【教科版】2020年高中物理选修3-2学案 第二章 交变电流2描述交流电的物理量 含答案.doc

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1、学案2　描述交流电的物理量[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，会进行有效值的计算．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＝N.2．恒定电流产生电热的计算遵循焦耳定律，Q＝I2Rt.一、周期和频率1．周期：交变电流作一次周期性变化所需的时间，叫做它的周期，通常用T表示，单位是s.2．频率：交变电流在1s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Hz.3．周期和频率互为倒数，即T＝或f＝.4．线圈转

2、动的角速度ω等于频率的2π倍，即ω＝2πf.二、峰值有效值1．峰值：Um和Im分别表示了在一个周期内电压和电流所能达到的最大值．2．交变电压的峰值不能超过(选填“超过”或“低于”)电容器、二极管等元器件所能承受的电压，否则就有被击穿而损坏的危险．3．有效值：交流电的有效值是根据电流的热效应来规定的，如果交流电与某一直流电通过同一电阻，在相同的时间内所产生的热量相等，则这个直流电的电流和电压值，就分别称为相应交流电的电流和电压的有效值．4．正弦式交变电流的有效值I、U与峰值Im、Um的关系：I＝Im，U＝Um.5．人们通常说的家庭电路的电压是220V，指的是有效值．使用交流电表测出的数值是正弦

3、交流电的有效值．一、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？图1答案　周期T＝0.02s；频率f＝50Hz.[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：ω＝.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.角速度与转速的关系：ω＝2πn(n单位为r/s)或ω＝(n单位为r/min)．4．我国电网中交变电流的周期是0.02s，频率是50Hz.二、峰值有效值[问题设计]1．图2是通过一个R＝1Ω的电阻的电流i随时间变化的曲线．这个电流不是恒定电流．(1)怎样计算1s内电阻R中产生的热量？(2)

4、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，这个电流是多大？图2答案　(1)Q＝IRt1＋IRt2＝42×1×0.5J＋22×1×0.5J＝10J(2)由Q＝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？把一个能承受的最大电压为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．[要点提炼]1．峰值：也叫最大值，它是所有瞬时

5、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，Em＝NBSω(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)正弦式交变电流：根据E＝、U＝、I＝计算其有效值．(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：“相同电阻”上、“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

6、量时，只能用交变电流的平均值，即q＝·Δt＝Δt＝N，这是平均值应用最多的一处．一、对描述交变电流物理量的认识例1　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100VB．该交流电的频率为25HzC．该交流电压瞬时值的表达式为u＝100sin25tVD．并联在该电压两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100V，周期为4×10－2s，所以频率为25Hz，A错，B对；而ω＝2πf＝50πrad/s，所以u＝100sin(50πt)V，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、

7、正弦式交变电流有效值的计算例2　一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图4甲所示．已知发电机线圈内阻为5.0Ω，外接一只电阻为95.0Ω的灯泡，如图乙所示，则(　　)图4A．电压表的示数为220VB．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484WD．发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2J解析　电压表示数为灯泡两端电压的有效值，由题图知电动势的最大值Em＝220V，有效值E