高中物理人教版1第三章电磁感应交变电流 教师用书2023版第3章第3节交变电流

三、交变电流学习目标知识脉络1．知道交变电流是如何产生的．(难点)2．知道交变电流的变化规律，会用图象及特征物理量描述交变电流．(重点)3．掌握正弦式交变电流的有效值．(重点)4．理解交变电流通过电容器的原因．(难点)交流发电机及交流的变化规律eq\o([先填空])1．构造发电机都由固定不动的定子和能够连续转动的转子等部件构成．2．工作原理使转子在定子中旋转，使得穿过线圈的磁通量发生变化，在线圈中激发出感应电动势，通过接线端引出，接在回路中，便产生了交变电流．3．交变电流和直流大小和方向随时间做周期性变化的电流叫交变电流．简称交流(AC)．只沿一个方向流动的电流叫直流(DC)．4．正弦式电流的变化规律(1)正弦式电流规律：i＝Imsinωt，u＝Umsinωt(2)波形如图3­3­1所示：图3­3­15．描述交变电流的物理量(1)瞬时值：交流电在某一时刻的值．(2)峰值：电动势、电流、电压的最大值．(3)周期和频率：表示交变电流变化的快慢，T＝eq\f(1,f).我国使用的交流频率为50Hz.eq\o([再判断])1．交流发电机可以将机械能转化为电能．(√)2．家用照明电是交变电流．(√)3．只要线圈在磁场中转动，就可以产生交变电流．(×)eq\o([后思考])1．描述交变电流的物理量有哪些？【提示】瞬时值、峰值、周期和频率．2．我国正弦交变电流的周期、频率是多少？【提示】s,50Hz1．正弦式电流电流、电压随时间按正弦函数的规律变化的交变电流．2．描述交变电流的物理量(1)瞬时值：i＝Imsinωt，u＝Umsinωt(2)峰值：电流和电压的最大值，即Im和Um.(3)周期和频率①周期：交流完成一次周期性变化所用的时间叫做交流的周期，用T表示．②频率：交流在1s内发生周期性变化的次数，叫做交流的频率，用f表示．单位是赫兹，符号Hz.周期与频率的关系：T＝eq\f(1,f).角速度与周期、频率的关系：ω＝eq\f(2π,T)＝2πf.3．图象交变电流的变化规律可以用示波器显示出来，正弦式电流的变化规律图象如图3­3­2所示．图3­3­21．如图所示图象中属于交流电的有()【导学号：46852058】【解析】D图表示的电流大小发生了周期性变化，而方向没有变化，A、B、C图中的电流大小、方向发生了周期性变化．【答案】ABC2．一矩形线圈在匀强磁场中以角速度4πrad/s匀速转动，产生的交变电动势的图象如图3­3­3所示，则()图3­3­3A．交变电流的频率是4πHzB．交变电动势的最大值是10VC．当t＝s时，e有最大值D．交变电流的周期是s【解析】由于线圈转动的角速度试题中已给出，所以线圈的转动频率可以由公式直接求出，线圈的频率和交变电流的频率是相同的，ω＝4πrad/s，而ω＝2πf，故f＝2Hz，T＝eq\f(1,f)＝s．由图象可看出：电动势最大值为10V，t＝s时，ωt＝2π，e＝0.【答案】BD3．(多选)一个按正弦规律变化的交变电流的i­t图象如图3­3­4所示．根据图象可以判定()【导学号：46852059】图3­3­4A．交变电流的频率f＝HzB．交变电流的最大值Im＝20AC．交变电流瞬时值表达式i＝20sinAD．在t＝eq\f(T,8)时刻，电流的大小为10eq\r(2)A【解析】从图中可以看出，交变电流的最大值为Im＝20A.交变电流的周期为T＝s，所以f＝eq\f(1,T)＝50Hz.交变电流的瞬时值表达式为i＝Imsinωt＝Imsin(2πft)＝20sin(314t)A.在t＝eq\f(T,8)时，交变电流的瞬时值为i＝Imsineq\f(2π,T)t＝Imsineq\f(π,4)＝10eq\r(2)A，所以答案为B、D.【答案】BD1．正弦式电流的规律e＝Emsinωt中ω指的是线圈转动角速度，与转速n的关系为ω＝2πn.2．交变电流的频率f等于线圈的转速n.3．线圈转动一周，电流方向改变两次．(经过中性面两次)．交流与电容器交流的有效值eq\o([先填空])1．当电容器接到交流电路上，电容器交替进行充电和放电，电路中形成电流．2．电容器的电路特征：电容器能够通交流、隔直流．3．有效值：把交流和直流分别通过相同的电阻，如果在相等的时间内它们产生的热量相等，这个直流电压、电流的数值称为交流电压、电流的有效值．4．正弦式电流的有效值Ue＝eq\f(Um,\r(2))≈，Ie＝eq\f(Im,\r(2))≈.eq\o([再判断])1．电容器在交流电路中对电流有阻碍作用．(√)2．交变电流的有效值是以电流的热效应定义的．(√)3．交流电、直流电都能通过电容器．(×)eq\o([后思考])1．交变电流是怎样通过电容器的？【提示】在交流电路中，电容器交替进行充电和放电，电路中形成电流．2．是不是所有的交变电流的有效值都有eq\r(2)关系？【提示】不是．只有正(余)弦式电流才有U＝eq\f(Um,\r(2))，I＝eq\f(Im,\r(2)).1．在定义有效值时要注意：三同eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(相同电阻,相同时间,产生相同热量))2．公式Ue＝eq\f(Um,\r(2))、Ie＝eq\f(Im,\r(2))仅适用于正弦式电流．3．在计算交变电流通过导体产生的热量和电功率以及确定保险丝的熔断电流时，只能用交变电流的有效值．如电功率的计算式：P＝IU中，U、I均为有效值．4．在交流电路中，电压表、电流表等电工仪表的示数均为交变电流的有效值．在没有具体说明情况下，所给出的交变电流的电压、电流指的都是有效值．5．各种使用交变电流用电器铭牌上标出的额定电压、额定电流均指有效值．4．如图3­3­5所示，是一个按正弦规律变化的交变电流的图象．根据图象可知该交变电流的电流有效值是________A，频率是________Hz.【导学号：46852060】图3­3­5【解析】从图象可知电流的最大值是1A，有效值Ie＝eq\f(Im,\r(2))≈0.707A；周期是s，所以频率f＝eq\f(1,T)＝5Hz.【答案】0.707A5Hz5．如图3­3­6所示为一交流电随时间而变化的图象，其中电流的正值为正弦曲线的正半周，其最大值为Im；电流的负值的强度为Im，则该交流电的有效值为()图3­3­6A．eq\f(Im,\r(2)) B．eq\r(2)ImC．Im D．eq\f(\r(3),2)Im【解析】交变电流一个周期内通过电阻R产生的热量为(eq\f(Im,\r(2)))2R×1×10－2＋Ieq\o\al(2,m)R×1×10－2，直流电流I通过R相同时间产生的热量为I2R×2×10－2.由有效值的定义知：(eq\f(Im,\r(2)))2R×1×10－2＋Ieq\o\al(2,m)R×1×10－2＝I2R×2×10－2，得I＝eq\f(\r(3),2)Im.【答案】D6．目前，我国照明电路的电压瞬时值表达式为u＝311·sin100πtV，则我国照明电路的电压有效值与频率分别为()【导学号：46852061】A．220V,50HzB．311V,50HzC．220V,60HzD．311V,60Hz【解析】由电压表达式知Um＝311V，ω＝100πrad/s，则U＝eq\