2022-2023學(xué)年人教版選擇性必修第二冊 3.2交變電流的描述 學(xué)案

第三章交變電流第2節(jié)交變電流的描述【素養(yǎng)目標(biāo)】知道交變電流周期與頻率的含義,以及它們相互間的關(guān)系,知道我國生產(chǎn)和生活用電的周期(頻率)的大小。知道交變電流峰值和有效值的意義,能利用有效值的定義計(jì)算某些交變電流的有效值,會(huì)應(yīng)用正弦式交變電流有效值公式進(jìn)行相關(guān)計(jì)算?！颈貍渲R(shí)】知識(shí)點(diǎn)一、周期和頻率(1)周期:交變電流完成一次周期性變化所需的時(shí)間,用T表示,單位是秒。(2)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,符號(hào)Hz。(3)二者關(guān)系：T=1f或f=知識(shí)點(diǎn)二、峰值和有效值(1)峰值①定義:交變電流的電壓、電流所能達(dá)到的最大值。②應(yīng)用:電容器所能承受的電壓要高于交流電壓的峰值。(2)有效值①定義:讓交變電流與恒定電流分別通過大小相同的電阻,如果在交變電流的一個(gè)周期內(nèi)它們產(chǎn)生的熱量相同,那么這個(gè)恒定電流的電流、電壓,叫作這個(gè)交變電流的有效值。②應(yīng)用a.交流用電設(shè)備上所標(biāo)的額定電壓和額定電流(額定值)。b.交流電壓表測量的數(shù)值(測量值)。c.無特別說明時(shí)提到的交變電流的數(shù)值(通常值)。(3)關(guān)系:對(duì)于正弦式交變電流,有效值I、U與峰值Im、Um之間的關(guān)系:交變電流的“四值”[點(diǎn)睛]對(duì)有效值的理解與計(jì)算(1)對(duì)有效值的理解交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)定義的,理解有效值重點(diǎn)在“等效”,“效果”相同在定義中體現(xiàn)為相同電阻、相同時(shí)間,產(chǎn)生相同熱量,交變電流與多大的直流電“效果”相同,有效值就是多大。(2)有效值的計(jì)算①對(duì)于正弦式交變電流,可先根據(jù)Em=nBSω求出最大值,然后根據(jù)E=Em②對(duì)于非正弦式交變電流,必須根據(jù)有效值的定義求解。即例如,某一交變電流的電壓波形如圖所示,求這一交變電流電壓的有效值。幾種常見電流的有效值知識(shí)點(diǎn)三、電感器和電容器對(duì)交變電流的作用感抗：由于電感器（線圈）與交變電流之間的電磁感應(yīng)作用所引起對(duì)交變電流的阻礙作用。感抗的影響因素：線圈的自感系數(shù)越大，交流的頻率越高，線圈的感抗就越大。扼流圈利用了電感器對(duì)交流的阻礙作用。①低頻扼流圈（自感系數(shù)大）：通直流，阻交流。②高頻扼流圈（自感系數(shù)?。和ㄖ绷?，通低頻，阻高頻。容抗：電容器對(duì)交流阻礙作用的大小。容抗的影響因素：電容器的電容越大，交流的頻率越高，電容器對(duì)交流的阻礙作用就越小，即容抗越小。電容器在電路中的作用：通交流、隔直流，通高頻、阻低頻。交變電流能夠“通過”電容器的本質(zhì)：由于交變電流的方向不斷變化，電容器在充電、放電過程中，電路中就有了電流，變現(xiàn)為交變電流“通過”了電容器。實(shí)際上自由電荷并沒有通過兩極板間的絕緣介質(zhì)。【課堂檢測】1.在如圖所示的電路中，L1、L2是兩個(gè)相同的小燈泡，A、B處的虛線框內(nèi)各接有一個(gè)電學(xué)元件．a(chǎn)、b兩端分別與直流電源和交流電源相連接，且直流電源的電壓與交流電源電壓的有效值相等．觀察兩種情況下燈泡的亮度．當(dāng)接直流電源時(shí)，L1不發(fā)光，L2正常發(fā)光；當(dāng)接交流電源時(shí)，L1發(fā)光，L2明顯變暗．則下列說法正確的是(

)A.

A中接的是電阻，B中接的是電容器

B.

A中接的是電感線圈，B中接的是電阻

C.

A中接的是電感線圈，B中接的是電容器

D.

A中接的是電容器，B中接的是電感線圈【答案】D【解析】當(dāng)a、b端加直流電壓時(shí)，L1燈不發(fā)光，L2燈正常發(fā)光；當(dāng)加同樣電壓的交流電源時(shí)，L1燈發(fā)光，L2燈發(fā)光較暗．知線框A中為電容器，因?yàn)殡娙莞糁蓖ń?，線框B中是電感線圈，因?yàn)殡姼芯€圈對(duì)交流電有阻礙作用，對(duì)直流電無阻礙作用，D符合題意，ABC不符合題意。故答案為：D【分析】電感的特性值通直流阻交流，電流的頻率越大，電感的阻抗就越大，電容的特性是通交流阻直流，電流的頻率越小，電容的阻抗就越大，結(jié)合電路中電流的變化分析即可。2.利用圖示裝置研究自感現(xiàn)象，L為自感系數(shù)較大的線圈，兩導(dǎo)軌相互平行，處于勻強(qiáng)磁場中，導(dǎo)體棒ab以速度v0沿導(dǎo)軌勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，燈泡的電功率為P1；棒ab沿導(dǎo)軌加速運(yùn)動(dòng)至速度為v0時(shí)，燈泡的電功率為P2。則（

）A.

P1=P2

B.

P1＞P2

C.

P1＜P2

D.

無法比較P1和P2的大小【答案】B【解析】ab以速度v0沿導(dǎo)軌勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，電路中的電流不變，電流產(chǎn)生的磁場不變，所以穿過線圈的磁通量不變，沒有自感電動(dòng)勢產(chǎn)生，棒ab沿導(dǎo)軌加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，電路中的電流變大，電流產(chǎn)生的磁場變大，所以穿過線圈的磁通量變大，有自感電動(dòng)勢產(chǎn)生，比較兩種情況可知，ab以速度v0沿導(dǎo)軌勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，電路中的電流更大，由公式P=I2R可得：P1故答案為：B【分析】利用電感對(duì)電流的阻礙作用可以比較對(duì)應(yīng)功率的大小?！舅仞B(yǎng)作業(yè)】1.一個(gè)電熱器接在10V直流電源上消耗的電功率是P，當(dāng)把它接到一個(gè)正弦交流電壓上時(shí)消耗的電功率為P8A.

5V

B.

7.1V

C.

10V

D.

12V【答案】A【解析】由題意可知，當(dāng)U=10V時(shí)，則電熱器的電阻為即PR=100當(dāng)接到交流電時(shí)，設(shè)交流電的電壓有效值為U'，則U則其最大值為UA符合題意，BCD不符合題意。故答案為：A?！痉治觥繉?duì)于直流電來說，利用歐姆定律求解電流的最大值，再根據(jù)兩個(gè)電流產(chǎn)生的熱量關(guān)系求解交流電的有效值。2.如圖所示，A、B是兩個(gè)完全相同的燈泡，L是自感系數(shù)較大的線圈，其直流電阻忽略不計(jì)，電源是不計(jì)內(nèi)阻的理想電源。當(dāng)電鍵K閉合時(shí)，下列說法正確的是（

）A.

A比B先亮，然后A熄滅

B.

B比A先亮，然后A熄滅

C.

A，B一起亮，然后A熄滅

D.

A逐漸變亮，B立即亮；最終A比B亮【答案】D【解析】由題意可知，當(dāng)閉合電鍵時(shí)，電路中的電流瞬間增大，線圈自感系數(shù)較大，所以會(huì)產(chǎn)生較大的自感電動(dòng)勢，根據(jù)楞次定律可知，自感電動(dòng)勢的方向應(yīng)該阻礙線圈磁通量的增加，所以A不會(huì)立即亮，而是逐漸變亮，B立即亮。當(dāng)電路中穩(wěn)定以后，線圈的磁通量就不變了，又由于線圈的直流電阻忽略不計(jì)，所以A的支路電阻比B的支路電阻小，所以流過A的電流比流過B的電流大，即最終A比B亮，D符合題意，ABC不符合題意。故答案為：D?！痉治觥慨?dāng)開關(guān)閉合后，流過電感的電流會(huì)變大，此時(shí)電感會(huì)阻礙電流的增大，故閉合開關(guān)后，電小燈泡會(huì)逐漸變亮。3.一正弦交變電流的電壓隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖所示．由圖可知該交變電流（

）A.

周期為0.125s

B.

電壓的有效值為10V

C.

電壓的最大值為20V

D.

電壓瞬時(shí)值的表達(dá)式為u=20sin4πt（V）【答案】C【解析】由圖像可知，交流電的周期為0.25s，A不符合題意；電壓的最大值為20V，電壓的有效值為202V=10故答案為：C【分析】通過交流電壓的圖像讀出交流電的周期和最大值，利用周期求出交流電頻率。4.電感和電容對(duì)交流電的阻礙作用的大小不但跟電感、電容本身有關(guān)，還跟交流電的頻率有關(guān)，下列說法中正確的是(

)A.

電感是通直流、阻交流，通高頻、阻低頻

B.

電容是通直流、阻交流，通高頻、阻低頻

C.

電感是通直流、阻交流，通低頻、阻高頻

D.

電容是通交流、隔直流，通低頻、阻高頻【答案】C【解析】AC、電感的特性：通直流，阻交流。通低頻，阻高頻。A不符合題意，C符合題意；BD、電容器的特性：通交流，隔直流，通高頻，阻低頻。BD不符合題意。故答案為：C?！痉治觥侩姼械奶匦灾低ㄖ绷髯杞涣?，電流的頻率越大，電感的阻抗就越大，電容的特性是通交流阻直流，電流的頻率越小，電容的阻抗就越大。

5.某小型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢e＝50sin100πt（V）．下列表述正確的是（

）A.

電動(dòng)勢有效值502【答案】B【解析】電動(dòng)勢最大值50V，B符合題意；電動(dòng)勢有效值502V=252V故答案為：B【分析】通過交流電壓的表達(dá)式讀出電壓的最大值和角速度，計(jì)算出電壓的有效值和頻率。6.如圖所示，A、B兩輸電線間的電壓是U=2002A.

電流表示數(shù)為8A

B.

電壓表示數(shù)為200V

C.

通過R的電流方向每秒鐘改變50次

D.

用電器消耗的電功率為1.6kW【答案】B【解析】A、根據(jù)u=2002sin100πt（V），可知，交流電壓的有效值U=UMC、周期T=2πω=D、根據(jù)P=U2R故答案為：B【分析】通過交流電壓的表達(dá)式讀出電壓的最大值和角速度，計(jì)算出電壓的有效值和頻率，利用歐姆定律求解電流和功率即可。7.一個(gè)匝數(shù)為100匝，電阻為1Ω的閉合線圈處于某一磁場中，磁場方向垂直于線圈平面，從某時(shí)刻起穿過線圈的磁通量按圖示規(guī)律變化。則線圈中產(chǎn)生交變電流的有效值為

(

)A.

2A

B.

25A

C.

4A

D.

5A【答案】D【解析】0?1s內(nèi)的磁通量變化率為：K1=0.01/1Wb/s=0.01Wb/s，則感應(yīng)電動(dòng)勢E11?1.2s內(nèi)的磁通量變化率為：K2=0.01/0.2Wb/s=0.05Wb/s，則感應(yīng)電動(dòng)勢E2對(duì)一個(gè)定值電阻，在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量：Q=Q1+Q2=E1根據(jù)有交流電有效值的定義：Q=I2RT=I2×1×1.2聯(lián)立解得：I=5A，ABC不符合題意，D符合題意；故答案為：D【分析】電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來確