《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3-2.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《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3-2.doc（7页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、12.22.2 怎样描述交变电流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
2、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).1 T2 T5.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2D.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
3、 s 内完成 5 个周期，线圈转 5 圈，1 T1 0.2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 J1222(2)由QI2Rt得I A AQ Rt10 1 1102.某交流电压瞬时值表达式
4、u6sin (100t) V，把标有“6 V,2 W”的小灯泡接在此电2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22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
5、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.Imax2Umax2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3(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
6、q t tIE R.n R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 V105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1025UIR4 V，故 B 正确.10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
7、，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.4答案 (1) (2)NBS RrN2B2S2R4Rr2解析 (1)依题意磁通量的变化量 BS，线圈转过 90的时间为 t ，T 42 4 2平均感应电动势为 N.平均感应电流为 .通过电阻R的电E t2NBS IE Rr2NBSRr荷量为q t.INBS Rr(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Emax2NBS2为I.E RrNBS2Rr电阻R上产生的热量为QI2Rt.N2B2S2R4Rr2三、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，
8、并写出其函数表达式.图 6答案 周期T0.02 s，频率f 50 Hz，最大值Umax6 V，有效值U6 V.函1 T2Umax2数表达式u6sin (100t)V.2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.5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
9、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
10、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 ( )6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
11、题图知电动势的最大值Em220 V，有效2值E220 V，灯泡两端电压U209 V，A 错误；RE Rr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；U2 R2092 95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E RrQrI2rt2.2251 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
12、个周期(T0.2 s)内，该交变电流产生的热量：QI Rt1I Rt22 12 2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( )7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 V2D.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 V20 2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UR99为：EI(Rr)1(91) V10 V，所以电动势的最大值为 EmE10 V，故选项22A、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t90过程中，BS，t ，所以 n，由于 EmnBS，所以 T42Et2nBSE V，选项 D 对.2Em20 2