新教材人教版高中物理选择性必修第二册 3.2交变电流的描述 教学讲义

1、精品文档 精心整理精品文档 可编辑的精品文档第三章交变电流第2节交变电流的描述【素养目标】知道交变电流周期与频率的含义,以及它们相互间的关系,知道我国生产和生活用电的周期(频率)的大小。知道交变电流峰值和有效值的意义,能利用有效值的定义计算某些交变电流的有效值,会应用正弦式交变电流有效值公式进行相关计算。【必备知识】知识点一、周期和频率(1)周期: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:交变电流在1 s内完成周期性变化的次数,用f表示,单位是赫兹,符号Hz。(3)二者关系：T=1f或f=1T知识点二、峰值和有效值(1)峰值定义:交变电流的电压、电流所能达到的最大值

2、。应用:电容器所能承受的电压要高于交流电压的峰值。(2)有效值定义:让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的电阻,如果在交变电流的一个周期内它们产生的热量相同,那么这个恒定电流的电流、电压,叫作这个交变电流的有效值。应用a.交流用电设备上所标的额定电压和额定电流(额定值)。b.交流电压表测量的数值(测量值)。c.无特别说明时提到的交变电流的数值(通常值)。(3)关系:对于正弦式交变电流,有效值I、U与峰值Im、Um之间的关系:交变电流的“四值”点睛对有效值的理解与计算(1)对有效值的理解交变电流的有效值是根据电流的热效应定义的,理解有效值重点在“等效”,“效果”相同在定义中体现为相同电阻、相同时

3、间,产生相同热量,交变电流与多大的直流电“效果”相同,有效值就是多大。(2)有效值的计算对于正弦式交变电流,可先根据Em=nBS求出最大值,然后根据E=Em2 求出其有效值。对于非正弦式交变电流,必须根据有效值的定义求解。即 例如,某一交变电流的电压波形如图所示,求这一交变电流电压的有效值。几种常见电流的有效值知识点三、电感器和电容器对交变电流的作用感抗：由于电感器（线圈）与交变电流之间的电磁感应作用所引起对交变电流的阻碍作用。感抗的影响因素：线圈的自感系数越大，交流的频率越高，线圈的感抗就越大。扼流圈利用了电感器对交流的阻碍作用。低频扼流圈（自感系数大）：通直流，阻交流。高频扼流圈（自感系数

4、小）：通直流，通低频，阻高频。容抗：电容器对交流阻碍作用的大小。容抗的影响因素：电容器的电容越大，交流的频率越高，电容器对交流的阻碍作用就越小，即容抗越小。电容器在电路中的作用：通交流、隔直流，通高频、阻低频。交变电流能够“通过”电容器的本质：由于交变电流的方向不断变化，电容器在充电、放电过程中，电路中就有了电流，变现为交变电流“通过”了电容器。实际上自由电荷并没有通过两极板间的绝缘介质。【课堂检测】1.在如图所示的电路中，L1、L2是两个相同的小灯泡，A、B处的虚线框内各接有一个电学元件a、b两端分别与直流电源和交流电源相连接，且直流电源的电压与交流电源电压的有效值相等观察两种情况下灯泡的亮

5、度当接直流电源时，L1不发光，L2正常发光；当接交流电源时，L1发光，L2明显变暗则下列说法正确的是 ( ) A.A中接的是电阻，B中接的是电容器B.A中接的是电感线圈，B中接的是电阻C.A中接的是电感线圈，B中接的是电容器D.A中接的是电容器，B中接的是电感线圈【答案】 D 【解析】当a、b端加直流电压时，L1灯不发光，L2灯正常发光；当加同样电压的交流电源时，L1灯发光，L2灯发光较暗知线框A中为电容器，因为电容隔直通交，线框B中是电感线圈，因为电感线圈对交流电有阻碍作用，对直流电无阻碍作用，D符合题意，ABC不符合题意。 故答案为：D【分析】电感的特性值通直流阻交流，电流的频率越大，电感

6、的阻抗就越大，电容的特性是通交流阻直流，电流的频率越小，电容的阻抗就越大，结合电路中电流的变化分析即可。2.利用图示装置研究自感现象，L为自感系数较大的线圈，两导轨相互平行，处于匀强磁场中，导体棒ab以速度v0沿导轨匀速运动时，灯泡的电功率为P1；棒ab沿导轨加速运动至速度为v0时，灯泡的电功率为P2。则（ ） A.P1 =P2B.P1P2C.P1P2D.无法比较P1和P2的大小【答案】 B 【解析】ab以速度v0沿导轨匀速运动时，电路中的电流不变，电流产生的磁场不变，所以穿过线圈的磁通量不变，没有自感电动势产生， 棒ab沿导轨加速运动时，电路中的电流变大，电流产生的磁场变大，所以穿过线圈的磁

7、通量变大，有自感电动势产生，比较两种情况可知，ab以速度v0沿导轨匀速运动时，电路中的电流更大，由公式 P=I2R 可得：P1P2。故答案为：B【分析】利用电感对电流的阻碍作用可以比较对应功率的大小。【素养作业】1.一个电热器接在10V直流电源上消耗的电功率是P，当把它接到一个正弦交流电压上时消耗的电功率为 P8 ，则该交流电压的最大值为（ ） A.5VB.7.1VC.10VD.12V【答案】 A 【解析】由题意可知，当 U=10V 时，则电热器的电阻为 R=U2P=100P 即 PR=100V2当接到交流电时，设交流电的电压有效值为 U ，则 P8=U2RU=PR8=522V则其最大值为 U

8、m=2U=5VA符合题意，BCD不符合题意。故答案为：A。【分析】对于直流电来说，利用欧姆定律求解电流的最大值，再根据两个电流产生的热量关系求解交流电的有效值。2.如图所示，A、B是两个完全相同的灯泡，L是自感系数较大的线圈，其直流电阻忽略不计，电源是不计内阻的理想电源。当电键K闭合时，下列说法正确的是（ ） A.A比B先亮，然后A熄灭B.B比A先亮，然后A熄灭C.A，B一起亮，然后A熄灭D.A逐渐变亮，B立即亮；最终A比B亮【答案】 D 【解析】由题意可知，当闭合电键时，电路中的电流瞬间增大，线圈自感系数较大，所以会产生较大的自感电动势，根据楞次定律可知，自感电动势的方向应该阻碍线圈磁通量的

9、增加，所以A不会立即亮，而是逐渐变亮，B立即亮。当电路中稳定以后，线圈的磁通量就不变了，又由于线圈的直流电阻忽略不计，所以A的支路电阻比B的支路电阻小，所以流过A的电流比流过B的电流大，即最终A比B亮，D符合题意，ABC不符合题意。 故答案为：D。【分析】当开关闭合后，流过电感的电流会变大，此时电感会阻碍电流的增大，故闭合开关后，电小灯泡会逐渐变亮。3.一正弦交变电流的电压随时间变化的规律如图所示由图可知该交变电流（ ） A.周期为0.125sB.电压的有效值为10 VC.电压的最大值为20 VD.电压瞬时值的表达式为u=20sin4t（V）【答案】 C 【解析】由图像可知，交流电的周期为0.

10、 25s ，A不符合题意；电压的最大值为20 V，电压的有效值为 202V=102V ，C符合题意，B不符合题意； =2T=8rad/s ，则电压瞬时值的表达式为u=20sin8t（V），D不符合题意. 故答案为：C【分析】通过交流电压的图像读出交流电的周期和最大值，利用周期求出交流电频率。4.电感和电容对交流电的阻碍作用的大小不但跟电感、电容本身有关，还跟交流电的频率有关，下列说法中正确的是( ) A.电感是通直流、阻交流，通高频、阻低频B.电容是通直流、阻交流，通高频、阻低频C.电感是通直流、阻交流，通低频、阻高频D.电容是通交流、隔直流，通低频、阻高频【答案】 C 【解析】AC、电感的特

11、性：通直流，阻交流。通低频，阻高频。A不符合题意，C符合题意； BD、电容器的特性：通交流，隔直流，通高频，阻低频。BD不符合题意。故答案为：C。【分析】电感的特性值通直流阻交流，电流的频率越大，电感的阻抗就越大，电容的特性是通交流阻直流，电流的频率越小，电容的阻抗就越大。 5.某小型发电机产生的交变电动势e50sin100t（V）下列表述正确的是（ ） A.电动势有效值 502VB.电动势最大值50VC.交流电频率100 HzD.交流电周期0.01 s【答案】 B 【解析】电动势最大值50V，B符合题意；电动势有效值 502V=252V ，A不符合题意；交流电频率 f=2=50Hz ，C不符

12、合题意；交流电周期 T=1f=0.02s ，D不符合题意. 故答案为：B【分析】通过交流电压的表达式读出电压的最大值和角速度，计算出电压的有效值和频率。6.如图所示，A、B两输电线间的电压是 U=2002sin100t(V)， 输电线电阻不计，把电阻R=50的用电器接在A、B两输电线上，对此，下列说法正确的是（ ） A.电流表示数为8AB.电压表示数为200VC.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1.6kW【答案】 B 【解析】A、根据 u=2002sin100t（V） ，可知，交流电压的有效值 U=UM2=20022V=200V ，则电压表的示数为 qB5v2=mv22

13、R5 ，电流 I=UR=20050A=4A ，所以电流表的示数为 4A ，A不符合题意，B符合题意； C、周期 T=2=2100s=0.02s ，一个周期内电流方向改变两次，则通过 R 的电流方向每秒钟改变100次，C不符合题意；D、根据 P=U2R 得： P=200250W=800W ，D不符合题意。故答案为：B【分析】通过交流电压的表达式读出电压的最大值和角速度，计算出电压的有效值和频率，利用欧姆定律求解电流和功率即可。7.一个匝数为 100 匝，电阻为 1 的闭合线圈处于某一磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，从某时刻起穿过线圈的磁通量按图示规律变化。则线圈中产生交变电流的有效值为 ( ) A.2 AB.2 5 AC.4 AD.5 A【答案】 D 【解析】01s内的磁通量变化率为：K1=0.01/1Wb/s=0.01Wb/s， 则感应电动势 E1=nt =1V，11.2s内的磁通量变化率为：K2=0.01/0.2Wb/s=0.05Wb/s，则感应电动势 E2=nt =5V对一个定值电阻，在一个周期内产生的热量：Q=Q1+Q2= E12Rt1+E22Rt2=1211+5210.2 =6J，根据有交流电有效值的定义：Q=I2RT=I211.2联立解得：I= 5 A，ABC不符合题意，D符合题意；故答案为：D【分析】电流的有效值是根据电流的热效