2019-2020學(xué)年高中物理第3章交變電流第1節(jié)交變電流的特點(diǎn)學(xué)案魯科版

第1節(jié)交變電流的特點(diǎn)2.了解交變電流最大3.2.了解交變電流最大3.能利用有效值的值和有效值的意義，知道正弦式交變電流最大值和有效值之間的關(guān)系.定義計(jì)算某些交變電流的有效值.新知探究、恒定電流和交變電流的比較恒定電流父父電流定義大小和方向都不隨時(shí)間變化的電流大小和方向隨時(shí)間做周期性變化的電流圖象形狀A(yù)q圖象特點(diǎn)一條與時(shí)間軸平行的直線有時(shí)會(huì)在時(shí)間軸的上方，有時(shí)會(huì)在時(shí)間軸的“L即隨時(shí)間做周期性變化1.交變電流形式多種多樣，其共同的特點(diǎn)是什么？提示：方向做周期性變化，交變電流的大小可以變，也可以不變.二、交變電流的周期和頻率.周期：交變電流完成1次周期性變化所需要的時(shí)間.用 T表示，單位是秒⑸..頻率：交變電流在1s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù),用f表示，單位是赫茲（Hz）.… — 1.周期（T）和頻率（f）之間的關(guān)系：［三,.Q0口⑷.市電的周期為0.02s,電流方向在1s內(nèi)改變多少次？提示：市電的周期為0.02s,頻率為50Hz,電流方向在1s內(nèi)改變100次.三、交變電流的最大值和有效值.最大值(1)定義：交變電流在1個(gè)周期內(nèi)電壓和電流能達(dá)到的最大值，又稱峰值，分別用5和Im表木.(2)最大值可以表示交變電流的峰值或電壓的峰值，但不適于用來表示交流電產(chǎn)生的效 _生(3)電氣元件或設(shè)備上所標(biāo)的耐壓值是指該設(shè)備所能承受的交流電壓的最大值.2.有效值(1)定義：使交變電流和恒定電流通過阻值相等的電阻,如果它們在相等時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，就把這一恒定電流的數(shù)值叫做這一交變電流的有效值.(2)正弦式交變電流的有效值與最大值之間的關(guān)系：Im=痘，Un=也U.(3)交流用電設(shè)備上所標(biāo)的額定電壓和額定電流是有效值；交流電流表和交流電壓表的示數(shù)是有效值；交變電流的數(shù)值在無特別說明時(shí)都指有效值380V指峰值.( )(1)380V指峰值.( )(2)只要是交變電流，其峰值就是有效值的 F倍.( )(3)家用電器銘牌上標(biāo)稱的電流、電壓都是指有效值. ( )提示：(1)X(2)X(3)V= 突破戰(zhàn)奉■講年提升知識(shí)點(diǎn)1直流電和交變電流[學(xué)生用書P33].直流電及其分類(1)直流電：方向不隨時(shí)間變化的電流.(2)分類：直流電分為恒定電流和脈動(dòng)直流電兩類.①大小和方向都不隨時(shí)間改變的電流叫恒定電流，如圖甲所示.②方向不隨時(shí)間改變而大小隨時(shí)間改變的電流叫脈動(dòng)直流電，如圖乙所示.

IPIP.交變電流及其圖象（1）交變電流：大小和方向隨時(shí)間做周期性變化的電流， 或大小不變、方向改變的電流.（2）交變電流的圖象①正弦式交變電流的圖象描述的是交變電流隨時(shí)間變化的規(guī)律， 它是一條正弦曲線，如圖所示.從圖中我們可以找出正弦式交變電流的最大值 Im和周期T.②非正弦式交變電流的形式多種多樣，如圖是幾種常見的交變電流的圖象.□命題視角1交變電流與直流電的區(qū)別例U］（多選）下列關(guān)于交變電流和直流電的說法中，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規(guī)律變化的D.交變電流的最大特征是電流的方向發(fā)生周期性的變化［解析］直流電的特征是電流的方向不變， 電流的大小可以改變.交變電流的特征是電流的方向隨時(shí)間改變. 交變電流有多種形式，正弦式交變電流只是交變電流中最基本、 最簡單的一■種.選項(xiàng)B、D正確.［答案］BD□命題視角2交變電流與直流電的圖象比較例圖（多選）如圖所示圖象中屬于交變電流的有 （ ）

［解題探究］(1)區(qū)分交變電流和直流電的關(guān)鍵是什么？(2)電流方向的變化在圖象中如何表現(xiàn)出來？［解析］A日C中e的方向均發(fā)生了變化，故它們屬于交變電流，但不是正弦式交變電流，D中的方向未變化，故是直流電.［答案］ABC回?國阿判斷電流是否是交變電流關(guān)鍵看電流的方向是否發(fā)生改變，而不是看大小.知識(shí)點(diǎn)2交變電流的有效值［學(xué)生用書P33］.有效值的特點(diǎn)(1)交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來規(guī)定的，與電流的方向無關(guān)，但一般與所取時(shí)間的長短有關(guān)，在無特別說明時(shí)由一個(gè)周期的時(shí)間來確定.(2)在定義有效值時(shí)應(yīng)注意三同：①相同電阻；②相同時(shí)間；③產(chǎn)生相同熱量..有效值的計(jì)算方法1)分段計(jì)算交變電流在一個(gè)周期內(nèi)通過某電阻產(chǎn)生的熱量 Q2)讓恒定電流通過相同的電阻， 在交變電流的一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量等于 QJUQ=I2RT2或Q=-T,相對(duì)應(yīng)的I、U即交變電流、交變電壓的有效值.R’即茬U=’即茬U=￡I幕.(3)在正弦交變電流中，有效值是最大值的 主3.對(duì)有效值的理解(1)各種使用交變電流的用電器上所標(biāo)的額定電壓、額定電流值都是指交變電流的有效值.各種交流電流表和交流電壓表的測量值也都是有效值. 家庭電路電壓220V是指有效值，以后提到的交變電流的數(shù)值，凡沒有特別說明的都是指有效值.(2)凡涉及能量問題，如電能與其他形式的能的轉(zhuǎn)換過程中計(jì)算交變電流的電功、電功率等物理量均用有效值，計(jì)算保險(xiǎn)絲的熔斷電流也用有效值.。特別提醒二極管、電容器的耐壓值指的是最大值，不是有效值.□命題木a角1有效值與最大值的理解I例叵］關(guān)于交流電的有效值和最大值，下列說法正確的是()

A.任何形式的交流電壓的有效值都是 U^-Um的關(guān)系：12A.任何形式的交流電壓的有效值都是 U^-Um的關(guān)系：12B.C. um只有正弦式交流電才具有 u=〒的關(guān)系.'2照明電壓220V和動(dòng)力電壓380V指的都是最大值D.交流電壓表和電流表測量的是交流電的最大值［解析］只有正弦式交流電才有U=￥的關(guān)系，其他交流電不適用， A錯(cuò)誤，B正確;CD錯(cuò)誤.2CD錯(cuò)誤.家用照明電壓、動(dòng)力電壓均指有效值，交流電表測量的也是有效值,［答案］B□命題視角2交變電流有效值的計(jì)算例RJ如圖所示是一交變電流的i—t圖象，x軸上方每段圖象均為正弦曲線的一部分,則該交變電流的有效值為( )A.4AB.2:'2AA.4Ac2 30AD.-A［解題探究］(1)研究計(jì)算有效值時(shí)，時(shí)間應(yīng)用多長最好?(2)圖中0?1s內(nèi)電流變化有何特點(diǎn)？有效值是多少?［解析］設(shè)該交變電流的有效值為 I,由有效值的定義得12Rti+ImRt2=I2Rt,而t=ti+t2代入數(shù)據(jù)解得I："30A,故選項(xiàng)D正確.3［答案］D□命題木角3有效值及圖象的綜合應(yīng)用卜圖中兩交變電流分別通過相同電阻 R甲⑴分別寫出它們的有效值、周期、頻率;甲⑴分別寫出它們的有效值、周期、頻率;(2)計(jì)算它們在R上產(chǎn)生的功率之比.［解題探究］(1)甲圖中最大值和有效值有什么關(guān)系？(2)如何計(jì)算乙圖中的有效值？(3)計(jì)算功率是用有效值還是用最大值？［解析］(1)題圖甲為正弦式交變電流，其有效值Im5.211=—^=子A?3.54A，22周期Ti=0.4s頻率f1=2.5Hz題圖乙為方波交流電，電流的大小不變，方向發(fā)生周期性變化，由于熱效應(yīng)與電流方向無關(guān)，因而它的有效值12=5A周期T2=0.3s頻率f2=Hz.3(2)由公式P=12R得2 2p甲：P乙=I2:i2=1：2.［答案］(1)3.54A或522A,0.4s,2.5Hz5A,0.3s,墨Hz(2)1：23暄國國強(qiáng)有效值的分析與計(jì)算要注意以下兩點(diǎn)(1)方波式交變電流的正、負(fù)半周期最大值不相等時(shí)，要分段計(jì)算電熱.(2)應(yīng)取一個(gè)周期或周期的整數(shù)倍的時(shí)間計(jì)算電熱.知識(shí)點(diǎn)3交變電流的有效值與平均值的應(yīng)用［學(xué)生用書P34］.求電功、電功率、焦耳熱以及確定保險(xiǎn)絲的熔斷電流等物理量時(shí)，要用交變電流的有效值計(jì)算..交變電流的平均值與交變電流的方向及所取時(shí)間的長短均有關(guān)，其數(shù)值可根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E=n石丁計(jì)算........ .............. .在計(jì)算通過導(dǎo)體某一橫截面的電荷量時(shí)，只能用交變電流的平均值， q=I?At=

A①-R-A①-R-例國如圖所示，矩形線圈面積為S,匝數(shù)為N,線圈電阻為r,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中繞OO軸以角速度3勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的電流是滿足正弦式關(guān)系的交變電流,若外電路電阻為R當(dāng)線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過90。的過程中，求:(1)通過電阻R的電荷量q；(2)電阻R上所產(chǎn)生的熱量Q［解析］(1)由題意可知磁通量的變化量 4中=8§線圈轉(zhuǎn)過90°的時(shí)間為At=-T=_,_ 2兀兀 一△①2NBSo ——E 2NBSd—,平均感應(yīng)電動(dòng)勢為E=N—T= .平均感應(yīng)電流為I=-^—=--5—―4co23 At兀 R+「7t(R+r)一…一一NBS通過電阻R的電荷量為q=I-At=1—.R十r(2)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢的有效值 E和最大值Em的關(guān)系是E=老="*，電路中電流的有效值為I=NBSo有效值為I=NBSoR+「小(R+r)222,電阻R上產(chǎn)生的熱量為 Q=I2RAt—、肅「「2.4(r十r)向⑴黑(2)N^M屎蹤螂蜂如圖所示，單匝矩形閉合導(dǎo)線框abcd全部處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的水平勻強(qiáng)磁場中，線框面積為S,電阻為R線框繞與cd邊重合的豎直固定轉(zhuǎn)軸以角速度 少勻速轉(zhuǎn)動(dòng).試計(jì)算:(1)線框中感應(yīng)電流的有效值;(2)線框從圖示位置開始轉(zhuǎn)過(1)線框中感應(yīng)電流的有效值;(2)線框從圖示位置開始轉(zhuǎn)過~2的過程中，通過導(dǎo)線橫截面的電荷量?解析：(1)感應(yīng)電動(dòng)勢最大值曰=BSco電動(dòng)勢的有效值E=電流的有效值I=E電動(dòng)勢的有效值E=電流的有效值I=EREm；2/2BSco二2RA①BS⑵q=IAt=mA At===示.” ;2BScoBS以棟促學(xué)樸麗插長.答案：(1)-R-(2)以棟促學(xué)樸麗插長.［隨堂檢測］［學(xué)生用書P35］1.（多選）對(duì)于如圖所示的電流i隨時(shí)間t做周期性變化的圖象，下列說法中正確的是A.B.C.D.電流大小變化、方向不變，是直流電電流大小、方向都變化,電流最大值為0.2A,電流的周期為0.005s是交變流電A.B.C.D.電流大小變化、方向不變，是直流電電流大小、方向都變化,電流最大值為0.2A,電流的周期為0.005s是交變流電周期為0.01s,有效值為0.1A解析：選AC.i—t解析：選AC.i—t圖象中流方向不變，是直流電， A對(duì)、B錯(cuò)；從圖中可以看出每經(jīng)過 0.01s,i-t圖象重復(fù)一次,周期為0.01s周期為0.01s,電流最大值為0.2A,C對(duì)、D錯(cuò).2.一個(gè)電爐上標(biāo)有“2202.一個(gè)電爐上標(biāo)有“220V,1.5kW”，那么為了使它正常工作，所使用的正弦式交變電流應(yīng)是（ ）A.電壓最大值為電流最大值約為9.6AB.電壓最大值為電流最大值約為6.8AC.電壓有效值為電流有效值約為6.8AD.電壓有效值為電流有效值約為9.6AA.電壓最大值為電流最大值約為9.6AB.電壓最大值為電流最大值約為6.8AC.電壓有效值為電流有效值約為6.8AD.電壓有效值為電流有效值約為9.6A解析：選C.電爐上標(biāo)的“解析：選C.電爐上標(biāo)的“系式得電壓的最大值為 311V,電流的有效值約為 6.8A,最大值約為9.6A,故選項(xiàng)C正確.3.如圖所示，表示一交變電流的電流隨時(shí)間變化的圖象， 此交變電流的有效值是（ ）

5：2AC.3.5,"2AB.5AD.3.5A解析：選B.根據(jù)有效值的定義，讓圖示交變電流和一恒定電流分別通過阻值相同的電阻，如果在相同時(shí)間內(nèi)電阻產(chǎn)生的熱量相同，則此恒定電流的電流值為該交變電流的有效B.5AD.3.5A4.某電容器兩端所允許加的最大直流電壓是250V.它在正弦交流電路中使用時(shí)，交流電壓可以是（ ）250V220V352V177V解析：選D.電容器的耐壓值是指最大值，根據(jù)正弦交流電的有效值公式得:im250 V=177V.1.4145.如圖所示的區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B電阻為R半彳仝為L、圓心角為45。的扇形閉合導(dǎo)線框繞垂直于紙面的 O軸以角速度3勻速轉(zhuǎn)動(dòng)（3由位于磁場邊界）.則線框內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的有效值為 （ ）X X X K XX X X X XX X X X XX XOX X XA.C.2bEcq2R2BL4.某電容器兩端所允許加的最大直流電壓是250V.它在正弦交流電路中使用時(shí)，交流電壓可以是（ ）250V220V352V177V解析：選D.電容器的耐壓值是指最大值，根據(jù)正弦交流電的有效值公式得:im250 V=177V.1.4145.如圖所示的區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B電阻為R半彳仝為L、圓心角為45。的扇形閉合導(dǎo)線框繞垂直于紙面的 O軸以角速度3勻速轉(zhuǎn)動(dòng)（3由位于磁場邊界）.則線框內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的有效值為 （ ）X X X K XX X X X XX X X X XX XOX X XA.C.2bEcq2R2BL234R\Z2BL23^ 2RBL23D4R解析：選D.線框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為3,進(jìn)磁場的過程用時(shí)G周期，出磁場的過程用時(shí)G周8 8期，進(jìn)、出磁場時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電流大小都為1 2-BLfco2I'=-z—,則轉(zhuǎn)動(dòng)一周產(chǎn)生的感應(yīng)電流的有R12 2A效值滿足12RRZB1"rx4T,解得I=R

［課時(shí)彳^業(yè)］［學(xué)生用書P87（單獨(dú)成冊）］、單項(xiàng)選擇題.兩個(gè)相同的定值電阻1、2分別接在正弦交流電源和直流電源的兩端， 直流電壓恒為Q則該正弦交流U.當(dāng)電阻1、2的通電時(shí)間分別為t和2tQ則該正弦交流TOC\o"1-5"\h\z電源電壓的最大值是（ ）電阻1 電用2 1 1 1卜—?* -找交施電御 直流電耀A. 12U0解析：選B.設(shè)兩電阻的阻值均為RA. 12U0解析：選B.設(shè)兩電阻的阻值均為R1D.2U0正弦交流電源電壓的最大值為 um,則g —t,Ru2Q=￡?2t,解得U^2U),選項(xiàng)B正確.R2.如圖所示電路中，2.如圖所示電路中，A是熔斷電流為2A的保險(xiǎn)絲，R是可變電阻，接入電動(dòng)勢最大值B.220QTOC\o"1-5"\h\z為311V的正弦交流電源，內(nèi)阻不計(jì).為使保險(xiǎn)絲不熔斷，可變電阻阻值應(yīng)該不小于 （ ）B.220Qa.110aC.330Q D.440Q 曰311 E220 一解析：選A.電動(dòng)勢的有效值E=m=忑V=220V.R= Q=110Q,所以可變電阻阻值不應(yīng)小于110Q,A正確.3.有一電子器件，當(dāng)其兩端電壓高于100V時(shí)導(dǎo)電，等于或低于100V3.有一電子器件，當(dāng)其兩端電壓高于把這個(gè)電子器件接到 100V、50Hz的正弦交變電流的電源上，這個(gè)電子器件將 （ ）A.不導(dǎo)電B.每秒鐘內(nèi)導(dǎo)電50次C.每秒鐘內(nèi)導(dǎo)電100次D.每秒鐘內(nèi)導(dǎo)電200次

解析：選C.由頻率f=50Hz可知交變電流在1秒內(nèi)方向改變100次，由于交變電流的有效值為100V,其最大值為100yl2V,即為141.4V,大于100V,故該電子器件在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)電2次，所以每秒內(nèi)導(dǎo)電100次..如圖所示，正弦式交變電流的電壓最大值為 311V,負(fù)載電阻R=440Q,不考慮電表內(nèi)阻的影響，則電路中交流電壓表和電流表的示數(shù)分別為 （ ）A.311V,A.311V,0.707AB.220V,0.5AC.311C.311斕V,10AD.311V,0.05A解析：選B.電壓表、電流表的示數(shù)均為有效值,解析：選B.電壓表、電流表的示數(shù)均為有效值,imU=〒?220V

,12I=己=0.5A.

R.將正弦式交變電流經(jīng)整流器處理后得到的電流波形剛好去掉了負(fù)半周，如圖所示,B22AB22AA. '2A1C.1A D.2A解析：選C.設(shè)該電流通過一電阻R,在一個(gè)周期內(nèi)只有半個(gè)周期的時(shí)間發(fā)熱， 在這半個(gè)周期內(nèi)，相當(dāng)于一個(gè)電流值為V2A的恒定電流發(fā)熱，故在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量可表示為Q=（/A）2RX:設(shè)某恒定電流I通過該電阻時(shí)在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量也為 Q則有I2RT=（V2A）2心T,彳#I=1A.故選項(xiàng)C正確.6.三個(gè)相同的電阻，分別通過如圖甲、乙、丙所示的交變電流，三個(gè)圖中的 I。和周期T相同.下列說法中正確的是（ ）A.在相同時(shí)間內(nèi)三個(gè)電阻發(fā)熱量相等B.在相同時(shí)間內(nèi)，甲、乙發(fā)熱量相等，是丙發(fā)熱量的C.在相同時(shí)間內(nèi)，甲、丙發(fā)熱量相等，是乙發(fā)熱量的D.在相同時(shí)間內(nèi)，乙發(fā)熱量最大，甲次之，丙的發(fā)熱量最小解析：選C.甲圖象電流的有效值為-^Io,乙圖象電流的有效值為I0,丙圖象根據(jù)電流，122T2 1有效值的定義有：I2R2=I2R］解得電流有效值I=忑0,根據(jù)焦耳定律，相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量之比等于電流有效值的二次方比， Q：Q2：Q=1：2：1,C對(duì).二、多項(xiàng)選擇題7.下列說法正確的是（ ）A.發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)銘牌上所標(biāo)電壓、電流值為有效值B.電容器的擊穿電壓應(yīng)大于所加交變電壓的最大值C.交流電壓表所測數(shù)值為瞬時(shí)值D.保險(xiǎn)絲允許通過的電流值為平均值解析：選AB.發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)銘牌上所標(biāo)電壓、電流值為有效值，選項(xiàng)A正確；電容器的擊穿電壓應(yīng)大于所加交變電壓的最大值， 選項(xiàng)B正確；交流電壓表所測數(shù)值為有效值， 選項(xiàng)C錯(cuò)誤；保險(xiǎn)絲允許通過的電流值為有效值，選項(xiàng) D錯(cuò)誤.8.關(guān)于交變電流的周期和頻率，下列說法正確的是 （ ）A.正弦式交變電流連續(xù)兩次出現(xiàn)正向最大值的時(shí)間間隔等于周期B.50Hz的交變電流，其周期等于0.05sC.頻率為50Hz的交變電流，1s內(nèi)方向變化100次D.頻率為50Hz的交變電流，1s內(nèi)方向變化50次解析：選AC.正弦式交變電流連續(xù)兩次出現(xiàn)正向最大值的時(shí)間間隔等于一個(gè)周期，選項(xiàng)A正確；50Hz的交變電流，其周期等于0.02s,選