新2021-2021學(xué)年高中物理第二章2表征交變電流的物理量課件粵教版選修3-2

第二章交變電流目標(biāo)定位1.掌握交變電流的周期、頻率、線圈轉(zhuǎn)動(dòng)角速度三者之間的關(guān)系.2.能理解電流的有效值是與熱效應(yīng)有關(guān)的量，而平均值只是簡(jiǎn)單意義的平均.3.掌握交變電流有效值與峰值的關(guān)系，會(huì)進(jìn)行有關(guān)有效值的計(jì)算．學(xué)案2表征交變電流的物理量知識(shí)探究自我檢測(cè)一、交變電流的周期和頻率

問題設(shè)計(jì)知識(shí)探究如圖1所示，這個(gè)交變電流的周期是多少？頻率是多少？答案

周期T＝0.02s；頻率f＝50Hz.圖1要點(diǎn)提煉1．周期(T)：交變電流完成______________所需的時(shí)間，用T表示，單位是秒．2．頻率(f)：交變電流在____內(nèi)完成__________的次數(shù)，用__表示，單位是赫茲，符號(hào)是___.3．轉(zhuǎn)速(n)：線圈單位時(shí)間(1s或1min)轉(zhuǎn)過的圈數(shù)，單位是r/s或r/min.一次周期性變化1s周期性變化fHz5．交流電的瞬時(shí)值表達(dá)式e＝___________，其中“_____”叫做交變電流的_____，φ是t＝0時(shí)的相位，叫做交變電流的_______．6．我國(guó)電網(wǎng)中交變電流的周期是____s，頻率是___Hz.Emsin(ωt＋φ)ωt＋φ相位初相位0.0250

問題設(shè)計(jì)二、交變電流的峰值和有效值1．圖2是通過一個(gè)R＝1Ω的電阻的電流i隨時(shí)間變化的曲線．這個(gè)電流不是恒定電流．(1)怎樣計(jì)算1s內(nèi)電阻R中產(chǎn)生的熱量？圖2(2)如果有一個(gè)大小、方向都不變的恒定電流通過這個(gè)電阻R，也能在1s內(nèi)產(chǎn)生同樣的熱，這個(gè)電流是多大？2．某交流電壓瞬時(shí)值表達(dá)式u＝6sin(100πt)V，把標(biāo)有“6V,2W”的小燈泡接在此電源上會(huì)不會(huì)被燒壞？把標(biāo)有6V的電容器接在此電源上會(huì)不會(huì)被擊穿？答案

小燈泡不會(huì)被燒壞，交流電壓瞬時(shí)值表達(dá)式u＝6sin(100πt)V中6V是最大值，其有效值為6V，而標(biāo)有“6V,2W”的小燈泡中的6V是有效值．電容器會(huì)被擊穿．要點(diǎn)提煉1．峰值：也叫最大值，它是所有瞬時(shí)值中的最大值．(1)當(dāng)線圈平面跟磁感線平行時(shí)，交變電流電動(dòng)勢(shì)最大，Em＝_______(轉(zhuǎn)軸垂直于磁感線)．(2)電容器接在交流電路中，交變電壓的最大值不能超過電容器的______值．2．有效值：讓交流與恒定電流分別通過_________的電阻，如果在交變電流的_________內(nèi)它們產(chǎn)生的_____相等，我們就把這個(gè)恒定電流的電流值I、電壓值U，叫做這個(gè)交流電的有效值．計(jì)算時(shí)要注意三同：“相同_____”上、“一個(gè)周期”內(nèi)、產(chǎn)生“相同_____”．nBSω

耐壓大小相同一個(gè)周期熱量電阻熱量3．正弦式交變電流的有效值I、U與峰值Im、Um的關(guān)系：I＝

，U＝.注意：非正弦式交變電流的有效值只能根據(jù)電流的_______計(jì)算．4．有效值的應(yīng)用(1)計(jì)算與電流熱效應(yīng)有關(guān)的量(如電功、電功率、電熱)要用_____值．熱效應(yīng)有效(2)交流電表的測(cè)量值，電氣設(shè)備標(biāo)注的額定電壓、額定電流，通常提到的交流電的數(shù)值均指_____值．5．平均值的應(yīng)用有效典例精析一、對(duì)描述交變電流物理量的認(rèn)識(shí)例1一正弦交流電的電壓隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖3所示，由圖可知(

)圖3A．該交流電的電壓的有效值為100VB．該交流電的頻率為25HzC．該交流電壓瞬時(shí)值的表達(dá)式為u＝100sin25tVD．并聯(lián)在該電壓兩端的電壓表指針不停擺動(dòng)解析根據(jù)題圖可知該交變電流電壓的最大值為100V，周期為4×10－2s，所以頻率為25Hz，A錯(cuò)，B對(duì)；而ω＝2πf＝50πrad/s，所以u(píng)＝100sin(50πt)V，C錯(cuò)；交流電壓表的示數(shù)為交流電的有效值而不是瞬時(shí)值，不隨時(shí)間變化，D錯(cuò)．答案

B例2

一臺(tái)小型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的正弦規(guī)律圖象如圖4甲所示．已知發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為5.0Ω，外接一只電阻為95.0Ω的燈泡，如圖乙所示，則(

)二、正弦式交變電流有效值的計(jì)算圖4A．電壓表

的示數(shù)為220VB．電路中的電流方向每秒鐘改變50次C．燈泡實(shí)際消耗的功率為484WD．發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱為24.2J答案

D由題圖甲知T＝0.02s，一個(gè)周期內(nèi)電流方向變化兩次，可知1s內(nèi)電流方向變化100次，B錯(cuò)；例3如圖5所示是一交變電流隨時(shí)間變化的圖象，求此交變電流的有效值．三、非正弦式交變電流有效值的計(jì)算圖5解析

設(shè)該交變電流的有效值為I′，直流電的電流強(qiáng)度為I，讓該交變電流和直流電分別通過同一電阻(阻值為R)，在一個(gè)周期(T＝0.2s)內(nèi)，該交變電流產(chǎn)生的熱量：在一個(gè)周期內(nèi)直流電通過該電阻產(chǎn)生的熱量Q＝I2RT＝0.2I2R.由Q＝Q′得，0.2I2R＝5R，解得I＝5A，即此交變電流的有效值I′＝I＝5A答案

5A四、有效值、瞬時(shí)值、平均值的區(qū)別及應(yīng)用例4在水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一正方形閉合線圈繞垂直磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，已知線圈的匝數(shù)為n＝100匝，邊長(zhǎng)為20cm，電阻為10Ω，轉(zhuǎn)動(dòng)頻率f＝50Hz，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5T，求：(1)外力驅(qū)動(dòng)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的功率；解析

線圈中交變電動(dòng)勢(shì)的最大值Em＝nBSω＝100×0.5×(0.2)2×2π×50V＝628V.交變電動(dòng)勢(shì)的有效值外力驅(qū)動(dòng)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的功率與線圈中交變電流的功率相等．答案

1.97×104W

(2)轉(zhuǎn)至線圈平面與中性面的夾角為30°時(shí)，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及感應(yīng)電流的大?。唤馕?/p>

線圈轉(zhuǎn)到與中性面成30°角時(shí)，其電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值e＝Emsin30°＝314V，交變電流的瞬時(shí)值答案

314V

31.4A(3)線圈由中性面轉(zhuǎn)至與中性面成30°夾角的過程中，通過線圈橫截面的電荷量．解析

在線圈從中性面轉(zhuǎn)過30°角的過程中，線圈中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

＝n，平均感應(yīng)電流

＝

＝n，通過線圈橫截面的電荷量為q，＝2.68×10－2C.答案

2.68×10－2C課堂要點(diǎn)小結(jié)描述交變電流的物理量1．(對(duì)描述交變電流物理量的認(rèn)識(shí))如圖6是某種正弦式交流電壓的波形圖，由圖可確定該電壓的(

)A．周期是0.01sB．最大值是220VC．有效值是220VD．表達(dá)式為u＝220sin(100πt)(V)1234自我檢測(cè)圖61234解析由題圖可知，該交流電壓的周期為0.02s，最大值為311V，而有效值U＝

＝V＝220V，故A、B錯(cuò)誤，C正確．正弦式交流電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式u＝Umsin

ωt＝311sin(t)V＝311sin(100πt)V，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤．答案

C2．(正弦式交變電流有效值的計(jì)算)一個(gè)矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，周期為T.從中性面開始計(jì)時(shí)，當(dāng)t＝

T時(shí)，線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值為2V，則此交變電流的有效值為(

)12341234答案

A3.(非正弦式交變電流有效值的計(jì)算)通過一阻值R＝100Ω的電阻的交變電流如圖7所示，其周期為1s．電阻兩端電壓的有效值為(

)1234圖7A．12VC．15V解析

根據(jù)電流的熱效應(yīng)計(jì)算電流的有效值．由(0.1)2R×0.4×2＋(0.2)2R×0.1×2＝I2R×1可得，流過電阻的電流的有效值I＝A，電阻兩端電壓的有效值為U＝IR＝4V，B正確．答案

B12344．(峰值、有效值、瞬時(shí)值、平均值的區(qū)別及應(yīng)用)交流發(fā)電機(jī)線圈電阻r＝1Ω，用電器電阻R