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高中物理 第二章 交变电流 第三节 表征交变电流的物理量学案 粤教版选修3-2-粤教版高二选修3-2物理学案VIP免费

高中物理 第二章 交变电流 第三节 表征交变电流的物理量学案 粤教版选修3-2-粤教版高二选修3-2物理学案_第1页
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第三节表征交变电流的物理量[学习目标]1.掌握交变电流的周期、频率、线圈转动角速度三者之间的关系.2.能理解电流的有效值是与热效应有关的量,而平均值不是简单意义的平均.3.掌握交变电流有效值与峰值的关系,会进行有效值的计算.一、交变电流的周期和频率[导学探究]如图1所示,交变电流完成一次周期性变化需要多长时间?在1s内完成多少次周期性变化?图1答案完成一次周期性变化需要0.02s;在1s内完成50次周期性变化.[知识梳理]周期、频率及它们之间的关系:(1)周期(T):交变电流完成一次周期性变化所需的时间.(2)频率(f):交变电流在1s内完成周期性变化的次数.(3)T=或f=.[即学即用]我国电网中交流电的频率为50Hz,则我国提供市电的发电机转子的转速为________r/min.答案3000二、交变电流的峰值和有效值[导学探究]某交流电压的瞬时值表达式u=6sin(100πt)V,把标有“6V2W”的小灯泡接在此电源上会不会被烧坏?把标有6V的电容器接在此电源上会不会被击穿?答案小灯泡不会被烧坏,交流电压的瞬时值表达式u=6sin(100πt)V中6V是最大值,其有效值为6V,而标有“6V2W”的小灯泡中的6V是有效值.电容器会被击穿.[知识梳理]交变电流的峰值和有效值:(1)峰值:①交变电流的电压、电流能达到的最大数值叫峰值,若交流电接入纯电阻电路中,电流及外电阻两端的电压的最大值分别为Im=,Um=ImR.②使用交变电流的用电器,其最大耐压值应大于其使用的交流电压的最大值.(2)有效值:确定交变电流有效值的依据是电流的热效应.让交流与恒定电流通过大小相同的电阻,如果在交流的一个周期内它们产生的热量相同,则此恒定电流值叫做交流电的有效值.(3)在正弦式交变电流中,最大值与有效值之间的关系为:E==0.707Em,U==0.707Um,I==0.707Im.[即学即用]判断下列说法的正误.(1)正弦式交变电流的正负两部分是对称的,所以有效值为零.()(2)交变电流的有效值就是一个周期内的平均值.()(3)一个正弦式交变电流的峰值同周期频率一样是不变的,但有效值是随时间不断变化的.()(4)交流电路中,电压表、电流表的测量值都是有效值.()答案(1)×(2)×(3)×(4)√一、周期和频率的理解交变电流的周期和频率跟发电机转子的角速度ω或转速n有关.ω(n)越大,周期越短,频率越高,其关系为T=,ω=2πf=2πn.例1(多选)矩形金属线圈共10匝,绕垂直于磁场方向的转动轴在匀强磁场中匀速转动,线圈中产生的交流电动势e随时间t变化的情况如图2所示.下列说法中正确的是()图2A.此交变电流的频率为0.2HzB.1s内电流方向变化10次C.t=0.1s时,线圈平面与磁场方向平行D.1s内线圈转5圈答案BD解析由图象知T=0.2s,故f==Hz=5Hz,即1s内完成5个周期,线圈转5圈,每转1圈电流方向改变2次,故A错,B、D对;在t=0.1s时,e=0,所以线圈平面与磁场方向垂直,故C错.二、非正弦式交变电流有效值的计算利用有效值的定义,根据电流的热效应计算,计算时注意取一个完整周期的时间,而不是简单地对电压求平均值.例2如图3所示的交变电流由正弦式交变电流的一半和反向脉冲电流组合而成,则这种交变电流的有效值为()图3A.I0B.I0C.I0D.I0答案C解析由i-t图象知交变电流的周期T=2s.一个周期内:前半个周期电流的有效值:I1=,后半个周期电流的有效值:I2=I0.设交变电流的有效值为I,根据交变电流有效值的定义有I2RT=IR+IR=2R+IR,解得I=I0.故选项C正确.计算时要注意三个相同:“相同电阻”上“相同时间”内产生“相同热量”.“相同时间”一般取一个周期,半周期对称的可取半个周期.三、正弦式交流电有效值、最大值、平均值的对比例3如图4所示,矩形线圈面积为S,匝数为n,线圈电阻为r,在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω匀速转动,外电路电阻为R.当线圈由图示位置转过90°的过程中,求:图4(1)通过电阻R的电荷量q;(2)电阻R上所产生的热量Q.答案(1)(2)解析(1)依题意磁通量的变化量ΔΦ=BS,线圈转过90°的时间为Δt===,平均感应电动势为=n=,平均感应电流为==,通过电阻R的电荷量为q=·Δt=.(2)线圈中感应电动势的有效值E和最大值Em的关系是E==,电路中电流的有效值为I==....

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