高中物理第2章交变电流与发电机2.2怎样描述交变电流讲义沪科版选修

2.2怎样描述交变电流第2章

交变电流与发电机[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，知道有效值是与热效应有关的量.3.掌握正弦式交变电流有效值与最大值的关系，会进行有效值的计算.4.掌握交变电流的变化规律及两种表示方法.内容索引知识探究新知探究点点落实达标检测当堂检测巩固反馈知识探究如图1所示，这个交变电流的周期是多少？频率是多少？一、周期和频率答案图1答案周期T＝0.02s；频率f＝50Hz.[要点总结]1.周期(T)：交变电流完成

所需的时间，用T表示，单位是秒.2.频率(f)：交变电流在

内完成

的次数，用f表示，单位是赫兹，符号是

.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.5.我国电网中交变电流的周期是

s，频率是

Hz.一次周期性变化1s周期性变化Hz0.0250典型例题例1

(多选)矩形金属线圈共10匝，绕垂直于磁场方向的转动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2所示.下列说法中正确的是A.此交变电流的频率为0.2HzB.1s内电流方向变化10次C.t＝0.1s时，线圈平面与磁场方向平行D.1s内线圈转5圈答案√解析图2√在t＝0.1s时，e＝0，所以线圈平面与磁场方向垂直，故C错.二、最大值和有效值答案1.图3是通过一个R＝1Ω的电阻的电流i随时间t变化的图像.这个电流不是恒定电流.图3(1)试计算1s内电阻R中产生的热量.答案(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？答案2.某交流电压瞬时值表达式u＝6sin(100πt)V，把标有“6V,2W”的小灯泡接在此电源上会不会被烧坏？把标有6V的电容器接在此电源上会不会被击穿？[要点总结]1.最大值：交变电流在一个周期内所能达到的

数值.它是所有瞬时值中的

值.(1)当线圈平面跟磁感线平行时，感应电动势最大，Em＝

(转轴垂直于磁感线).(2)电容器接在交流电路中，交流电压的最大值不能超过电容器的

值.2.有效值：让交变电流与恒定电流分别通过

的电阻，如果在交变电流的

内它们产生的

相等，我们就把这个恒定电流的电流值I、电压值U，叫做这个交变电流的有效值.计算时要注意三同：“相同

”上、“相同时间”内、产生“相同

”.最大最大nBSω耐压大小相同相同时间热量电阻热量3.正弦式交变电流的有效值I、U与最大值Imax、Umax的关系：I＝_____、U＝______.注意：非正弦式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

.(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均指

值.有效值有效例2通过一阻值R＝100Ω的电阻的交变电流如图4所示，其周期为1s.电阻两端电压的有效值为典型例题答案解析图4√例3如图5所示，矩形线圈面积为S，匝数为N，线圈电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直磁场方向的OO′轴以角速度ω匀速转动，外电路电阻为R.当线圈由图示位置转过90°的过程中，求：(1)通过电阻R的电荷量q；答案解析图5答案解析(2)电阻R上所产生的热量Q.如图6为某交变电流的u－t图像，试指出它的周期、频率、最大值、有效值，并写出其函数表达式.三、用数学方法描述交流电图6答案[要点总结]1.正弦交流电的图像如图7所示，从图像中可直接得到的物理量有：瞬时值、

值和

；通过计算可以得到有效值、频率和角频率.2.正弦交流电的瞬时值表达式电动势：e＝

；电压：u＝

；电流：i＝

.图7最大周期Emaxsin

ωtUmaxsin

ωtImaxsin

ωt例4一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图8所示，由图可知典型例题A.该交流电的电压的有效值为100VB.该交流电的频率为25HzC.该交流电压瞬时值的表达式为u＝100sin25tVD.并联在该电压两端的电压表示数随时间周期性变化图8答案√解析解析根据题图可知该交变电流电压的最大值为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.达标检测1.(对交变电流物理量的认识)(多选)下列关于交流电的说法中正确的是A.交流电器设备上所标的电压和电流值是交流电的最大值B.用交流电流表和电压表测定的读数值是交流电的瞬时值C.给定的交流数值，在没有特别说明的情况下是指有效值D.跟交变电流有相同有相同的热效应的直流电的数值是交流电的有效值答案1234√√解析对于交变电流，在没有特别说明的情况下指有效值，交流电流表和电压表的读数值是交流电的有效值，交流电器的铭牌上所标的电压和电流值也是有效值，A、B错误，C、D正确.解析2.(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像如图9甲所示.已知发电机线圈内阻为5Ω，外接一只电阻为95Ω的灯泡，如图乙所示，则答案1234A.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√解析图9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错误；12343.(交变电流有效值的计算)如图10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.答案1234解析答案5A图101234解析设该交变电流的有效值为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，该交变电流产生的热量：Q′＝I21Rt1＋I22Rt2在一个周期内直流电通过该电阻产生的热量Q＝I2RT由Q＝Q′，代入数据，解得I＝5A.12344.(最大值、有效值、瞬时值、平均值的区别和应用)交流发电机线圈电阻r＝1Ω，用电器电阻R＝9Ω，闭合开关后电压表示数