高中物理人教版2第五章交變電流2描述交變電流的物理量 市賽獲獎(jiǎng)

第2節(jié)描述交變電流的物理量導(dǎo)學(xué)案【知能準(zhǔn)備】(一)、交變電流：大小和方向都隨時(shí)間作周期性變化的電流叫做交變電流，簡(jiǎn)稱交流。如圖所示（b）、（c）所示電流都屬于交流，其中按正弦規(guī)律變化的交流叫正弦交流。如圖（b）所示。而（a）、(d)為直流其中（a）為恒定電流。titiOctiOditatiOd1、產(chǎn)生：當(dāng)線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞時(shí)，線圈中產(chǎn)生的交流是隨時(shí)間按變化的。即正弦交流。2、中性面：勻速旋轉(zhuǎn)的線圈，位于的平面叫做中性面。這一位置穿過(guò)線圈的磁通量，但各個(gè)邊都未切割磁感線，或者說(shuō)這時(shí)線圈的磁通量變化率，線圈中無(wú)。3、規(guī)律：（1）、函數(shù)表達(dá)式：從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，則e=。用E表示峰值則e=在純電阻電路中,電流I=，電壓u=?！就綄?dǎo)學(xué)】①、周期T：的時(shí)間。單位：s.②、頻率f：一秒內(nèi)完成的次數(shù)。單位：HZ.③、角頻率ω：就是的角速度。單位：rad/s.④、角速度、頻率、周期，的關(guān)系ω==一、周期和頻率例題1某發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為u=220sin100πtV。求周期、頻率和線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。112t/10-2sE/v311-3110例題2我國(guó)生產(chǎn)和生活用交流電的周期如圖，T=_____s，頻率f=____Hz，角速度ω=_____rad/s，在1s內(nèi)電流的方向變化____次。例題3某小型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間的變化規(guī)律為u=EmsinωtV。如果其它條件不變，僅使線圈的轉(zhuǎn)速加倍，則產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間的變化規(guī)律變?yōu)?。例題4某交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與時(shí)間的關(guān)系如圖所示，如果其它條件不變，僅使線圈的轉(zhuǎn)速加倍，則交流電動(dòng)勢(shì)的最大值和周期分別變?yōu)椋ǎ?4t/1024t/10-2sE/v100-1000C．400V，D．200V，二、表征交變電流大小物理量1．課本第35頁(yè)思考與討論：2．交變電流的“四值”：①瞬時(shí)值：用小寫(xiě)字母x表示，e、i、u②峰值：即最大的用大寫(xiě)字母表示，UmＩmEmEm=；Ｉm=注意：線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值為，即僅由，，和四個(gè)量決定。與軸的具體位置，線圈的形狀及線圈是否閉合都是無(wú)關(guān)的。③有效值：ⅰ、意義：的物理量ⅱ、定義：跟的值叫做交流的有效值。ⅲ、正弦交流的有效值與峰值之間的關(guān)系是E=I=U=。注意：正弦交流的有效值和峰值之間具有E=，U=的關(guān)系，非正弦（或余弦）交流無(wú)此關(guān)系，但可按有效值的定義進(jìn)行推導(dǎo)，如對(duì)于正負(fù)半周最大值相等的方波電流，其熱效應(yīng)和與其最大值相等的恒定電流是相同的，因而其有效值即等于其最大值。即I=I。ⅳ、交流用電器的額定電壓和額定電流指的是值；交流電流表和交流電壓表的讀數(shù)是值。對(duì)于交流電若沒(méi)有特殊說(shuō)明的均指值。ⅴ、在求交流電的功、功率或電熱時(shí)必須用交流電的值。④、峰值、有效值、平均值在應(yīng)用上的區(qū)別。峰值是交流變化中的某一值，對(duì)純電阻電路來(lái)說(shuō)，沒(méi)有什么應(yīng)用意義。若對(duì)含電容電路，在判斷電容器是否會(huì)被擊穿時(shí)，則需考慮交流的峰值是否超過(guò)電容器的耐壓值。交流的有效值是按來(lái)定義的，對(duì)于一個(gè)確定的交流來(lái)說(shuō)，其有效值是一定的。而平均值是由公式確定的，其值大小由某段時(shí)間磁通量的變化量來(lái)決定，在不同的時(shí)間段里是不相同的。如對(duì)正弦交流，其正半周或負(fù)半周的平均電動(dòng)勢(shì)大小為，而一周期內(nèi)的平均電動(dòng)勢(shì)卻為零。在計(jì)算交流通過(guò)電阻產(chǎn)生的熱功率時(shí)，只能用有效值，而不能用平均值。在計(jì)算通過(guò)導(dǎo)體的電量時(shí)，只能用平均值，而不能用有效值。在實(shí)際應(yīng)用中，交流電器銘牌上標(biāo)明的額定電壓或額定電流都是指，交流電流表和交流電壓表指示的電流、電壓也是值，解題中，若題示不加特別說(shuō)明，提到的電流、電壓、電動(dòng)勢(shì)時(shí)，都是指值。例題5：如圖所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一個(gè)矩形導(dǎo)線框可繞OO’軸轉(zhuǎn)動(dòng)，已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度B=10/πT，線框的ab、cd邊長(zhǎng)為20cm、bc、ad長(zhǎng)均為10cm，轉(zhuǎn)速為50r/s，線圈電阻不計(jì)，R為小電珠。若從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí)。（1）寫(xiě)出線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式。BbcadOBbcadO’ωOR（3）若R為一小電珠，當(dāng)兩端電壓超過(guò)10V時(shí)開(kāi)始發(fā)光，求小電珠在一個(gè)周期內(nèi)的發(fā)光時(shí)間。（4）若R=10Ω，求線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周過(guò)程中，電流做的總功。（5）求線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)90°過(guò)程中，通過(guò)R的電荷量。【鞏固練習(xí)】i/At1．如圖所示為一交流電隨時(shí)間變化的圖象，其中電流的正值為正弦曲線的正半周，則該交變電流的有效值為i/At2．正弦交流電壓的峰值為10V，周期為，將此電壓接在10的電阻上，在內(nèi)電阻上產(chǎn)生的熱量()A、可能為零B、一定為0.25JC、不可能大于D、可能小于是3．有一正弦交流電源，電壓有效值U=120V，頻率為f=50Hz向一霓虹燈供電，若霓虹燈的激發(fā)電壓和熄滅電壓均為U0=60V，試估算在一個(gè)小時(shí)內(nèi)，霓虹燈發(fā)光時(shí)間有多長(zhǎng)？為什么人眼不能感到這種忽明忽暗的現(xiàn)象？4．一個(gè)正弦規(guī)律變化的交變電流的圖象如圖所示，根據(jù)圖象計(jì)算：t/st/si/A20-20（2）交變電流的有效值；（3）寫(xiě)出該電流的瞬時(shí)值表達(dá)式；（4）在什么時(shí)刻該電流的大小與其有效值相等。OO’aBbcdRV5．如圖所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)=10cm的正文形線圈abcdOO’aBbcdRV（1）轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值；（2）由圖示位置（線圈平面與磁感線平行）轉(zhuǎn)過(guò)60o角時(shí)的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；（3）由圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)60o角的過(guò)程中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；（4）交變電壓表的示數(shù)；（5）線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周外力所做的功；（6）EQ\F(1,6)周期內(nèi)通過(guò)R的電荷量為多少？答案：1．A2．D3解答由正弦交流電的最大值與有效值U的關(guān)系得：Um=120V設(shè)t=0時(shí)交流電的瞬時(shí)電壓U=0則交流電的瞬時(shí)表達(dá)式為u=120sin100tV如圖所示，畫(huà)出一個(gè)周期內(nèi)交流電的U-t圖象，其中陰影部分對(duì)應(yīng)的時(shí)間t1表示霓虹燈不能發(fā)光的時(shí)間，根據(jù)對(duì)稱性，一個(gè)周期內(nèi)霓虹燈不能發(fā)光的時(shí)間為4t1，當(dāng)U=U0=60V時(shí)，由上式得t1=1/600s，再由對(duì)稱性求得一個(gè)周期內(nèi)能發(fā)光的時(shí)間：t=T-4t1=再由比例關(guān)系求得一小時(shí)內(nèi)霓虹燈發(fā)光的時(shí)間為：t=很明顯霓虹燈在工作過(guò)程中是忽明