物理人教版选修3-2课堂探究第五章第二节描述交变电流的物理量

课堂探究探究一有效值的理解与计算·问题导引·现在的调光台灯、调速电风扇是用可控硅电子元件来实现的。如图所示为经过一个双向可控硅调节后加在电灯上的电压，请思考：(1)如图所示的交变电流是正弦式交变电流吗？(2)如何求得该交变电流电压的有效值？提示：(1)不是正弦式交变电流。(2)根据电流的热效应即可求得有效值。·名师精讲·1．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．有效值的两种计算方法(1)若按正(余)弦规律变化的电流，可利用交变电流的有效值与峰值间的关系求解，即E＝，U＝，I＝。(2)当电流是非正弦交变电流时，必须根据有效值的定义求解。3．几种典型交变电流的有效值电流名称电流图象有效值正弦式交变电流I＝正弦半波电流I＝正弦单向脉动电流I＝矩形脉动电流I＝Im非对称性交变电流I＝【例题1】如图所示表示一交变电流随时间变化的图象，此交变电流的有效值是()A．5A B．2.5A A D．3.5A解析：根据交变电流有效值的定义易知，让题图中的交变电流和一恒定电流通过同一个电阻，如果在相同时间内电阻产生的热量相同，则此时恒定电流就等于此交变电流的有效值。设此交变电流的有效值为I，则在任意一个周期内有I2RT＝，I2＝(2A)2×＋(A)2×，解得I＝2.5A。答案：B题后反思(1)首先要分析交变电流的变化规律，在一个交变电流中可能存在几种形式的电流。(2)交变电流中存在几种形式的电流，可在一个周期内分段求出产生的热量，求其和。(3)正弦式电流的最大值和有效值的关系是：I＝，U＝，非正弦式电流不符合此关系。(4)由不同恒定电流分段构成的交变电流的有效值不是算术平均值，而是分段用焦耳定律求解。探究二瞬时值、最大值、有效值、平均值有何区别与联系·问题导引·如图甲为一电容器，乙图为保险丝管，请思考：(1)将电容器接在交流电路上，要保证电容器正常工作，需要考虑交变电流哪一个值？(2)若保证保险丝管正常使用，应考虑交变电流哪一个值？提示：(1)最大值。(2)有效值。·名师精讲·瞬时值、最大值、有效值、平均值之间的区别和联系物理含义重要关系适用情况瞬时值交变电流某一时刻的值e＝Emsinωti＝Imsinωt计算线圈某一时刻的受力情况最大值最大的瞬时值Em＝NBSωIm＝确定用电器的耐压值有效值跟交变电流的热效应等效的恒定电流值E＝U＝I＝(正弦式交变电流)(1)计算与电流热效应相关的量(如功率、热量)(2)交流电表的测量值(3)电气设备标注的额定电压、额定电流(4)保险丝的熔断电流平均值交变电流图象中图线与时间轴所夹面积与时间的比值计算通过电路截面的电荷量【例题2】如图所示，一个边长L＝10cm、匝数N＝100的正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，磁感应强度B＝0.50T，角速度ω＝10πrad/s，外电路电阻R＝4.0Ω，线圈内阻r＝1.0Ω。(1)写出线圈由图中所示位置开始计时时，感应电动势的瞬时值表达式。(2)求交流电压表的示数。(3)线圈转一圈外力做多少功？(4)从图示位置转过90°的过程中流过电阻R的电荷量是多大？解析：(1)感应电动势的最大值为Em＝NBL2ω＝100××2×10×3.14V＝15.7V。图示位置(t＝0时)感应电动势最大，所以感应电动势的瞬时值表达式为e＝Emcosωt＝15.7cos(10πt)V。(2)电压表示数为电阻两端电压的有效值，即U＝V＝8.9V。(3)电动势的有效值E＝。线圈匀速转动的周期T＝。线圈匀速转动一圈，外力做功大小等于电功的大小，即W＝T。代入数据联立解得W＝4.9J。(4)从t＝0起转过90°过程中，Δt内流过R的电荷量q＝Δt＝。代入数据得q＝0.1C。答案：(1)e＝15.7cos(10πt)V(2)8.9V(3)4.9J(4)0.1