2017-2018通用版高中物理第章交变电流与发电机_怎样描述交变电流学案沪科版选修_

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1、2.2　怎样描述交变电流[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，知道有效值是与热效应有关的量.3.掌握正弦式交变电流有效值与最大值的关系，会进行有效值的计算.4.掌握交变电流的变化规律及两种表示方法.一、周期和频率如图1所示，这个交变电流的周期是多少？频率是多少？图1答案　周期T＝0.02s；频率f＝50Hz.[要点总结]1.周期(T)：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.2.频率(f)：交变电流在1s内完成周期性变化的次数，用f表示，单位是赫兹

2、，符号是Hz.3.转速(n)：线圈单位时间(1s或1min)转过的圈数，单位是r/s或r/min.4.各物理量之间的关系：f＝，ω＝＝2πf，ω＝2πn(n的单位为r/s).5.我国电网中交变电流的周期是0.02s，频率是50Hz.例1　(多选)矩形金属线圈共10匝，绕垂直于磁场方向的转动轴在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生的交流电动势e随时间t变化的情况如图2所示.下列说法中正确的是(　　)图2A.此交变电流的频率为0.2HzB.1s内电流方向变化10次C.t＝0.1s时，线圈平面与磁场方向平行D.1s内线圈转5圈答案　B

3、D解析　由题图知T＝0.2s，故f＝＝Hz＝5Hz，即1s内完成5个周期，线圈转5圈，每转1圈电流方向改变2次，故A错，B、D对；在t＝0.1s时，e＝0，所以线圈平面与磁场方向垂直，故C错.二、最大值和有效值1.图3是通过一个R＝1Ω的电阻的电流i随时间t变化的图像.这个电流不是恒定电流.图3(1)试计算1s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1s内产生同样的热量，这个电流是多大？答案　(1)Q＝IRt1＋IRt2＝42×1×0.5J＋22×1×0.5J＝10J(2)由Q

4、＝I2Rt得I＝＝A＝A2.某交流电压瞬时值表达式u＝6sin(100πt)V，把标有“6V,2W”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＝6sin(100πt)V中6V是最大值，其有效值为6V，而标有“6V,2W”的小灯泡中的6V是有效值.电容器会被击穿.[要点总结]1.最大值：交变电流在一个周期内所能达到的最大数值.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，感应电动势最大，Em＝nBSω(转轴垂直于磁感线).(2)电容

5、器接在交流电路中，交流电压的最大值不能超过电容器的耐压值.2.有效值：让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果在交变电流的相同时间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，叫做这个交变电流的有效值.计算时要注意三同：“相同电阻”上、“相同时间”内、产生“相同热量”.3.正弦式交变电流的有效值I、U与最大值Imax、Umax的关系：I＝、U＝.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.4.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，

6、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均指有效值.5.平均值的应用计算通过导体某一横截面的电荷量时，只能用交变电流的平均值，即q＝·Δt＝Δt＝.例2　通过一阻值R＝100Ω的电阻的交变电流如图4所示，其周期为1s.电阻两端电压的有效值为(　　)图4A.12VB.4VC.15VD.8V答案　B解析　根据电流的热效应先计算电流的有效值.由(0.1A)2R×0.4s×2＋(0.2A)2R×0.1s×2＝I2R×1s，可得流过电阻的电流的有效值I＝A，电阻两端电压的有效值为U＝IR＝4V，故B正确.例3　如图5

7、所示，矩形线圈面积为S，匝数为N，线圈电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直磁场方向的OO′轴以角速度ω匀速转动，外电路电阻为R.当线圈由图示位置转过90°的过程中，求：图5(1)通过电阻R的电荷量q；(2)电阻R上所产生的热量Q.答案　(1)　(2)解析　(1)依题意磁通量的变化量ΔΦ＝BS，线圈转过90°的时间为Δt＝＝＝，平均感应电动势为＝N＝.平均感应电流为＝＝.通过电阻R的电荷量为q＝·Δt＝.(2)线圈中感应电动势有效值和最大值Emax的关系是E＝＝，电路中电流的有效值为I＝＝.电阻R上产生的热量为Q＝I

8、2Rt＝.三、用数学方法描述交流电如图6为某交变电流的u－t图像，试指出它的周期、频率、最大值、有效值，并写出其函数表达式.图6答案　周期T＝0.02s，频率f＝＝50Hz，最大值Umax＝6V，有效值U＝＝6V.函数表达式u＝6sin(100πt)V.[要点总结]1.正弦交流电的图像如图7所示，从图像