2018-2019版高中物理第三章電磁感應(yīng)第3講交變電流學(xué)案新人教版選修1-1

1、第 3 講交變電流目標(biāo)定位1. 了解交變電流是怎樣產(chǎn)生的 2 定性了解交變電流的變化規(guī)律及其圖象表示 和主要特征物理量 3 知道交變電流能通過(guò)電容器的原因，了解交變電流這一特性在電子技 術(shù)中的應(yīng)用 4 初步了解發(fā)電機(jī)、交變電流的發(fā)明和利用對(duì)促進(jìn)人類社會(huì)進(jìn)步的作用，進(jìn)一 步體驗(yàn)科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)生活之間的密切關(guān)系預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)梳理詛記點(diǎn)找一、電流發(fā)電機(jī)1. 發(fā)電機(jī)的原理：由于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)使得穿過(guò)線圈的磁通量發(fā)生變化，在線圈中激發(fā)出感應(yīng) _電動(dòng)勢(shì).2. 交變電流：大小、方向隨時(shí)間做周期性變化的電流，簡(jiǎn)稱交流 _ .各種電池供給的電流只沿 一個(gè)方向流動(dòng)，叫做直_.想一想 你是怎樣區(qū)別直流電流和交變電流的？這兩

2、種電流有何根本區(qū)別？答案大小、方向隨時(shí)間做周期性變化的電流叫做交變電流，各種電池供給的只沿一個(gè)方向流動(dòng)的電流叫做直流這兩種電流的根本區(qū)別在于交變電流的方向隨時(shí)間做周期性變化，直 流電流的方向不隨時(shí)間變化 .二、交流的變化規(guī)律1. 電網(wǎng)中的交變電流，它的電流、電壓隨時(shí)間按正弦函數(shù)的規(guī)律變化，叫做正弦式電流2. 表達(dá)式：i=Imsin3tu=Usin31式中ImUk分別是電流、電壓的最大值，叫做交流的峰值3. 周期和頻率交流完成一次周期性變化所需的時(shí)間叫做交流的周期，通常用T表示，它的單位是秒.交流在 1s 內(nèi)發(fā)生周期性變化的次數(shù)，叫做交流的頻率，通常用f表示，它的單位是赫茲，簡(jiǎn)稱赫，符號(hào)是 Hz

3、.1 1周期和頻率的關(guān)系為T=f或f=想一想 家里電燈用的是交變電流，電流在最大值和零之間不斷變化，但我們?yōu)槭裁纯床坏?電燈的閃爍？3答案交流電的周期是 0.02 s，電流每周期內(nèi)兩次達(dá)最大值，兩次為零，所以電燈兩次最亮的時(shí)間間隔僅 0.01 s，比人眼的視覺暫留時(shí)間要小，所以感覺不到電燈的閃爍另外由于電燈發(fā)光是燈絲高溫?zé)霟岚l(fā)光，燈絲的溫度變化需要有一定的時(shí)間，而電流兩次最大的時(shí)間間隔很短，燈絲的溫度、亮度不會(huì)有明顯的變化三、 交流能夠通過(guò)電容器電容器能夠“隔直流，通交流”，這一點(diǎn)在電子技術(shù)中有重要應(yīng)用想一想交流電是如何“通過(guò)”電容器的？答案由于交流電的電壓值不斷隨時(shí)間變化，電容器接到交流電源

4、兩端時(shí)，如果電壓升高， 則電容器充電，在電路中形成充電電流經(jīng)過(guò)峰值以后，交流電壓降低，電容器放電，形成放電電流盡管電荷實(shí)際上并沒有越過(guò)兩極板間的介質(zhì)，但從外電路看來(lái)，導(dǎo)線中的電荷確 實(shí)在流動(dòng)，所以，電容器的充電和放電表現(xiàn)為交流電通過(guò)了電容器四、 交流的有效值1. 交流的有效值，是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來(lái)規(guī)定的: 把交流和直流通過(guò)相同的電阻， 如果在相 同的時(shí)間里它們產(chǎn)生的熱量相等， 我們就把這個(gè)直流的電壓、 電流的數(shù)值叫做交流電壓、 電 流的有效值2. 正弦式電流的有效值和峰值之間的關(guān)系：Imum 0.707Im0.707 Un在各種使用交變電流的電器設(shè)備上，所標(biāo)注的額定電壓、額定電流值，都是交流的

5、有效值 _.想一想 我們常說(shuō)“照明電路的電壓是220 V，動(dòng)力電路的電壓是 380 V”指的是交流電壓的什么值？答案有效值猱堂講義謬制跺化孫宛一、交流電及其產(chǎn)生1. 直流電：方向不隨時(shí)間變化的電流，稱為直流電 交變電流：大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流2. 各種發(fā)電機(jī)都由固定不動(dòng)的“定子”和連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的“轉(zhuǎn)子”組成.常見發(fā)電機(jī)有兩類：(1) 旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)：線圈在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn).線圈(電樞)是轉(zhuǎn)子，磁體是定子.(2) 旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)：磁體轉(zhuǎn)動(dòng)，是轉(zhuǎn)子；線圈不動(dòng)，是定子無(wú)論是線圈轉(zhuǎn)動(dòng)，還是磁體轉(zhuǎn)動(dòng)，都是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)使得穿過(guò)線圈的磁通量發(fā)生變化，在線圈4中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)3.交流發(fā)電機(jī)的原理當(dāng)閉合線

6、圈在磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量發(fā)生變化，因而在線圈中就產(chǎn)生感應(yīng)電流線圈做周期性的運(yùn)動(dòng)，在線圈中就產(chǎn)生了大小和方向隨時(shí)間做周期性變化的交變電流【例 1 將線圈置于范圍足夠大、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)圖所示，則能夠在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的是水平間圧移動(dòng)答案 C解析 只有 C 圖穿過(guò)線圈的磁通量發(fā)生變化，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)針對(duì)訓(xùn)練 1 下圖中屬于交變電流的是（）答案 BC解析根據(jù)交變電流的定義判斷，大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流叫做交變電流符合此定義的是 B、C 兩圖，A、D 兩圖中只是電流的大小做周期性變化，方向未變，不符合定義、交流電的變化規(guī)律及描述)水平河右移動(dòng)

7、繞虐線軸轉(zhuǎn)動(dòng)豎左向F務(wù)動(dòng)51.正弦式交流電的變化規(guī)律:6(1)電流、電壓隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化.圖象為正弦曲線(如圖 3 3- 1 所示):圖 3 3 12.描述交流電的各物理量的關(guān)系(1) 周期(T)與頻率(f)1 1 周期與頻率互為倒數(shù)關(guān)系，即T= -或f=(2) 峰值與有效值1對(duì)于正弦式交流電：ImUmEm一 2，E22對(duì)于一般的交流電要根據(jù)有效值的定義去求(3) 有效值與平均值對(duì)于某交流電，它的有效值是恒定的，可以通過(guò)峰值求得 交流電的平均值E=n計(jì)，而E在不同的時(shí)間t內(nèi)是不同的，電流的平均值3在計(jì)算熱量、電功、電功率時(shí)用有效值；在計(jì)算通過(guò)導(dǎo)體的電荷量時(shí)用平均值【例 2】圖 3 3 2

8、是一正弦式交變電流的電壓圖象 從圖象可知電壓的最大值和頻率分別為A.40 V , 100 HzC.40 V , 50 Hz答案 D解析從圖象可知電壓的最大值是20 V，周期是 0.02 s，所以頻率f=T=50 Hz，選項(xiàng) DB.20 V , 100 HzD.20 V , 50 Hz7針對(duì)訓(xùn)練 2 在相同時(shí)間內(nèi)，某正弦交流電流通過(guò)一阻值為100Q的電阻產(chǎn)生的熱量，與一電流為 3A 的直流電通過(guò)同一阻值的電阻產(chǎn)生的熱量相等，貝 U()A. 此交變電流的有效值為3 A，最大值為 3 2 AB. 此交變電流的有效值為3 2 A，最大值為 6 AC. 電阻兩端的交變電壓的有效值為300 V，最大值為

9、600 VD. 電阻兩端的交變電壓的有效值為3002 V,最大值為 600 V答案 A解析 根據(jù)交變電流有效值的定義方法，易知交變電流的有效值為3 A;根據(jù)最大值與有效值的農(nóng)：2 倍關(guān)系，易知交變電流的最大值為 3 2 A ;根據(jù)歐姆定律U= IR，則有U有效=I有效RUn= InR,得電阻兩端的交流電壓的有效值為300 V，最大值為 3002 V.對(duì)點(diǎn)練習(xí)丹心應(yīng)良反譙對(duì)交變電流的理解1.關(guān)于交變電流的理解，下列說(shuō)法正確的是()A. 大小、方向都隨時(shí)間周期性變化的電流叫交變電流B. 交變電流就是正弦交變電流C我們的照明用電是交流電D.電池也是提供的交變電流答案 AC解析 交變電流不一定是正弦交

10、變電流，電池提供直流電解析 D 圖表示的電流大小發(fā)生了周期性變化，而方向沒有變化，A、B、C 圖中的電流大小、8方向發(fā)生了周期性變化，據(jù)交流電的定義知A、B、C 正確，D 錯(cuò)誤.9交流電的變化規(guī)律及描述3.下列說(shuō)法正確的是（）A.使用交流電的電器設(shè)備所標(biāo)示的額定電壓、額定電流的數(shù)值均為最大值答案 BC解析 各種使用交流電的用電器銘牌上所標(biāo)的數(shù)值均為有效值,值為有效值，故 B 項(xiàng)正確；照明電路電壓為 220 V 是有效值，故 C 項(xiàng)正確；Ee=-En,V1 2占InIe=是正（余）弦交變電流有效值和最大值的關(guān)系，故D 項(xiàng)錯(cuò)誤故正確答案為 B、C.4.如圖 3- 3- 3 所示，是一個(gè)按正弦規(guī)律變

11、化的交變電流的圖象根據(jù)圖象可知該交變電流1率f=5 Hz.題組調(diào)練I（時(shí)間：60 分鐘）題組一、對(duì)交變電流的理解1.關(guān)于交變電流與直流電的說(shuō)法中，正確的是（）A.如果電流大小做周期性變化，則一定是交變電流B.直流電的大小可以變化，但方向一定不變C.交變電流一定是按正弦或余弦規(guī)律變化的D.交變電流的最大特征就是電流的方向發(fā)生周期性變化B.用交流電流表和電壓表測(cè)得的數(shù)值是有效值C.照明電路電壓為 220 V 指的是有效值D.所有交變電流的有效值和最大值之間均存在Ee=In_2的關(guān)系故 A 項(xiàng)錯(cuò)誤；交流電表測(cè)量的電流有效值是En2Ie=A,10答案 0.7075In解析從圖象可知電流的最大值是1 A

12、，有效值山=靈0.707 A ;周期是 0.2 s，所以頻答案 BD2. 關(guān)于交流發(fā)電機(jī)，下列說(shuō)法正確的是 ( )A. 基本構(gòu)造分定子、轉(zhuǎn)子兩部分B. 必須是線圈轉(zhuǎn)動(dòng)C. 電流方向變化的原因是由于切割磁感線運(yùn)動(dòng)的方向變了D.電流大小變化的原因是因?yàn)榫€圈轉(zhuǎn)的時(shí)快時(shí)慢答案 AC3. 下列說(shuō)法中正確的是 ()A. 直流電能通過(guò)電容器B. 交流電不能通過(guò)電容器C. 直流電、交流電都能通過(guò)電容器D. 交流電的頻率越低，電流通過(guò)電容器的能力也越低答案 D題組二、描述交流電的物理量4. 有一臺(tái)使用交流電的電冰箱上標(biāo)有額定電壓為“ 220 V的字樣，這“220 V是指()A.交流電電壓的瞬時(shí)值B.交流電電壓的

13、最大值C.交流電電壓的平均值D.交流電電壓的有效值答案 D5. 下列關(guān)于交變電流的幾種說(shuō)法中，正確的是 ()A. 交流電器設(shè)備上所標(biāo)的電壓、電流值是峰值B. 交流電流表和交流電壓表測(cè)得的值是瞬時(shí)值C. 跟交變電流有相同熱效應(yīng)的直流電的值是交變電流的有效值D. 跟直流電有相同熱效應(yīng)的交變電流的值是交變電流的有效值答案 C解析 為了表明交變電流通過(guò)用電器產(chǎn)生的效果，用電器上所標(biāo)的都是交變電流的有效值，A 錯(cuò)誤；因?yàn)榻蛔冸娏饔玫米疃嗟氖怯行е?，所以交變電流表或交變電壓表測(cè)的都是有效值，B 錯(cuò)誤；根據(jù)有效值的定義可知C 正確，D 錯(cuò)誤解魏糾偏.檢測(cè)116. 以下說(shuō)法正確的是 ()A.發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)銘牌

14、上所標(biāo)數(shù)值為有效值B.電容器的擊穿電壓為所加交變電壓的有效值12C. 交流電壓表所測(cè)數(shù)值為瞬時(shí)值D. 保險(xiǎn)絲的數(shù)值為最大值答案 A題組三、交流電的表達(dá)式和圖象7.如圖所示，面積均為S的單匝線圈繞其對(duì)稱軸或中心軸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中以角速度3勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，能產(chǎn)生正弦交變電動(dòng)勢(shì)e=BSwsin3t的圖是（）Lr答案 A解析線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸弦交變電動(dòng)勢(shì)為e=BSwsin3t，由這一原理可判斷，A 圖中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為e=BSwsin3t； B 圖中的轉(zhuǎn)動(dòng)軸不在線圈所在平面內(nèi)；C D 圖中轉(zhuǎn)動(dòng)軸與磁場(chǎng)方向平行，而不是垂直8. 一只低壓教學(xué)電源輸出的交流電壓的瞬時(shí)值為u= 10 ,2sin（314

15、t） V ,關(guān)于該電源的規(guī)格和使用，下列說(shuō)法正確的是（）A. 這個(gè)電源可以使“10 V, 2 W的燈泡正常發(fā)光B. 此電源的交流電壓的周期是314 sC. 此電源在t= 0.01 s 時(shí)電壓達(dá)到峰值D. 這個(gè)電源可能把“10 V,2 卩 F”的電容器擊穿答案 AD解析 此電源有效值為 10 V，燈泡的額定電壓為10 V，故燈泡能正常發(fā)光，A 正確；此交流電周期T=2n=2n=匕I4s = 0.02 s，故 B 錯(cuò)誤；t= 0.01 s =T,此時(shí)U= 0,故 C33143142錯(cuò)誤；因?yàn)殡娫醋畲箅妷?0 2 V10 V（電容器的耐壓值），所以電容器可能被擊穿，故D 正確.（軸在線圈所在平面內(nèi)）勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的正AD139. 如圖 3-3-4 所示是一正弦交變電流的電流圖象，此正弦交變電流的頻率和電流的有效值分別為（）14圖 3-3 4A.50 Hz , 10 2 AB.50 Hz , 5 2 AC.100 Hz , 10 2 AD.100 Hz , 5 2 A答案 B1解析 由圖象可知此交流電的周期T= 0.02 s，故頻率f=50 Hz ;由圖可知此交流電電10廠流的最大值為 10 A，故其有效值為 A = 5 2 A.10. 一個(gè)正弦規(guī)律變化的