通用版2018-2019版高中物理第2章交变电流与发电机2.2怎样描述交变电流学案沪科版选修3 .doc

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T0.02 s；频率f50 Hz.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1 s内完成周期性变化的次数，用f表示，单位是赫兹，符号是Hz.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.4.各物理量之间的关系：f，2f，2n(n的单位为r/s).5.我国电网中交变电流的周期是0.02 s，频率是50 Hz.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0.2 HzB.1 s内电流方向变化10次C.t0.1 s时，线圈平面与磁场方向平行D.1 s内线圈转5圈答案BD解析由题图知T0.2 s，故f Hz5 Hz，即1 s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t0.1 s时，e0，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R1 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内产生同样的热量，这个电流是多大？答案(1)QIRt1IRt24210.5 J2210.5 J10 J(2)由QI2Rt得I A A2.某交流电压瞬时值表达式u6sin (100t) V，把标有“6 V,2 W”的小灯泡接在此电源上会不会被烧坏？把标有6 V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u6sin (100t) V中6 V是最大值，其有效值为6 V，而标有“6 V,2 W”的小灯泡中的6 V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，EmnBS(转轴垂直于磁感线).(2)电容器接在交流电路中，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，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qtt.例2通过一阻值R100 的电阻的交变电流如图4所示，其周期为1 s.电阻两端电压的有效值为()图4A.12 V B.4 V C.15 V D.8 V答案B解析根据电流的热效应先计算电流的有效值.由(0.1 A)2R0.4 s2(0.2 A)2R0.1 s2I2R1 s，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UIR4 V，故B正确.例3如图5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BS，线圈转过90的时间为t，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qt.(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QI2Rt.三、用数学方法描述交流电如图6为某交变电流的ut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T0.02 s，频率f50 Hz，最大值Umax6 V，有效值U6 V.函数表达式u6sin (100t)V.要点总结1.正弦交流电的图像如图7所示，从图像中可直接得到的物理量有：瞬时值、最大值和周期；通过计算可以得到有效值、频率和角频率.图72.正弦交流电的瞬时值表达式电动势：eEmaxsin t；电压：uUmaxsin t；电流：iImaxsin t.例4一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图8所示，由图可知()图8A.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u100sin 25t VD.并联在该电压两端的电压表示数随时间周期性变化答案B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4102 s，所以频率为25 Hz，A错，B对；而2f50 rad/s，所以u100sin (50t) 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. 1.(对交变电流物理量的认识)(多选)下列关于交流电的说法中正确的是()A.交流电器设备上所标的电压和电流值是交流电的最大值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C.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，交流电器的铭牌上所标的电压和电流值也是有效值，A、B错误，C、D正确.2.(有效值的应用)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9甲所示.已知发电机线圈内阻为5 ，外接一只电阻为95 的灯泡，如图乙所示，则 ()图9A.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生的焦耳热为24.2 J答案D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Em220 V，有效值E220 V，灯泡两端电压U209 V，A错误；由题图甲知T0.02 s，一个周期内电流方向变化两次，可知1 s内电流方向变化100次，B错误；灯泡的实际功率P W459.8 W，C错误；电流的有效值I2.2 A，发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为QrI2rt2.2251 J24.2 J，D正确.3.(交变电流有效值的计算)如图10所示是一交变电流随时间变化的图像，求此交变电流的有效值.图10答案5 A解析设该交变电流的有效值为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(T0.2 s)内，该交变电流产生的热量：QIRt1IRt2在一个周期内直流电通过该电阻产生的热量QI2RT由QQ，代入数据，解得I5 A.4.(最大值、有效值、瞬时值、平均值的区别和应用)交流发电机线圈电阻r1 ，用电器电阻R9 ，闭合开关后电压表示数为9 V，如图11所示，那么该交流发电机()图11A.电动势的最大值为10 VB.电动势的有效值为9 VC.交流发电机线圈通过中性面时电动势的瞬时值为10 VD.交流发电机线圈自中性面转过90的过程中的平均感应电动势为 V答案D解析电压表示数等于路端电压，电路中的电流为I A1 A，所以电动势的有效值为：EI(Rr)1(91) V10 V，所以电动势的最大值为EmE10 V，故选项A、B错；线圈通过中性面时最大，但0，故e0，选项C错；线圈从中性面转过90过程中，BS，t，所以n，由于EmnBS，所以 V，选项D对.