是最大值的，而对于其他的交变电流不一定有这样的关系。交变电流的有效值是根据电流的热效应来规定的，与平均值不同。交变电流的正负表示电流的方向，不表示电流的大小，正弦式交变电流的最小值为零。综上所述，A正确。3在如图
