高中物理選修3-2第五章2描述交變電流的物理量-----學(xué)生版

1、 2描述交變電流的物理量-學(xué)生版學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求 TOC o 1-5 h z 物理觀念：1.建立描述交變電流的物理量 一一周期、頻率、峰值、有效值、相位的概念.2.熟記正弦式交變電流的有效值和峰值之間的關(guān)系科學(xué)思維：1.根據(jù)電流熱效應(yīng)計(jì)算有效值，體會(huì)等效思維方法的運(yùn)用.2.通過(guò)特殊形式電流的有效值的計(jì)算培養(yǎng)綜合分析能力.一、周期和頻率.周期(T)交變電流完成一次周期性變化所需的時(shí)間.頻率(f)交變電流在1s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù) 1,、一 1.周期和頻率的關(guān)系：T=：或f=, 二、峰值和有效值.峰值：交變電流的電壓、電流能達(dá)到的最大值一 .有效值：讓交流與恒定電流分別通過(guò)大小相同的電阻，如果

2、在交流的一個(gè)周期內(nèi)它們產(chǎn)牛 的熱量相等,而這個(gè)恒定電流是I、電壓是U,我們就把I、U叫做這個(gè)交流的有效值.正弦式交變電流有效值與峰值之間的關(guān)系E=E= 0.707Em U = Um=0.707Um I =m=0707Im三、相位和相位差1.定義：正弦式交變電流表達(dá)式u= Umsin (co 計(jì)昉中“m +叫做交變電流的相位.兩支交變 TOC o 1-5 h z 電流的相位之差叫做它們的相位差.2.正弦式交流電 ui=Umsin (3計(jì) 歸和u2=Umsin (3計(jì) 忖的相位差是仁一尊.1.判斷下列說(shuō)法的正誤.(1)正弦式交變電流的正負(fù)兩部分是對(duì)稱的，所以有效值為零.()(2)交變電流的有效值就

3、是一個(gè)周期內(nèi)的平均值.()(3) 一個(gè)正弦式交變電流的峰值同周期、頻率一樣是不變的，但有效值是隨時(shí)間不斷變化的.()(4)交流電路中，電壓表、電流表的測(cè)量值都是有效值.()2.圖1是一個(gè)正弦式交變電流的圖象，由圖可知，電流的峰值Im= A,有效值I =A,周期T=s,頻率f=Hz,初相位 .、周期和頻率如圖所示的交變電流完成一次周期性變化需要多長(zhǎng)時(shí)間？在1 s 內(nèi)完成多少次周期性變化？圖2 .周期：交變電流完成一次周期性變化所需的時(shí)間.在交變電流的圖象中，一個(gè)完整的正弦波形對(duì)應(yīng)的時(shí)間為一個(gè)周期T.頻率：1 s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù).周期和頻率的關(guān)系：f=；如圖2為我國(guó)照明電路的et圖象，則交流

4、電的周期 T= 0.02 s, 頻率 f= 50 Hz.3或轉(zhuǎn)速n有關(guān).蟻n）越大，周期越短,.說(shuō)明：交變電流的周期和頻率跟發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的角速度頻率越高，其關(guān)系為 T=2-5, 3=醇 2 f=2m.3 T1(多選 )矩形金屬線圈共10 匝， 繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中產(chǎn)生的交流電動(dòng)勢(shì)e 隨時(shí)間 t 變化的情況如圖 3所示 .下列說(shuō)法中正確的是()圖3 圖3 A. 此交變電流的頻率為 0.2 Hzs 內(nèi)電流方向變化10次C.t= 0.1 s時(shí)，線圈平面與磁場(chǎng)方向平行D.1 s 內(nèi)線圈轉(zhuǎn) 5 圈二、峰值和有效值.如圖是通過(guò)一個(gè) R=1 的電阻的電流i隨時(shí)間t變化的圖象 (1)

5、試計(jì)算1 s內(nèi)電阻R中產(chǎn)生的熱量.(2)如果有一個(gè)大小、方向都不變的恒定電流通過(guò)這個(gè)電阻R,也能在1 s內(nèi)產(chǎn)生同樣的熱量,這個(gè)電流是多大？.某交流電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式u=6*sin (100 t) V,把標(biāo)有“ 6 V 2 W”的小燈泡接在此電源上會(huì)不會(huì)被燒壞？把標(biāo)有6 V的電容器接在此電源上會(huì)不會(huì)被擊穿？.有效值的計(jì)算(1)對(duì)于正弦式交變電流，可先根據(jù)Em=nBSco求出最大值，然后根據(jù) E=12求出其有效值.(2)當(dāng)電流是非正弦式交變電流時(shí)，必須根據(jù)有效值的定義求解 .先計(jì)算交變電流在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q,再將熱量Q用相應(yīng)的物理量的有效值表示，即 Q=I2RT或Q=4最后代R入數(shù)據(jù)求解有效

6、值.峰值和有效值的應(yīng)用 TOC o 1-5 h z (1)峰值：電容器所能承受的電壓應(yīng)高于交流電壓的峰值，否則電容器可能被擊穿(2)有效值：電氣設(shè)備銘牌上標(biāo)注的額定電壓、額定電流交流電壓表和交流電流表的數(shù)值.保險(xiǎn)絲的熔斷電流.通過(guò)一阻值R=100 的電阻的交變電流如圖4所示，其周期為1 s.電阻兩端電壓的有效值為(圖4 圖4 #A.12 V B.4 ,10 V C.15 V D.8 , 5 V (多選 )圖 5 甲、 乙分別為兩種電壓的波形，其中圖甲所示的電壓按正弦規(guī)律變化， 圖乙所示的電壓的波形是正弦函數(shù)的一部分.下列說(shuō)法 TOC o 1-5 h z 正確的是 ()A. 圖甲、圖乙均表示交流

7、電B.圖甲所示電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為u=20sin 100 t (V)C. 圖甲所示電壓的有效值為10 VD.圖乙所示電壓的有效值為10 V（2018中山市第一中學(xué)高二第一次段考）如圖6甲所示，標(biāo)有“ 220 V 40 W”的燈泡和標(biāo)有“ 350 V 20的電容器并聯(lián)到交流電為交流電壓表交流電源的輸出電壓源上如圖乙所示，閉合開(kāi)關(guān).下列判斷正確的是（）A.t=2時(shí)刻，B.燈泡不能正常發(fā)光C.電容器一定被擊穿的示數(shù)為零D.220 V 不變1.(對(duì)描述交變電流物理量的理解 )如圖7所示，實(shí)驗(yàn)室一臺(tái)手搖交流發(fā)電機(jī)，內(nèi)阻r= 1.0 p外接R= 9.0溺電阻.閉合開(kāi)關(guān)S,當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子以某一轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，

8、產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)e=10sin 10 t (V),則()圖86圖86圖7 A.該交變電流白頻率為 10 HzB.該電動(dòng)勢(shì)的有效值為 10 VC.電路中理想交流電流表的示數(shù)為乎AD.若將“10 V 100 /7的電容器并聯(lián)在發(fā)電機(jī)兩端，則電容器可能被擊穿.(有效值的計(jì)算)如圖8所示是一交變電流隨時(shí)間變化的圖象，則此交變電流的有效值為()A.4 A B.3 A C.5 A D.5 2 A.（有效值的計(jì)算）（2018咸陽(yáng)市高二下學(xué)期期末）如圖9所示，甲圖為正弦式交流電， 乙圖正值 部分按正弦規(guī)律變化，負(fù)值部分電流恒定，丙圖為方波式交流電，三個(gè)圖中的Io和周期T相同.三種交流電的有效值之比為 （ ）圖9a

9、.V2 ：仙：2b.2 ： V3 ：亞C.V3 :石：2D.盛：2 ： V3.（有效值的應(yīng)用）一臺(tái)小型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的正弦規(guī)律圖象如圖10甲所示.已知發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為5 0,外接一只電阻為 95 的燈泡，如圖乙所示，則 （）圖10 圖10 的示數(shù)為 220 V電壓表電路中的電流方向每秒鐘改變50 次燈泡實(shí)際消耗的功率為484 WD.發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱為24.2 J0 A. 交流電壓表的讀數(shù)C. 電容器擊穿電壓一、選擇題考點(diǎn)一 對(duì)描述交變電流物理量的理解. 下列選項(xiàng)中提到的交流電，不是指有效值的是()B.保險(xiǎn)絲熔斷電流D.220 V 交流電壓.（多選）有一交變電流如圖

10、1所示，則由此圖象可知（）圖1A.它的周期是0.8 sB.它的峰值是4 AC.它的有效值是2也AD.它的頻率是0.8 Hz.（多選）在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一只矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)的圖象如圖2所示.則（）圖2A.交變電動(dòng)勢(shì)的頻率為100 HzB.線框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為100兀rad/sC.t= 0.01 s時(shí)線框平面與中性面重合D.線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)有效值為311 V4.如圖 3 甲所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一矩形金屬圈兩次分別以不同的轉(zhuǎn)速，繞與磁感垂直 TOC o 1-5 h z 的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)圖象如圖乙中曲a、 b 所示，則 ()圖3A.兩次t= 0時(shí)刻

11、線圈平面均與中性面垂直B.曲線a、b對(duì)應(yīng)的線圈轉(zhuǎn)速之比為2 : 3C. 曲 a 表示的交變電動(dòng)勢(shì)頻率為 25 HzD.曲線b表示的交變電動(dòng)勢(shì)有效值為10 V 考點(diǎn)二非正弦式交流電有效值的計(jì)算.阻值為R的電阻上通以如圖4所示的交變電流，則此交流電的有效值為（）圖4A.1 A B.2 A C.3 A D. 2 A.如圖5甲所示，調(diào)光臺(tái)燈是通過(guò)雙向可控硅電子器件來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)燈的亮度的.現(xiàn)將某無(wú)級(jí)調(diào)光臺(tái)燈接在220 V的正弦交變電流上，經(jīng)過(guò)可控硅調(diào)節(jié)后加在燈管兩端的電壓如圖乙所示（圖中曲線為正弦曲線的一部分），則此時(shí)電壓表的示數(shù)是 （）圖5A.220 V B.156 V C.110 V D.78 V

12、.如圖6所示是某種交變電流隨時(shí)間變化的圖線，i0部分的圖線是一個(gè)正弦曲線的正半周,i0部分的圖線是另一個(gè)正弦曲線的負(fù)半周，則這種交變電流的有效值為（）圖6 圖6 A.Io B. ,2Io C. ,3Io D. ,6Io.（2018張家口市高二下期末）如圖7甲、乙、丙所示的是三個(gè)具有相同I。和周期T的交變電流，分別通過(guò)三個(gè)相同的電阻，下列說(shuō)法中正確的是（）圖7A.在相同時(shí)間內(nèi)三個(gè)電阻發(fā)熱量相等.在相同時(shí)間內(nèi)，甲是丙發(fā)熱量的2倍1c.在相同時(shí)間內(nèi)，甲是乙發(fā)熱量的 2D.在相同時(shí)間內(nèi)，乙發(fā)熱量最大，甲次之，丙的發(fā)熱量最小考點(diǎn)三正弦式交流電有效值的理解和應(yīng)用 .在圖8所示電路中，A是熔斷電流為I0=2

13、 A的保險(xiǎn)絲，電阻可不計(jì)，R是可變電阻,是交流電源.交流電源的內(nèi)電阻不計(jì)，其電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的規(guī)律是e= 22042sin (314t) V.為了不使保險(xiǎn)絲熔斷，可變電阻的阻值應(yīng)該大于圖8A.1102 B.110 C.220 QD.220V2 .一個(gè)小型電熱器若接在輸出電壓為10 V的直流電源上，消耗電功率為P;若把它接在某個(gè)正弦交流電源上，其消耗的電功率為p.如果電熱器電阻不變，則此交流電源輸出電壓的最大值為()A.5 VB.5 .2 VC.10 VD.10 .2 V.電阻Ri、R2與交流電源按照?qǐng)D 9甲所示的方式連接，Ri=10烏R2=20 合上開(kāi)關(guān)S后, 通過(guò)電阻R2的正弦交變電流i隨時(shí)

14、間t變化的情況如圖乙所示，則 （）圖9A.通過(guò)Ri的電流有效值是1.2 AB.Ri兩端的電壓有效值是 6 VC.通過(guò)R2的電流最大值是乎A5D.R2兩端的電壓最大值是6亞 V 2512.（多選）如圖10所示，A、B兩輸電線間的電壓是u=200j2sin （100 t） V,輸電線電阻不計(jì), TOC o 1-5 h z 把電阻R= 50 的純電阻用電器接在 A、B兩輸電線上，下列說(shuō)法正確的是（）圖10A.理想電流表示數(shù)為 4 AB.理想電壓表示數(shù)為 200 VC.通過(guò)R的電流方向每秒鐘改變50次D.用電器消耗的電功率為 1.6 kW13.（多選）如圖11甲所示為電熱毯電路示意圖，交流電壓u=31

15、1sin 100 t （V）,當(dāng)開(kāi)關(guān)S接通時(shí)，電熱絲的電功率為P。；當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)，加在電熱絲上的電壓如圖乙所示，則 （）圖11A.開(kāi)關(guān)接通時(shí)，交流電壓表的讀數(shù)為220 VB.開(kāi)關(guān)接通時(shí)，交流電壓表的讀數(shù)為311 VP0C.開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，交流電壓表的讀數(shù)為311 V,電熱絲功率為P2 ,、 ， P0D.開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，交流電壓表的讀數(shù)為156 V,電熱絲功率為萬(wàn)二、非選擇題.(2018鎮(zhèn)江市丹徒高級(jí)中學(xué)高二上學(xué)期期中)如圖12所示，線圈abcd的面積是0.05 m2,1共100匝，線圈電阻為1 Q,外接電阻R= 9 Q,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1 T,當(dāng)線圈以兀300 r/min的轉(zhuǎn)速繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速旋轉(zhuǎn)時(shí).問(wèn)：圖12(1)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值是多少？(2)若從線圈處于中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，寫(xiě)出線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式;(3)電路中理想電壓表和理想電流表的示數(shù)