3.2交变电流的描述导学案高二下学期物理人教版选择性

物理选必二第一章安培力与洛伦兹力自学探究学案学习内容：3.2交变电流的描述主备:闲云时间：1月6日班级姓名教学目标科学素养物理观念：1.知道交变电流的周期、频率的含义，以及与线圈转动的角速度的关系．2．理解交变电流的有效值的定义及意义．并会计算某些交变电流的有效值。3.能区分交变电流的峰值、瞬时值、有效值和平均值的物理意义，知道上述“四值”的应用范围。科学思维：培养学生运用等效代替的思维方法计算某些交变电流的有效值。科学探究:引导学生探究非正弦交流电的。科学态度与价值观：引导学生联系交流电在实际生活中的广泛应用，激发学生学习的积极性。自主学习（认真阅读课本，独立思考，相信你一定行﹗）一．周期和频率（1）周期：交变电流完成 变化所需的时间。用___表示，单位是____．（2）频率：交变电流在1s内完成周期性变化的 ，用 表示，单位是 .（3）周期和频率的关系：T＝________或f＝________.（4）正弦式电流的周期和频率的决定因素是发电机转子转动的角速度ω．二者与ω的关系分别是T＝_______________，f＝__________________二.峰值（1）定义：交变电流在一个周期内所能达到的称峰值，用符号Um、Im表示．（2）最大值所处位置：当线圈平面与磁感线时，交流电动势或电流处于最大值．（3）大小：Em＝，Im＝______________，Um＝．说明：把电容器接入交流电路时，要知道电压的值，若峰值____于电容器承受的电压，电容器可能被击穿．电容器上的标称电压值是电容器两极间所允许电压的最大值．三．有效值（1）思考与讨论如图所示电流I通过一个R=1Ω的电阻。它不是恒定电流。怎样计算通电1s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1s内产生同样的热量，这个电流是多大？（2）有效值：让交流与恒定电流分别通过______的电阻，如果它们在______的时间内（交流的一个周期内）产生的________相等，则这个恒定电流I（恒定电压U）就是这个交流的__________．(3)正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系U=________UmI=________强调：1．任何电流都有有效值，但上述关系只限于________________，对其他形式的交变电流并不适用。需按定义计算。2．交流用电器的额定电压和额定电流指的是________________。3．交流电流表和交流电压表的读数是有效值。4．在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的________________。5.叙述中没有特别加以说明的交流的值为值．四．平均值：（1）思考与讨论如图所示电流I通过一个R=1Ω的电阻。它不是恒定电流。怎样计算通电00.5s内通过电阻R的电量？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0.5s内通过同样的电量，这个电流是多大？（2）平均值：①定义：让交流与恒定电流分别通过______的电阻，如果它们在______的时间内（交流的一个周期内）通过的________相等，则这个恒定电流I（恒定电压U）就是这个交流的__________．（交变电流图象中波形与横轴所围面积跟时间的比值.）②表达式：eq\x\to(I)＝q∆t(3)平均电流与平均电动势的关系:I=ER+req\x\to(E)＝neq\f(ΔΦ,Δt)强调：1．平均电流是为了计算电量方便而定义的。求通过用电器的电量用平均值，不能用有效值。q＝eq\x\to(I)Δt2．求热量只能用电流的有效值而不能用电流的平均值3.交流用电器的额定电压和额定电流指的是_________，而不是_________。4．交流电流表和交流电压表的读数是_________，而不是_________。五.最大值、有效值和平均值的应用求电功、电热、平均电功率以及确定保险丝的熔断电流等物理量时,要用有效值值计算求一段时间内通过导体横截面的电量时要用平均值在考虑电容器的耐压值时,则应根据交流电的最大值六．正弦式交变电流的公式和图像（瞬时值）为精确、详细描述交变电流随时间的变化情况，可以采用公式和图像两种方式，并且两种方式可以相互转化。（1）．正弦式交变电流的图像：（2）．正弦式交变电流的瞬时电压u=七、交流电四值的比较和应用物理量物理含义重要关系适用情况及说明瞬时值交变电流某一时刻的值e＝Emsinωti＝Imsinωt计算线圈某时刻的受力情况有效值跟交变电流的热效应等效的恒定电流值对正(余)弦交变电流有：E＝Em/eq\r(2)U＝Um/eq\r(2)I＝Im/eq\r(2)(1)计算与电流的热效应有关的量(如功、功率、热量等)(2)电器设备“铭牌”上所标的一般是有效值(3)保险丝的熔断电流值为有效值平均值交变电流图象中图线与时间轴所围的面积与时间的比值eq\x\to(E)＝Bleq\x\to(v)eq\x\to(E)＝neq\f(ΔΦ,Δt)eq\x\to(I)＝eq\f(\x\to(E),R＋r)计算通过电路截面的电荷量峰值最大的瞬时值Em＝nBSωIm＝E讨论电容器的击穿电压八．拓展学习：电感器和电容器对交变电流的作用（1）．电阻对直流和交流的阻碍作用。①实验现象：____________________________________________________________②得出结论：____________________________________________________________。③相关公式：R=_______________（2）．电感对直流和交流的阻碍作用。①实验现象：____________________________________________________________得出结论：____________________________________________________________。感抗：线圈对交变电流的____________叫感抗。用XL线圈的电感L________，交流电的频率f________，线圈的感抗XL就________。XL=高频扼流圈：_________________________________________________________低频扼流圈：_________________________________________________________（3）．电容对直流和交流的阻碍作用。实验现象：_________________________________________________________得出结论：_________________________________________________________容抗：电容器对交变电流的____________叫容抗。用XC电容器的电容______，交流电的频率f______，电容器的容抗XC就_______XC=12πfC。说明电容器通典题精讲例1．如图所示为一交流发电机的原理示意图，其中矩形线圈abcd的边长，，匝数为n，线圈的总电阻为r，线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场的匀速转动，角速度为，线圈两端通过电刷e、f与阻值为R的定值电阻连接，从线圈经过中性面开始计时，则A．线圈中感应电动势的最大值为B．线圈值感应电动势随时间变化的函数表达式为C．经过14周期时间通过电阻R的电荷量为D．此发动机在上述工作状态下的输出功率为例2．某一交流电的电压波形如图所示，求这一交流电的电压有效值U.例3．某一交流电的电压波形如图所示，求这一交流电的电压有效值U.强化练习A组1．下列关于交流电的几种说法中，正确的是（）A．交流电气设备上所标的电压、电流值是峰值 B．交流电流表和交流电压表测得的值是瞬时值C．我国民用交电流的照明电压为220V是有效值 D．交电流的有效值即为一个周期内的平均值2.如图是一个正弦式电流的波形图。根据图像求出它的周期________,频率_________,电流的峰值___________,有效值_______,电流的表达式i=__________________.3．如图所示是一交变电流的图象，则该交变电流的有效值为（）A．3A B． C． D．4.发电机的示意图如图甲所示，边长为L的正方形金属框，在磁感应强度为B的匀强磁场中以恒定角速度绕轴转动，阻值为R的电阻两端的电压如图乙所示。其他电阻不计，图乙中的为已知量。则金属框转动一周，下列说法错误的是（）A．框内电流变化 B．电动势的最大值为C．流过电阻的电荷量 D．电阻产生的焦耳热5.如图所示电压的交变电流的u-t有效值为多少？6.如图所示为一交变电流的it图像,则此交变电流的有效值为()7．如图，矩形线圈面积为S，匝数为N，线圈电阻为r，在磁感强度为B的匀强磁场中绕轴以角速度ω匀速转动，外电路电阻为R。求：（1）写出线圈在转动中产生的电动势的最大值表达式；（2）如果线圈从图示位置开始计时，写出电动势的瞬时表达式；（3）请写出线圈中的电流瞬时表达式，电流的最大值为多少？（4）在线圈转过30°的过程中，线圈中感应电动势的平均值多大？当线圈由图示位置转过90°的过程中，通过电阻R的电荷量8．如图所示是一交流发电机的原理示意图，在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一匝数为N，面积为S的矩形线圈，以角速度c绕OO′轴做匀速转动，这个线圈产生的交流电动势的最大值是________，有效值是________，线圈从图中位置转过90°的过程中，电动势的平均值是________．9.在探究“电容器、电感器对交流电的阻碍作用”实验中，如图C为电容器，L为带铁芯的电感器，甲、乙、丙为完全相同的小灯泡。当电源为直流电源时，闭合开关S，稳定后能观察到甲、乙两灯的亮度几乎相同，而丙灯_________(选填“最亮”“不亮”或“与甲、乙一样亮”)。（2）当电源为交流电源时，闭合开关S，电路稳定后能观察到最亮的灯是_________。（3）若仅提高交流电源的频率，可观察到乙灯亮度_____________，丙灯亮度________。(均选填“变亮”“变暗”或“不变”)B组10．如图所示，图甲和图乙分别表示正弦脉冲波和方波的交变电流与时间的变化关系图像，若使这两种电流分别通过两个完全相同的电阻，则经过1min的时间，两电阻消耗的电功之比W甲∶W乙为()11．家用调光台灯常用可控制硅实现调光，一日常照明台灯用正弦交变电流通过可控制硅后，起电压随时间变化的图象如图所示，则该电压的有效值为______。12.有两个完全相同的定值电阻，其中一个通有如图所示的交变电流(图中曲线为余弦曲线的一部分)，另一个通有大小为eq\f(\r(17),2)A的恒定电流，实验发现，在2s时间内这两个电阻产生的热量相等，则图中a的数值为（）A.eq\f(3\r(2),2)B.3C.3eq\r(2)D.213．如图所示的菱形单匝线圈abcd,电阻为r,∠bad=60°．线圈与阻值为R的电阻连接,电流表A为理想电表,不计其余电阻．线圈的ac两点恰好在匀强磁场的左边界线上,磁场的磁感应强度为B,让线圈以角速度ω绕轴O0′匀速转动,则电流表的示数为A． B． C． D．14．正弦交流电通过一特殊元件后，仅剩下每个周期的第一个四分之一周期，如图所示，则此交流电的有效值为（）A． B．C． D．15．海浪机械能是未来可使用的绿色能源之一，利用海浪发电可加速地球上碳中和的实现．某科技小组设计的海浪发电装置的俯视图如图所示，圆柱体磁芯和外壳之间有辐射状磁场，它们可随着海浪上下浮动，磁芯和外壳之间的间隙中有固定的环形导电线圈，线圈的半径为L，电阻为r，所在处磁场的磁感应强度大小始终为B，磁芯和外壳随海浪上下浮动的速度为v，v随时间t的变化关系为，其中的T为海浪上下浮动的周期．现使线圈与阻值为R的电阻形成回路，则该发电装置在一个周期内产生的电能为A． B．C． D．16．两位同学利用图所示装置做实验，第一位同学使金属棒ab在导轨上做匀速运动，第二位同学使金属棒ab在导轨上做变速运动（导轨处于匀强磁场中），但两位同学对ab棒做的功一样多，若第一位同学做实验时小灯泡消耗的电能为E1，第二位同学做实验时小灯泡消耗的电能为E2，则（）A．E1=E2 B．E1>E2C．E1<E2 D．无法确定17.如图所示,交流电流表A1、A2和A3分别与电阻R、线圈L和电容器C串联后接在同一交流电源上。交流电压的瞬时值为u1=Umsinω1t,三个电流表的读数分别为I1、