人教版物理選修1-1講義第3章3交變電流Word版含答案

三、交變電流學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)脈絡(luò)1.知道交變電流是如何產(chǎn)生的．(難點(diǎn))2．知道交變電流的變化規(guī)律，會(huì)用圖象及特征物理量描述交變電流．(重點(diǎn))3．掌握正弦式交變電流的有效值．(重點(diǎn))4．理解交變電流通過(guò)電容器的原因．(難點(diǎn))一、交流發(fā)電機(jī)及交流的變化規(guī)律1．構(gòu)造發(fā)電機(jī)都由固定不動(dòng)的定子和能夠連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子等部件構(gòu)成．2．工作原理轉(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)，通過(guò)接線端引出，接在回路中，便產(chǎn)生了交變電流．3．交變電流和直流大小和方向隨時(shí)間做周期性變化的電流叫交變電流．簡(jiǎn)稱交流(AC)．只沿一個(gè)方向流動(dòng)的電流叫直流(DC)．4．正弦式電流的變化規(guī)律(1)正弦式電流規(guī)律：i＝Imsinωt，u＝Umsinωt(2)波形如圖所示：5．描述交變電流的物理量(1)瞬時(shí)值：交流電在某一時(shí)刻的值．(2)峰值：電動(dòng)勢(shì)、電流、電壓的最大值．(3)周期和頻率：表示交變電流變化的快慢，T＝eq\f(1,f).我國(guó)使用的交流頻率為50Hz.二、交流與電容器交流的有效值1．當(dāng)電容器接到交流電路上，電容器交替進(jìn)行充電和放電，電路中形成電流．2．電容器的電路特征：電容器能夠通交流、隔直流．3．有效值：把交流和直流分別通過(guò)相同的電阻，如果在相等的時(shí)間內(nèi)它們產(chǎn)生的熱量相等，這個(gè)直流電壓、電流的數(shù)值稱為交流電壓、電流的有效值．4．正弦式電流的有效值Ue＝eq\f(Um,\r(2))≈0.707Um，Ie＝eq\f(Im,\r(2))≈0.707Im.1．思考判斷(1)交流發(fā)電機(jī)可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能． (√)(2)家用照明電是交變電流． (√)(3)只要線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，就可以產(chǎn)生交變電流． (×)(4)電容器在交流電路中對(duì)電流有阻礙作用． (√)(5)交變電流的有效值是以電流的熱效應(yīng)定義的． (√)(6)交流電、直流電都能通過(guò)電容器． (×)2．(多選)如圖所示圖象中屬于交流電的有()ABC[D圖表示的電流大小發(fā)生了周期性變化，而方向沒(méi)有變化，A、B、C圖中的電流大小、方向發(fā)生了周期性變化．]3．有一臺(tái)使用交流電的電冰箱上標(biāo)有額定電壓為“220V”的字樣，這“220V”是指()A．交流電電壓的瞬時(shí)值 B．交流電電壓的最大值C．交流電電壓的平均值 D．交流電電壓的有效值D[若無(wú)特殊說(shuō)明，各電器上標(biāo)的額定值都是有效值，故D正確．]4．(多選)如圖所示，將電燈與電容器串聯(lián)接入通有交變電流的電路中，燈泡發(fā)光，則()A．自由電荷通過(guò)了電容器兩極板間的絕緣電介質(zhì)B．自由電荷沒(méi)有通過(guò)電容器兩極板間的絕緣電介質(zhì)C．接入交變電源使電容器兩極板間的絕緣電介質(zhì)變成了導(dǎo)體D．電容器交替進(jìn)行充放電，電路中就有電流，表現(xiàn)為交變電流“通過(guò)”了電容器BD[電容器“通交流”是因?yàn)閮蓸O板不斷地充、放電，從而使電路中有電流，而不是自由電荷通過(guò)了兩極板間的電介質(zhì)，所以B、D項(xiàng)正確．]交變電流的變化規(guī)律1.描述交變電流的物理量(1)瞬時(shí)值：i＝Imsinωt，u＝Umsinωt.(2)峰值：電流和電壓的最大值，即Im和Um.(3)周期和頻率①周期：交流完成一次周期性變化所用的時(shí)間叫做交流的周期，用T表示．②頻率：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，用f表示．單位是赫茲，符號(hào)Hz.周期與頻率的關(guān)系：T＝eq\f(1,f).角速度與周期、頻率的關(guān)系：ω＝eq\f(2π,T)＝2πf.2．圖象交變電流的變化規(guī)律可以用示波器顯示出來(lái)，正弦式電流的變化規(guī)律圖象如圖所示．【例1】(多選)一個(gè)按正弦規(guī)律變化的交變電流的i-t圖象如圖所示，根據(jù)圖象可以斷定()A．交變電流的頻率f＝0.2HzB．交變電流的有效值I有＝14.14AC．交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式i＝20sin(0.02t)AD．在t＝eq\f(T,8)時(shí)刻，電流的大小與其有效值相等思路點(diǎn)撥：解此題要把握兩點(diǎn)：①圖象提供的信息及和瞬時(shí)值的對(duì)應(yīng)關(guān)系．②最大值和有效值之間的關(guān)系．BD[從圖中可以看出，交變電流的最大值為Im＝20A．有效值為I有＝eq\f(Im,\r(2))＝eq\f(20,\r(2))A＝10eq\r(2)A＝14.14A交變電流的周期為T＝0.02s所以f＝eq\f(1,T)＝50Hz交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式為i＝Imsinωt＝Imsin(2πft)＝20sin(314t)A在t＝eq\f(T,8)時(shí)，交變電流的瞬時(shí)值為i＝Imsineq\f(2π,T)t＝Imsineq\f(π,4)＝eq\f(Im,\r(2))(A)，所以答案為B、D.][注意事項(xiàng)](1)利用有效值U＝eq\f(Um,\r(2))≈0.707Um，I＝eq\f(Im,\r(2))≈0.707Im計(jì)算只適用正弦交流電．(2)理解圖象的物理意義，從圖象中找出周期和最大值，寫出瞬時(shí)表達(dá)式．1．已知交變電壓瞬時(shí)值的表達(dá)式為u＝311sin100πtV，從t＝0到第一次電壓出現(xiàn)峰值的時(shí)間()A．0.005s B．0.001sC．0.02s D．0.01sA[交變電壓按正弦規(guī)律變化，當(dāng)?shù)谝淮坞妷撼霈F(xiàn)峰值時(shí)，sin100πt＝1，即100πt＝eq\f(π,2)，t＝0.005s，故A正確．]交變電流有效值的理解1.在定義有效值時(shí)要注意：三同eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(相同電阻,相同時(shí)間,產(chǎn)生相同熱量))2．公式Ue＝eq\f(Um,\r(2))、Ie＝eq\f(Im,\r(2))僅適用于正弦式電流．3．在計(jì)算交變電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量和電功率以及確定保險(xiǎn)絲的熔斷電流時(shí)，只能用交變電流的有效值．如電功率的計(jì)算式：P＝IU中，U、I均為有效值．4．在交流電路中，電壓表、電流表等電工儀表的示數(shù)均為交變電流的有效值．在沒(méi)有具體說(shuō)明情況下，所給出的交變電流的電壓、電流指的都是有效值．5．各種使用交變電流用電器銘牌上標(biāo)出的額定電壓、額定電流均指有效值．【例2】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，其最大值為Im；電流的負(fù)值的強(qiáng)度為Im，則該交流電的有效值為()A．eq\f(Im,\r(2)) B．eq\r(2)ImC．Im D．eq\f(\r(3),2)ImD[交變電流一個(gè)周期內(nèi)通過(guò)電阻R產(chǎn)生的熱量為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(Im,\r(2))))eq\s\up12(2)R×1×10－2＋I(xiàn)eq\o\al(2,m)R×1×10－2，直流電流I通過(guò)R相同時(shí)間產(chǎn)生的熱量為I2R×2×10－2.由有效值的定義知：eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(Im,\r(2))))eq\s\up12(2)R×1×10－2＋I(xiàn)eq\o\al(2,m)R×1×10－2＝I2R×2×10－2，得I＝eq\f(\r(3),2)Im.]在有效值的計(jì)算中要掌握的原則是：認(rèn)清交變電流的變化規(guī)律，分清每一階段的電流的特征，確定每一階段電流的有效值，一定要在一個(gè)周期內(nèi)使用焦耳定律來(lái)計(jì)算有效值．2．如圖表示一交變電流的電流隨時(shí)間而變化的圖象．此交變電流的有效值是()A．5eq\r(2)A B．5AC．3.5eq\r(2)A D．3.5AB[使此交變電流通過(guò)電阻R，在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q交＝Ieq\o\al(2,1)R·eq\f(T,2)＋I(xiàn)eq\o\al(2,2)R·eq\f(T,2)＝(Ieq\o\al(2,1)＋I(xiàn)eq\o\al(2,2))R·eq\f(T,2).式中I1＝4eq\r(2)A，I2＝3eq\r(2)A，T＝0.02s.設(shè)另一直流電I，通過(guò)同樣的電阻在同樣時(shí)間(T＝0.02s)內(nèi)產(chǎn)生的熱量則為：Q直＝I2RT根據(jù)有效值的定義，由Q直＝Q交，即I2RT＝(Ieq\o\al(2,1)＋I(xiàn)eq\o\al(2,2))R·eq\f(T,2)得I＝eq\r(\f(Ieq\o\al(2,1)＋I(xiàn)eq\o\al(2,2),2))＝eq\r(\f(32＋18,2))A＝5A這個(gè)直流電流值，就稱為此交變電流的有效值．]1．目前，我國(guó)照明電路的電壓瞬時(shí)值表達(dá)式為u＝311·sin100πtV，則我國(guó)照明電路的電壓有效值與頻率分別為()A．220V，50Hz B．311V，50HzC．220V，60Hz D．311V，60HzA[由電壓表達(dá)式知Um＝311V，ω＝100πrad/s，則U＝eq\f(Um,\r(2))＝220V，f＝eq\f(ω,2π)＝eq\f(100π,2π)Hz＝50Hz，故選項(xiàng)A正確．]2．(多選)一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以角速度4πrad/s勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)的圖象如圖所示，則()A．交變電流的頻率是4πHzB．交變電動(dòng)勢(shì)的最大值是10VC．當(dāng)t＝0.5s時(shí)，e有最大值D．交變電流的周期是0.5sBD[由于線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度試題中已給出，所以線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率可以由公式直接求出，線圈的頻率和交變電流的頻率是相同的，ω＝4πrad/s，而ω＝2πf，故f＝2Hz，T＝eq\f(1,f)＝0.5s．由圖象可看出：電動(dòng)勢(shì)最大值為10V，t＝0.5s時(shí)，ωt＝2π，e＝0.]3．關(guān)于電容對(duì)交變電流的影響，以下說(shuō)法中正確的是()A．電容對(duì)交變電流有阻礙作用B．電容對(duì)交變電流的阻礙作用越小，容抗就越大C．電容具有“通直流、隔交流，通低頻、阻高頻”的作用D．電容器的電容越小，交變電流的頻率越低，電容器對(duì)交變電流的阻礙作用就越小A[很明顯，A項(xiàng)對(duì)；電容對(duì)交變電流的阻礙作用越小，容抗就越小，B項(xiàng)錯(cuò)；電容具有“通交流、隔直流，通高頻、阻低頻”的作用，C項(xiàng)錯(cuò)；電容器的電容越小，交變電流的頻率越低，電容器對(duì)交變電流的阻礙作用就越大，D項(xiàng)錯(cuò)．]4．在相同時(shí)間內(nèi)，某正弦交變電流通過(guò)一阻值為100Ω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，則()A．此交變電流的有效值為3A，最大值為3eq\r(2)AB．此交變電流的有效值為3eq\r(2)A，最