2019_20学年高中物理第二章交变电流第三节表征交变电流的物理量课件粤教版.pptx

第三节 表征交变电流的物理量,第二章 交变电流,学科素养与目标要求,物理观念： 1.建立描述交变电流的物理量周期、频率、峰值、有效值、相位的概念. 2.熟记正弦式交变电流的有效值和峰值之间的关系. 科学思维： 1.根据电流热效应计算有效值，体会等效思维方法的运用. 2.通过特殊形式电流的有效值的计算培养综合分析能力.,NEIRONGSUOYIN,内容索引,自主预习,达标检测,课时对点练,预习新知 夯实基础,检测评价 达标过关,注重双基 强化落实,重点探究,启迪思维 探究重点,自主预习,1.周期：交变电流完成一次_变化的时间，用T表示. 2.频率：交变电流在1 s内完成周期性变化的次数，用 f 表示，单位是_， 符号是Hz. 3.二者关系：T_或 f_. 4.物理意义：描述交变电流周期性变化的_.,一、周期和频率,周期性,赫兹,快慢,二、峰值和有效值,1.峰值 (1)定义：交变电流的电流或电压在一个周期内所能达到的_. (2)应用：电容器所能承受的电压要_(选填“高于”或“低于”)交流电压的峰值. 2.有效值 (1)定义：让交变电流和恒定电流通过阻值大小相同的电阻，如果它们在_ _内产生的热量相等，这个恒定电流的电流、电压，叫做这个交变电流的有效值. (2)应用：电气设备铭牌上标注的额定电压、额定电流都是_.交流电压表和交流电流表测量的也是_.,最大值,高于,相同,时间,有效值,有效值,3.两者关系 正弦式交变电流的电动势、电流和电压的有效值和峰值间有如下关系： E_ I_ U_.,0.707Em,0.707Im,0.707Um,1.判断下列说法的正误. (1)对于一个正弦式电流的峰值同周期、频率一样是不变的，但有效值是随时间不断变化的. ( ) (2)正弦式电流的正负两部分是对称的，所以有效值为零.( ),即学即用,(4)交流电路中，电压表、电流表的测量值都是有效值.( ),2.图1是一个正弦式交变电流的图象，由图可知，电流的峰值Im_A，有效值I_A，周期T_s，频率f_Hz，初相位_.,图1,1,4,0.25,0,重点探究,一、交变电流的周期和频率,导学探究,如图所示的交变电流完成一次周期性变化需要多长时间？在1 s内完成多少次周期性变化？,答案 完成一次周期性变化需要0.02 s；在1 s内完成50次周期性变化.,知识深化,1.周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间.在交变电流的图象中，一个完整的正弦波形对应的时间为一个周期T. 2.频率：1 s内完成周期性变化的次数. 3.周期和频率的关系： ，如图2为我国照明电路的et图象，则交变电流的 周期T0.02 s，频率f50 Hz.,图2,例1 (多选)矩形金属线圈共10匝，绕垂直于磁场方向的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3所示.下列说法中正确的是,图3,A.此交变电流的频率为0.2 Hz B.1 s内电流方向变化10次 C.t0.1 s时，线圈平面与磁场方向平行 D.1 s内线圈转5圈,解析 由题图知T0.2 s，故 ，即1 s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错误，B、D正确； 在t0.1 s时，e0，所以线圈平面与磁场方向垂直，故C错误.,二、交变电流的峰值和有效值,1.如图是通过一个R1 的电阻的电流i随时间t变化的图象.,导学探究,(1)试计算1 s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1 s内产生同样的热量，这个电流是多大？,2.某交流电压的瞬时值表达式 ，把标有“6 V 2 W”的小 灯泡接在此电源上会不会被烧坏？把标有6 V的电容器接在此电源上会不会被击穿？,1.有效值的计算 (1)对于正弦式交变电流，可先根据EmnBS求出最大值，然后根据 求 出其有效值. (2)当电流是非正弦式交变电流时，必须根据有效值的定义求解.先计算交变电流在一个周期内产生的热量Q，再将热量Q用相应的物理量的有效值表示，即 QI2RT或 ，最后代入数据求解有效值.,知识深化,2.峰值和有效值的应用 (1)峰值：电容器所能承受的电压应高于交流电压的峰值，否则电容器可能被击穿. (2)有效值 电气设备铭牌上标注的额定电压、额定电流. 交流电压表和交流电流表的数值. 保险丝的熔断电流.,例2 通过一阻值R100 的电阻的交变电流如图4所示，其周期为1 s.电阻两端电压的有效值为,图4,A.图甲、图乙均表示交变电流 B.图甲所示电压的瞬时值表达式为 u20sin 100t (V) C.图甲所示电压的有效值为10 V D.图乙所示电压的有效值为10 V,例3 (多选)图5甲、乙分别为两种电压的波形，其中图甲所示的电压按正弦规律变化，图乙所示的电压的波形是正弦函数的一部分.下列说法正确的是,图5,解析 根据交变电流的定义，题图甲、乙均表示交变电流，题图甲所示电压的瞬时值表达式为u20sin 100t (V)，选项A、B正确；,B.灯泡不能正常发光 C.电容器一定被击穿 D. 的示数保持220 V不变,例4 (2018中山市第一中学高二第一次段考)如图6甲所示，标有“220 V，40 W”的灯泡和标有“350 V，20 F”的电容器并联到交流电源上， 为交流电压表，交流电源的输出电压如图乙所示，闭合开关.下列判断正确的是,图6,解析 交流电压表示数为交流电压的有效值，大小为 ， 数值保持不变，A错误，D正确； 交流电源输出电压的有效值为220 V，故灯泡能正常发光，B错误； 交流电压的最大值约为311 V，没有超过电容器的击穿电压，故电容器不会被击穿，C错误.,学科素养 通过以上例题，进一步建立有效值的概念，掌握利用电流的热效应计算有效值的方法，区分峰值、有效值的适用情况，锻炼了学生归纳思维的能力，较好地体现了“物理观念”和“科学思维”的学科素养.,达标检测,1.(对描述交变电流物理量的理解)如图7所示，实验室一台手摇交流发电机，内阻r1.0 ，外接R9.0 的电阻.闭合开关S，当发电机转子以某一转速匀速转动时，产生的电动势e10sin 10t (V)，则,A.该交变电流的频率为10 Hz B.该电动势的有效值为10 V C.电路中理想交流电流表 的示数为 A D.若将“10 V 100 F”的电容器并联在发电机两端，则电容器可能被击穿,1,2,3,4,图7,1,2,3,4,A.4 A B.3 A C.5 A,2.(有效值的计算)如图8所示是一交变电流随时间变化的图象，则此交变电流的有效值为,1,2,3,4,图8,解析 设该交变电流的有效值为I，让该交变电流和直流分别通过同一电阻(阻值为R)，在一个周期(T0.2 s)内，该交变电流产生的热量： 在一个周期内直流通过该电阻产生的热量QI2RT， 由QQ，代入数据，解得I5 A，故选C.,3.(有效值的计算)(2018咸阳市高二下学期期末)如图9所示，甲图为正弦式交变电流，乙图正值部分按正弦规律变化，负值部分电流恒定，丙图为方波式交变电流，三个图中的I0和周期T相同.三种交变电流的有效值之比为,1,2,3,4,图9,对题图丙有效值为I3I0；,1,2,3,4,4.(有效值的应用)一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图10甲所示.已知发电机线圈内阻为5 ，外接一只电阻为95 的灯泡，如图乙所示，则,1,2,3,4,图10,A.电压表 的示数为220 V B.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484 W D.发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2 J,由题图甲知T0.02 s，一个周期内电流方向变化两次，可知1 s内电流方向变化100次，B错误；,1,2,3,4,课时对点练,一、选择题 考点一 对描述交变电流物理量的理解 1.下列选项中提到的交变电流，不是指有效值的是 A.交流电压表的读数 B.保险丝熔断电流 C.电容器击穿电压 D.220 V交流电压,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,解析 电容器击穿电压指电容器两端允许加的电压的最大值.,15,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,2.(多选)(2018大龙潭中学高二下期末)有一交变电流如图1所示，则由此图象可知,13,14,图1,A.它的周期是0.8 s B.它的峰值是4 A C.它的有效值是 D.它的频率是0.8 Hz,它的峰值是4 A，故B正确；,15,A.交变电动势的频率为100 Hz B.线框转动的角速度为100 rad/s C.t0.01 s时线框平面与中性面重合 D.线框产生的交变电动势有效值为311 V,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,3.(多选)(2017盐城市高二期末)在匀强磁场中，一只矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，产生的交变电动势的图象如图2所示.则,13,14,图2,15,t0.01 s时电动势为零，即磁通量变化率为零，此时磁通量最大，故线框平面与中性面重合，C正确；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,A.两次t0时刻线圈平面均与中性面垂直 B.曲线a、b对应的线圈转速之比为23 C.曲线a表示的交变电动势频率为25 Hz D.曲线b表示的交变电动势有效值为10 V,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,4.如图3甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速，绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图象如图乙中曲线a、b所示，则,13,14,图3,15,解析 线圈位于中性面时，磁通量最大，电动势为零，A错误； 转速之比等于周期的反比，故该比值为32，B错误； 频率为周期的倒数，a的周期为0.04 s，频率为25 Hz，C正确；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,考点二 非正弦式交变电流有效值的计算 5.阻值为R的电阻上通以如图4所示的交变电流，则此电流的有效值为,13,14,图4,15,A.220 V B.156 V C.110 V D.78 V,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,6.如图5甲所示，调光台灯是通过双向可控硅电子器件来实现无级调节灯的亮度的.现将某无级调光台灯接在220 V的正弦式交变电流上，经过可控硅调节后加在灯管两端的电压如图乙所示(图中曲线为正弦曲线的一部分)，则此时电压表的示数约为,13,14,图5,15,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,7.如图6所示是某种交变电流随时间变化的图线，i0部分的图线是一个正弦曲线的正半周，i0部分的图线是另一个正弦曲线的负半周，则这种交变电流的有效值为,13,14,图6,15,8.(2018张家口市高二下期末)如图7甲、乙、丙所示是三个具有相同I0和周期T的交变电流，分别通过三个相同的电阻，下列说法中正确的是,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,图7,A.在相同时间内三个电阻发热量相等 B.在相同时间内，甲是丙发热量的2倍 C.在相同时间内，甲是乙发热量的 D.在相同时间内，乙发热量最大，甲次之，丙的发热量最小,15,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,考点三 正弦式交变电流有效值的理解和应用 9.在图8所示电路中，A是熔断电流为I02 A的保险丝，电阻可不计，R是可变电阻， 是交流电源.交流电源的内电阻不计，其电动势随时间变化的规律是 .为了不使保险丝熔断，可变电阻的阻值应该大于,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,图8,15,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,10.一个小型电热器若接在输出电压为10 V的直流电源上，消耗电功率为P；若 把它接在某个正弦交流电源上，其消耗的电功率为 .如果电热器电阻不变，则 此交流电源输出电压的最大值为,13,14,15,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,11.电阻R1、R2与交流电源按照图9甲所示的方式连接，R110 ，R220 .合上开关S后，通过电阻R2的正弦式交变电流i随时间t变化的情况如图乙所示，则,13,14,图9,15,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,12.(多选)如图10所示，A、B两输电线间的电压是 ，输电线电阻不计，把电阻R50 的纯电阻用电器接在A、B两输电线上，下列说法正确的是,13,14,图10,A.理想电流表示数为4 A B.理想电压表示数为200 V C.通过R的电流方向每秒钟改变50次 D.用电器消耗的电功率为1.6 kW,15,13,14,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,一个周期内电流方向改变两次，而f50 Hz，则1 s内通过R的电流方向改变100次，C错误； 用电器消耗的电功率PIU4200 W800 W，D错误.,15,A.开关接通时，交流电压表的读数为220 V B.开关接通时，交流电压表的读数为311 V,13.(多选)如图11甲所示为电热毯电路示意图，交流电压u311sin 100t (V)，当开关S接通时，电热丝的电功率为P0；当开关S断开时，加在电热丝上的电压如图乙所示，则,图11,13,14,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,15,13,14,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,15,13,14,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,二、非选择题 14.(2018丹徒高级中学高二上学期期中)如图12所示，线圈abcd的面积是0.05 m2，共100匝，线圈电阻为1 ，外接 电阻R9 ，匀强磁场的磁感应强度 当线圈以 300 r/min的转速绕垂直于磁场方向的轴匀速旋转时.问：,图12,(1)线圈中感应电动势的最大值是多少？,答案 50 V,解析 n300 r/min5 r/s，则转动的角速度2n10 rad/s.,15,13,14,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,(2)若从线圈处于中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式；,答案 e50sin 10t V,解析