高中物理 第2章 第2节 描述交流电的物理量学案 教科版选修3-2-教科版高二选修3-2物理学案VIP免费

学案2描述交流电的物理量[目标定位]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，而平均值只是简单意义的平均.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、周期和频率[问题设计]如图1所示，这个交变电流的周期是多少？频率是多少？图1答案周期T＝0.02s；频率f＝50Hz.[要点提炼]1．周期(T)：交变电流完成一次周期性变化所需的时间，用T表示，单位是秒．2．频率(f)：交变电流在1s内完成周期性变化的次数，用f表示，单位是赫兹，符号是Hz.3．转速(n)：线圈单位时间(1s或1min)转过的圈数，单位是r/s或r/min.4．各物理量之间的关系：f＝ω＝＝2πfω＝2πn(n的单位为r/s)5．我国电网中交变电流的周期是0.02s，频率是50Hz.二、峰值有效值[问题设计]1．图2是通过一个R＝1Ω的电阻的电流i随时间变化的曲线．这个电流不是恒定电流．(1)怎样计算1s内电阻R中产生的热量？(2)如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通过这个电阻R，也能在1s内产生同样的热量，这个电流是多大？1图2答案(1)Q＝IRt1＋IRt2＝42×1×0.5J＋22×1×0.5J＝10J(2)由Q＝I2Rt，得I＝＝A＝A2．某交流电压瞬时值表达式u＝6sin(100πt)V，把标有“6V2W”的小灯泡接在此电源上会不会被烧坏？把一个能承受的最大电压为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，交流电压瞬时值表达式u＝6sin(100πt)V中6V是最大值，其有效值为6V．标有“6V2W”的小灯泡中的6V是有效值，当电源的瞬时电压大于6V时，电容器会被击穿．[要点提炼]1．峰值：也叫最大值，它是所有瞬时值中的最大值．(1)当线圈平面跟磁感线平行时，交流电动势最大，Em＝NBSω(转轴垂直于磁感线)．(2)电容器接在交流电路中，交变电压的最大值不能超过电容器的耐压值．2．有效值：让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果在相同的时间内它们产生的热量相等，我们就把这个恒定电流的电流值I、电压值U，叫做这个交流电的有效值．计算时要注意三同：“相同电阻”上、“相同时间”内、产生“相同热量”．3．正弦交变电流的有效值I、U与峰值Im、Um的关系：I＝，U＝.注意：非正弦交变电流的有效值只能根据电流的热效应计算．4．有效值的应用(1)计算与电流热效应有关的量(如功率、热量)要用有效值．(2)交流电表的测量值，电气设备标注的额定电压、额定电流，通常提到的交流电的数值指有效值．5．平均值的应用计算通过导体某一横截面的电荷量时，只能用交变电流的平均值，即q＝·Δt＝Δt＝n.一、对描述交变电流物理量的认识例1一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图3所示，由图可知()2图3A．该交流电的电压的有效值为100VB．该交流电的频率为25HzC．该交流电的电压瞬时值的表达式为u＝100sin(25t)VD．并联在该电压两端的电压表指针不停摆动解析根据题图可知该交流电的电压的最大值为100V，周期为4×10－2s，所以频率为25Hz，A错，B对；而ω＝2πf＝50πrad/s，所以u＝100sin(50πt)V，C错；交流电压表的示数为交流电的有效值而不是瞬时值，不随时间变化，D错．答案B二、正弦交变电流有效值的计算例2一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图4甲所示．已知发电机线圈的内阻为5.0Ω，外接一只电阻为95.0Ω的灯泡，如图乙所示，则()图4A．电压表的示数为220VB．电路中的电流方向每秒钟改变50次C．灯泡实际消耗的功率为484WD．发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2J解析电压表示数为灯泡两端电压的有效值，由题图知电动势的最大值Em＝220V，有效值E＝220V，灯泡两端电压U＝＝209V，A错；由题图甲知T＝0.02s，一个周期内电流方向变化两次，可知1s内电流方向变化100次，B错；灯泡实际消耗的功率P＝＝W＝459.8W，C错；电流的有效值I＝＝2.2A，发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为Qr＝I2rt＝2.22×5×1J＝24.2J，D对．答案D3三、非正弦交变电流有效值的计算例3如图5所示是一交变电流随时间变化的图像，求此交变电流的有效值．图5解析设该交变电流的有效值为I′，直流电的电流强度为I，让该交变电流和直流电分别通过同一电阻(阻值为R)，在一个周期(T＝0.2s)内，...