高中物理选修3-2第五章2描述交变电流的物理量-----学生版

1、 2描述交变电流的物理量-学生版学科素养与目标要求 TOC o 1-5 h z 物理观念：1.建立描述交变电流的物理量 一一周期、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.一、周期和频率.周期(T)交变电流完成一次周期性变化所需的时间.频率(f)交变电流在1s内完成周期性变化的次数 1,、一 1.周期和频率的关系：T=：或f=, 二、峰值和有效值.峰值：交变电流的电压、电流能达到的最大值一 .有效值：让交流与恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果

2、在交流的一个周期内它们产牛 的热量相等,而这个恒定电流是I、电压是U,我们就把I、U叫做这个交流的有效值.正弦式交变电流有效值与峰值之间的关系E=E= 0.707Em U = Um=0.707Um I =m=0707Im三、相位和相位差1.定义：正弦式交变电流表达式u= Umsin (co 计昉中“m +叫做交变电流的相位.两支交变 TOC o 1-5 h z 电流的相位之差叫做它们的相位差.2.正弦式交流电 ui=Umsin (3计 归和u2=Umsin (3计 忖的相位差是仁一尊.1.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

3、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.()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 .、周期和频率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？图2 .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.频率：1 s内完成周期性变化的次数.周期和频率的关系：f=；如图2为我国照明电路的et图象，则交流

4、电的周期 T= 0.02 s, 频率 f= 50 Hz.3或转速n有关.蚁n）越大，周期越短,.说明：交变电流的周期和频率跟发电机转子的角速度频率越高，其关系为 T=2-5, 3=醇 2 f=2m.3 T1(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 图3 A. 此交变电流的频率为 0.2 Hzs 内电流方向变化10次C.t= 0.1 s时，线圈平面与磁场方向平行D.1 s 内线圈转 5 圈二、峰值和有效值.如图是通过一个 R=1 的电阻的电流i随时间t变化的图象 (1)

5、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？.某交流电压的瞬时值表达式u=6*sin (100 t) V,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？.有效值的计算(1)对于正弦式交变电流，可先根据Em=nBSco求出最大值，然后根据 E=12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 Q=I2RT或Q=4最后代R入数据求解有效

6、值.峰值和有效值的应用 TOC o 1-5 h z (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.通过一阻值R=100 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 图4 #A.12 V B.4 ,10 V C.15 V D.8 , 5 V (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 TOC o 1-5 h z 正确的是 ()A. 图甲、图乙均表示交流

7、电B.图甲所示电压的瞬时值表达式为u=20sin 100 t (V)C. 图甲所示电压的有效值为10 VD.图乙所示电压的有效值为10 V（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的电容器并联到交流电为交流电压表交流电源的输出电压源上如图乙所示，闭合开关.下列判断正确的是（）A.t=2时刻，B.灯泡不能正常发光C.电容器一定被击穿的示数为零D.220 V 不变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r= 1.0 p外接R= 9.0溺电阻.闭合开关S,当发电机转子以某一转速匀速转动时，

8、产生的电动势e=10sin 10 t (V),则()图86图86图7 A.该交变电流白频率为 10 HzB.该电动势的有效值为 10 VC.电路中理想交流电流表的示数为乎AD.若将“10 V 100 /7的电容器并联在发电机两端，则电容器可能被击穿.(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()A.4 A B.3 A C.5 A D.5 2 A.（有效值的计算）（2018咸阳市高二下学期期末）如图9所示，甲图为正弦式交流电， 乙图正值 部分按正弦规律变化，负值部分电流恒定，丙图为方波式交流电，三个图中的Io和周期T相同.三种交流电的有效值之比为 （ ）图9a

9、.V2 ：仙：2b.2 ： V3 ：亚C.V3 :石：2D.盛：2 ： V3.（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 0,外接一只电阻为 95 的灯泡，如图乙所示，则 （）图10 图10 的示数为 220 V电压表电路中的电流方向每秒钟改变50 次灯泡实际消耗的功率为484 WD.发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2 J0 A. 交流电压表的读数C. 电容器击穿电压一、选择题考点一 对描述交变电流物理量的理解. 下列选项中提到的交流电，不是指有效值的是()B.保险丝熔断电流D.220 V 交流电压.（多选）有一交变电流如图

10、1所示，则由此图象可知（）图1A.它的周期是0.8 sB.它的峰值是4 AC.它的有效值是2也AD.它的频率是0.8 Hz.（多选）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（）图2A.交变电动势的频率为100 HzB.线框转动的角速度为100兀rad/sC.t= 0.01 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 V4.如图 3 甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属圈两次分别以不同的转速，绕与磁感垂直 TOC o 1-5 h z 的轴匀速转动，产生的交变电动势图象如图乙中曲a、 b 所示，则 ()图3A.两次t= 0时刻

11、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2 : 3C. 曲 a 表示的交变电动势频率为 25 HzD.曲线b表示的交变电动势有效值为10 V 考点二非正弦式交流电有效值的计算.阻值为R的电阻上通以如图4所示的交变电流，则此交流电的有效值为（）图4A.1 A B.2 A C.3 A D. 2 A.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是 （）图5A.220 V B.156 V C.110 V D.78 V

12、.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（）图6 图6 A.Io B. ,2Io C. ,3Io D. ,6Io.（2018张家口市高二下期末）如图7甲、乙、丙所示的是三个具有相同I。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（）图7A.在相同时间内三个电阻发热量相等.在相同时间内，甲是丙发热量的2倍1c.在相同时间内，甲是乙发热量的 2D.在相同时间内，乙发热量最大，甲次之，丙的发热量最小考点三正弦式交流电有效值的理解和应用 .在图8所示电路中，A是熔断电流为I0=2

13、 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e= 22042sin (314t) V.为了不使保险丝熔断，可变电阻的阻值应该大于图8A.1102 B.110 C.220 QD.220V2 .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p.如果电热器电阻不变，则此交流电源输出电压的最大值为()A.5 VB.5 .2 VC.10 VD.10 .2 V.电阻Ri、R2与交流电源按照图 9甲所示的方式连接，Ri=10乌R2=20 合上开关S后, 通过电阻R2的正弦交变电流i随时

14、间t变化的情况如图乙所示，则 （）图9A.通过Ri的电流有效值是1.2 AB.Ri两端的电压有效值是 6 VC.通过R2的电流最大值是乎A5D.R2两端的电压最大值是6亚 V 2512.（多选）如图10所示，A、B两输电线间的电压是u=200j2sin （100 t） V,输电线电阻不计, TOC o 1-5 h z 把电阻R= 50 的纯电阻用电器接在 A、B两输电线上，下列说法正确的是（）图10A.理想电流表示数为 4 AB.理想电压表示数为 200 VC.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 kW13.（多选）如图11甲所示为电热毯电路示意图，交流电压u=31

15、1sin 100 t （V）,当开关S接通时，电热丝的电功率为P。；当开关S断开时，加在电热丝上的电压如图乙所示，则 （）图11A.开关接通时，交流电压表的读数为220 VB.开关接通时，交流电压表的读数为311 VP0C.开关断开时，交流电压表的读数为311 V,电热丝功率为P2 ,、 ， P0D.开关断开时，交流电压表的读数为156 V,电热丝功率为万二、非选择题.(2018镇江市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 m2,1共100匝，线圈电阻为1 Q,外接电阻R= 9 Q,匀强磁场的磁感应强度B=1 T,当线圈以兀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？(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;(3)电路中理想电压表和理想电流表的示数