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1、精品教案可编辑第 1 节交变电流的特点学 习 目 标知 识 脉 络1.知道什么是恒定电流、交变电流2知道交变电流的周期、频率以及它们之间的关系3 理解交变电流的最大值和有效值，能利用有效值的定义计算常见交变电流的有效值(重点、难点)恒定电流和交变电流的比较先填空 恒定电流交变电流电极有固定的正极、负极没有固定的正、负极波形特点(定义)大小和方向不随时间变化恒定电流大小和方向随时间周期性变化交流电再判断 1方向不变的电流就是恒定电流()2it波形图是正弦曲线的一定是交变电流()精品教案可编辑后思考 方向随时间周期性变化的电流就是交变电流吗？【提示】是，只要方向随时间周期性变化的电流即为交流电合作
2、探讨 探讨：在日常生活中，手电筒和日光灯是家庭中必备的照明工具，但给两用电器提供电能的电源是不同的，它们产生的电流相同吗？【提示】不相同电源有交流和直流之分电池是直流电源，它提供的是直流电；家庭照明电路给日光灯提供的是交流电，其典型特征是电流方向发生变化核心点击 1交变电流与直流电的区别交变电流直流电脉动直流恒定电流方向随时间周期性变化不随时间变化不随时间变化大小可以随时间变化也可以不随时间变化如矩形脉冲可以随时间变化不随时间变化2常见的几种交变电流的图象不同的交变电流的变化规律不同，常见的有以下几种情况，如图3-1-1所示图 3-1-1无论大小是否变化，但都有一个共同的特点，就是电流的方向一
3、定随时间做周期性变化1如图所示的各图象中表示交变电流的是()精品教案可编辑【解析】B、C 两图象中，虽然电流大小随时间做周期性变化，但方向从图上看在t轴一侧方向不变，故不是交变电流A 图中电流的方向没发生变化，不是交变电流 D 图中，从图上看电流分布在t轴两则，电流的大小、方向均做周期性变化，是交变电流故选D.【答案】D2如图所示，其中不表示交变电流的是()【解析】A、B、D 中电流i的方向发生了周期性变化，是交变电流；C 中电流方向不变，是直流电，故选C.【答案】C1只要电流的方向发生变化，即为交变电流，若方向不变，尽管大小变化亦为直流电2在it或ut图中，正负表示方向，若题中给出了it或u
4、t图，一定要注意图象的坐标原点是否为0，图中i或u值有无正负变化交 变 电 流 的 周 期 和 频 率先填空 物理量概念(或物理意义)符号及单位联系周期完成一次周期性变化所需要的时间T、s用来表示电流变化精品教案可编辑频率1 s 内完成周期性变化的次数f、Hz快慢，f1T再判断 1交变电流周期越大，说明方向变化越快()2我国交变电流周期为0.02 s，频率 50 Hz.()3交变电流的方向每个周期改变一次()后思考 我国交变电流，在1 s 内其方向变化多少次？【提示】100 次合作探讨 探讨：打点计时器接到干电池上怎样调整也不打点，而接到学生电源的低压交流挡上就顺利打点，每隔0.02 s 打一
5、个点打点计时器为什么打点时间间隔为0.02 s？其时间间隔由什么决定？【提示】电磁式打点计时器的打点频率与工作电流频率相同，我国生产、生活用电的频率为 50 Hz，所以打点计时器的打点时间间隔T1f 0.02 s；时间间隔由电源的频率决定核心点击 对交变电流的周期和频率的理解周期和频率是描述交变电流的物理量，跟任何周期性过程一样，交流电也要用周期或频率来表示变化的快慢在实验中，线圈匀速转动一周，电动势、电流都按正弦规律变化一次(1)线圈转动一周，交流电恰好完成一次周期性变化(2)从线圈转动来说，周期就是线圈在磁场中转动一周所用的时间；频率就是1 s 内线圈在磁场中转动的圈数精品教案可编辑3(多
6、选)某交变电流的方向在1 s 内改变 100 次，则其周期T和频率f分别为()AT0.01 s BT 0.02 sCf100 Hz Df50 Hz【答案】BD4(多选)如图 3-1-2所示，下列对图象的描述正确的是()图 3-1-2A该电压是直流电压B该电压是交流电压C该电压的周期是0.2 sD该电压的频率是10/3 Hz【解析】从图象可以看出每经过0.3 s 开始重复上一个过程，所以0.3 s 是一个周期，频率是103Hz，在一个周期内，前0.1 s 电压为正值，后0.2 s 电压为负，表示前后电流方向相反，所以是交变电流，B、D 对，A、C 错【答案】BD(1)周期(T)、频率(f)与角速
7、度()的关系2T2f(2)我国工农业生产和生活所用的交变电流，周期是0.02 s，频率是50 Hz，电流方向每秒改变 100 次交变电流的最大值和有效值精品教案可编辑先填空 物理量概念符号单位联系最大值交变电流在一个周期内所能达到的最大值Um、VIm、A对正弦式(或余弦式)交流电有I12ImU12Um有效值和交变电流通过相同阻值的电阻，在相等时间内产生的热量相等的恒定电流的值称为交变电流的有效值U、VI、A再判断 1只要是交变电流，其最大值就是有效值的2倍()2我国民用交变电流，照明电压为220 V 和动力电压380 V 都是指有效值()3电容器的耐压值指的是交变电流的最大值()后思考 电气设
8、备的铭牌上标出的电压值、电流值；交流电压表测量的数值；电容器上的标称电压值分别指的是有效值还是最大值？【提示】有效值、有效值、最大值合作探讨 如图 3-1-3、图 3-1-4中电炉烧水，设其他条件都相同，水的质量相等，水的初温相同 若恒定电流用10 分钟把水烧开，而交变电流也用10 分钟把水烧开图 3-1-3图 3-1-4探讨 1：两种情况的通电时间、电阻热量相同吗？【提示】相同精品教案可编辑探讨 2：交流电电流的有效值是多少？【提示】3 A.核心点击 1有效值的特点(1)交变电流的有效值是根据电流的热效应来规定的，与电流的方向无关，但一般与所取时间的长短有关，在无特别说明时是由一个周期的时间
9、来确定的(2)在定义有效值时应注意三同：相同电阻；相同时间；产生相同热量2几种典型有效值的求法电流名称电流图线有效值正弦式交变电流IIm2正弦半波电流IIm2正弦单向脉动电流IIm2矩形脉动电流ItTIm非对称性交变电流I12（I21I22）5电阻R1、R2与交流电源按照如图3-1-5甲所示方式连接，R110，R2 20.合上开关 S 后，通过电阻R2的正弦交变电流i随时间t变化的情况如图乙所示则()甲乙精品教案可编辑图 3-1-5A通过R1的电流有效值是1.2 ABR1两端的电压有效值是6 VC通过R2的电流最大值是1.22 ADR2两端的电压最大值是62 V【解析】由i-t图象可知，电流最
10、大值Im0.62 A，有效值IIm20.6 A，因R1与R2串联，则I1I0.6 A，U1IR16 V，I2mIm0.62 A，U2mImR2122 V，故 A、C、D 错，B 正确【答案】B6图中两交变电流分别通过相同电阻R.(1)分别写出它们的有效值、周期、频率；(2)计算它们在R上产生的功率之比图 3-1-6【解析】(1)图甲为正弦交变电流，其有效值I10.707Im3.54 A，周期T1 0.4 s，频率f12.5 Hz；图乙为方波交流电，电流的大小不变，方向做周期性变化，由于热效应与电流方向无关，因而它的有效值I2 5 A，周期T20.3 s，频率f2103Hz.(2)由公式PI2R
11、得P甲P乙 1 2.【答案】(1)3.54 A 0.4 s 2.5 Hz 5 A 0.3 s 103Hz(2)121计算交流电的有效值的方法精品教案可编辑求解交变电流的有效值，通常采用以下两种方法：(1)若按正(余)弦规律变化的交变电流，可利用交变电流的有效值与峰值的关系求解，即EEm2，UUm2，IIm2.(2)对于非正弦式交变电流，必须根据有效值的定义进行计算第一步：计算交变电流在一个周期内产生的热量Q；第二步：将热量Q用相应的物理量的有效值表示QI2RT或QU2RT；第三步：代入数值，求解有效值2计算电功率问题，应用电压、电流的有效值，计算电荷量时应用电流平均值学业分层测评(七)(建议用
12、时：45 分钟)学业达标 1(多选)下列说法正确的是()A使用交流电的用电器铭牌上所标示的额定电压、额定电流的数值均为最大值B用交流电流表和电压表测得的数值是有效值C照明电路电压220 V 指的是有效值D所有交变电流的有效值和最大值之间均存在EEm2、UUm2和IIm2的关系【解析】各种使用交流电的用电器铭牌上所标示的数值均为有效值，故A 项错误；交流电表测得的数值为有效值，故B 项正确；照明电路电压220 V 指的是有效值，故C 项正确；EEm2、UUm2、IIm2是正弦式交变电流有效值和最大值的关系，故 D 项错误 故正确答案为B、C.【答案】BC2(多选)对于如图3-1-7所示的电流i随
13、时间t做周期性变化的图象，下列说法中正确精品教案可编辑的是()【导学号：78870052】图 3-1-7A电流大小变化、方向不变，是直流电B电流大小、方向都变化，是交变电流C电流最大值为0.2 A，周期为0.01 sD电流的周期为0.005 s，有效值为0.1 A【解析】it图象中i数值的正负表示电流的方向，图中电流始终为正值，表示电流方向不变，是直流电，A 对、B 错；从图中可以看出每经过0.01 s，it图象重复一次，周期为 0.01 s，电流最大值为0.2 A，C 对、D 错【答案】AC3对交变电流的下列说法正确的是()【导学号：78870053】A正(余)弦交变电流在一个周期内电流的方
14、向改变两次B交变电流的最大值总是有效值的2倍C若正弦交变电流的最大值为10 A，则它的最小值为10 AD演示交变电流随时间的变化规律时，应选用交流电流表【解析】一个周期内正弦交变电流方向改变两次，A 正确，只有正弦交变电流，才有Im2I关系，B 错误，交变电流的正负表示方向，最小值为零，C 错误，交流电流表的指针不随交变电流的周期变化而变化，故D 错误【答案】A4如图 3-1-8所示，图甲、乙分别表示两种电压的波形，下列说法正确的是()精品教案可编辑甲乙图 3-1-8A图甲表示交流电，图乙表示直流电B两种电压最大值都是311 VC两种电压的有效值相同D两种电压都是交流电压，但周期、频率、有效值
15、都不同【解析】两种都是交流电，周期都是2 102 s，最大值都是311 V，图甲的有效值为 220 V，图乙中由于对应相同时刻，图甲电压比图乙电压大，根据有效值的定义可知，图甲有效值要比图乙有效值大，A、C、D 错，B 对【答案】B5如图 3-1-9所示是一交变电流的i-t图象，则该交变电流的有效值为()图 3-1-9A 4 A B22 AC.83A D.2303A【解析】设该交变电流的有效值为I，由有效值的定义得(Im2)2Rt1I2mRt2I2Rt.而tt1t2，代入数据解得：I2303A，故 D 正确【答案】D6一个电热器接在10 V 的直流电压上，消耗的功率是P，当把它接到一个正弦式交
16、精品教案可编辑变电压上时，消耗的功率是P4，则该交变电压的最大值是()A 5 V B7.1 VC10 V D12 V【解析】设电热器的电阻为R，则P102R，当接在交变电压上时P4(Um2)2/R，解得Um52 V7.1 V.【答案】B7如图 3-1-10所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为B.电阻为R、半径为L、圆心角为45的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O轴以角速度匀速转动(O轴位于磁场边界)则线框内产生的感应电流的有效值为()图 3-1-10A.BL22RB.2BL22RC.2BL24RD.BL24R【解析】交变电流的有效值是根据电流的热效应得出的，线框转动周期为T，而线框转动
17、一周只有进入磁场和离开磁场共T/4 的时间内有感应电流，则有BLL2R2RT4I2RT，所以IBL24R，D 正确【答案】D8(多选)甲、乙两电炉的电阻值相等，把甲和乙两电炉分别接到如图3-1-11(a)和(b)所示的方波交变电压和正弦式交变电压下，两种电压的周期和峰值都相等，则()精品教案可编辑图 3-1-11A用电压表测量甲电炉两端电压大B用电压表测量甲、乙两电炉两端电压一样大C两电炉消耗的电功率之比P甲：P乙 21D两电炉消耗的电功率之比P甲P乙 11【解析】图(a)为方波交变电压，由有效值定义可知U20RT2U20RT2U2aRT，即有效值为UaU0.图(b)为正弦式交变电压，有效值为
18、UbU02，电压表测量值为有效值，所以接甲电炉的电压表示数大，A 正确、B 错误；两电炉消耗功率之比为P甲P乙U20RU022R21，C 正确、D 错误，故正确答案为A、C.【答案】AC能力提升 9(多选)如图 3-1-12 甲所示为电热毯电路示意图，交流电压u311sin 100t V当开关 S 接通时，电热丝的电功率为P0；当开关S 断开时，加在电热丝上的电压如图5-2-4乙所示，则()图 3-1-12A开关接通时，交流电压表的读数为220 VB开关接通时，交流电压表的读数为311 V精品教案可编辑C开关断开时，交流电压表的读数为311 V，电热丝功率为P02D开关断开时，交流电压表的读数
19、为156 V，电热丝功率为P02【解析】当 S 接通时，加在电热丝上的瞬时电压u311 sin 100t V，所以电热丝两端的有效电压U1Um23112V220 V，故 A 正确，B 错误当 S 断开时，前半个周期内所加电压不变，但后半个周期内U20，所以电热丝的功率P12P0.设此时交变电压的有效值为U2，由U22R12U21R得U2U12156 V，即电压表的读数为 156 V，故 D 正确，C 错误【答案】AD10 正弦交变电源的电压是220 V，它跟电阻R11 210 和R2 484、电容器、电压表一起组成的电路如图3-1-13所示，图中电压表读数为U1，电容器的耐压值为U2，保险丝D
20、的熔断电流是I，则()【导学号：78870054】图 3-1-13AU12202 VBU2 220 VCU1220 VDI7112 A【解析】电压表读数为电压有效值，即U1220 V，C 对，A 错；而用电器的耐压值必须不小于交流电的最大值，故U2 2202 V，B 错；保险丝的熔断电流为有效值I2201 210精品教案可编辑A220484A711A，D 错【答案】C11 一个边长为6 cm 的正方形金属线框被置于匀强磁场中，线框平面与磁场垂直，电阻为 0.36.磁感应强度B随时间t的变化关系如图3-1-14所示，则线框中感应电流的有效值为多大？图 3-1-14【解析】由法拉第电磁感应定律和欧
21、姆定律得：EtBtS，IERBtSR由题图可知03 s 内I1E1R6 10330.36 1020.36A 2 10 5A在 3 s5 s 内I2E2R0 6 10320.36 1020.36A3 10 5A根据有效值的定义得I2RtI21Rt1I22Rt2，代入数据得I6 10 5A【答案】6 105A12 如图 3-1-15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：精品教案可编辑图 3-1-15(1)通过电阻R的电荷量q；(2)电阻R上所产生的热量Q.【导学号：78870055】【解析】(1)依题意磁通量的变化量BS，线圈转过90?的时间为tT4242，平均感应电动势为ENt2NBS.平均感应电流为IERr2NBS（Rr）.通过电阻R的电荷量为qItNBSRr.(2)线圈中感应电动势的有效值和最大值Em的关系是EEm2NBS2，电路中电流的有效值为IERrNBS2（Rr）.电阻R上产生的热量为QI2RtN2B2S2R4（Rr）2.【答案】(1)NBSRr(2)N2B2S2R4（Rr）2