通用版2018_2019版高中物理第五章交变电流5.2描述交变电流的物理量学案新人教版选修3_

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1、2 描述交变电流的物理量[学习目标]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.掌握交变电流有效值与峰值的关系,会进行有效值的计算.一、周期和频率1.周期(T)交变电流完成一次周期性变化所需的时间.2.频率(f)交变电流在1s内完成周期性变化的次数.3.T=或f=.二、峰值和有效值1.峰值:交变电流的电压、电流能达到的最大值叫峰值.2.有效值:让交流与恒定电流分别通过大小相同的电阻,如果在交流的一个周期内它们产生的热量相同,则此恒定电流的数值叫做交流电的有效值.3.在正弦式交变电流中,最大值与

2、有效值之间的关系E==0.707Em U==0.707Um I==0.707Im三、相位和相位差1.定义:正弦式交变电流u=Umsin(ωt+φ),其中“ωt+φ9”叫做交变电流的相位.两支交流的相位之差叫做它们的相位差.2.正弦式交流电u1=Umsin(ωt+φ1)和u2=Umsin(ωt+φ2)的相位差是φ1-φ2.[即学即用]1.判断下列说法的正误.(1)正弦式交变电流的正负两部分是对称的,所以有效值为零.( × )(2)交变电流的有效值就是一个周期内的平均值.( × )(3)一个正弦式交变电流的峰值同周期、频率一样是不变的,但有效值是随时间不断变化的.( ×

3、 )(4)交流电路中,电压表、电流表的测量值都是有效值.( √ )2.我国电网中交流电的频率为50Hz,则我国提供市电的发电机转子的转速为________r/min.答案 3000一、周期和频率[导学探究] 如图1所示,交变电流完成一次周期性变化需要多长时间?在1s内完成多少次周期性变化?图1答案 完成一次周期性变化需要0.02s;在1s内完成50次周期性变化.[知识深化]交变电流的周期和频率跟发电机转子的角速度ω或转速n有关.ω(n)越大,周期越短,频率越高,其关系为T=,ω=2πf=2πn.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

4、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29A.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 BD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错误,B、D正确;在t=0.1s时,e=0,所以线圈平面与磁场方向垂直,故C错误.9二、峰值和有效值[导学探究]1.图3是通过一个R=1Ω的电阻的电流i随时间t变化的图象.图3(1)试计算1s内电阻R中产生的热量.(2)如果有一个

5、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=I12Rt1+I22Rt2=42×1×0.5J+22×1×0.5J=10J.(2)根据交变电流有效值的定义可得:I2Rt=Q,解得I=A.2.某交流电压的瞬时值表达式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,交流电压的瞬时值表达式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.[知识深

6、化]1.峰值和有效值的应用(1)电容器所能承受的电压应高于交流电的峰值,否则电容器可能被击穿.(2)电气设备铭牌上标注的额定电压、额定电流都是有效值.交流电压表和交流电流表测量的也是有效值.(3)保险丝的熔断电流为有效值.2.有效值的计算(1)对于正弦式交变电流,可先根据Em=nBSω求出最大值,然后根据E=求出其有效值.(2)当电流是非正弦式交变电流时,必须根据有效值的定义求解.先计算交变电流在一个周期内产生的热量Q,再将热量Q用相应的物理量的有效值表示,即Q=I2RT或Q=T,最后代入数据求解有效值.例2 (多选)下列关于交流电的说法中正确的是(  )A.交流电

7、气设备上所标的电压值和电流值是交流电的峰值B.用交流电流表和电压表测定的读数值是交流电的瞬时值9C.给定的交流数值,在没有特别说明的情况下是指有效值D.跟交变电流有相同的热效应的直流电的数值是交流电的有效值答案 CD解析 对于交变电流,在没有特别说明的情况下指有效值,交流电流表和电压表的读数值是交流电的有效值,交流电气设备的铭牌上所标的电压值和电流值也是有效值,A、B错误,C正确;根据有效值定义可知,D正确.例3 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

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