高中物理粵教版2第二章交變電流 第2章第3節(jié)表征交變電流的物理量

第三節(jié)表征交變電流的物理量學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)脈絡(luò)1.知道交變電流的周期、頻率的含義，以及它們相互間的關(guān)系．知道我國(guó)生產(chǎn)和生活用電的周期(頻率)的大?。?重點(diǎn))2．知道交變電流的峰值和有效值的意義．能利用有效值的定義計(jì)算某些交變電流的有效值．(難點(diǎn))3．會(huì)應(yīng)用正弦式交變電流的有效值公式進(jìn)行有關(guān)計(jì)算．(重點(diǎn))4．具有運(yùn)用類比、遷移的科學(xué)方法分析新問(wèn)題的意識(shí)和能力.交變電流的周期和頻率eq\a\vs4\al([先填空])1．周期：交變電流完成一次周期性變化的時(shí)間叫做它的周期．單位是s.2．頻率：交變電流在1s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)叫頻率．單位是Hz.3．周期T、頻率f、角速度ω的關(guān)系：ω＝eq\f(2π,T)＝2πf，T＝eq\f(1,f).eq\a\vs4\al([再判斷])1．交變電流周期越大，說(shuō)明方向變化越快．(×)2．我國(guó)交變電流周期為s，頻率50Hz.(√)3．交變電流的方向每個(gè)周期改變一次．(×)eq\a\vs4\al([后思考])我國(guó)交變電流，在1s內(nèi)其方向變化多少次？【提示】100次eq\a\vs4\al([合作探討])探討：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到干電池上怎樣調(diào)整也不打點(diǎn)，而接到學(xué)生電源的低壓交流擋上就能順利打點(diǎn)，每隔s打一個(gè)點(diǎn)．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器為什么打點(diǎn)時(shí)間間隔為s？其時(shí)間間隔由什么決定？【提示】電磁式打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)頻率與工作電流頻率相同，我國(guó)生產(chǎn)、生活用電的頻率為50Hz，所以打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)時(shí)間間隔T＝eq\f(1,f)＝s；時(shí)間間隔由電源的頻率決定．eq\a\vs4\al([核心點(diǎn)擊])對(duì)交變電流的周期和頻率的理解周期和頻率是描述交變電流的物理量，跟任何周期性過(guò)程一樣，交流電也要用周期或頻率來(lái)表示變化的快慢．在實(shí)驗(yàn)中，線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)一周，電動(dòng)勢(shì)、電流都按正弦規(guī)律變化一次．(1)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，交流電恰好完成一次周期性變化．(2)從線圈轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)說(shuō)，周期就是線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)一周所用的時(shí)間；頻率就是1s內(nèi)線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)．1．(多選)某交變電流的方向在1s內(nèi)改變100次，則其周期T和頻率f分別為()A．T＝s B．T＝sC．f＝100Hz D．f＝50Hz【答案】BD2．(多選)如圖2-3-1所示，下列對(duì)圖象的描述正確的是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：90270067】圖2-3-1A．該電壓是直流電壓B．該電壓是交流電壓C．該電壓的周期是sD．該電壓的頻率是10/3Hz【解析】從圖象可以看出每經(jīng)過(guò)s開(kāi)始重復(fù)上一個(gè)過(guò)程，所以s是一個(gè)周期，頻率是eq\f(10,3)Hz，在一個(gè)周期內(nèi)，前s電壓為正值，后s電壓為負(fù)值，表示前后電流方向相反，所以是交變電流，B、D對(duì)，A、C錯(cuò)．【答案】BD3．(多選)如圖2-3-2甲所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一矩形金屬線圈兩次分別以不同的轉(zhuǎn)速，繞與磁感線垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)圖象如圖2-3-2乙中曲線a、b所示，則()圖2-3-2A．兩次t＝0時(shí)刻線圈平面均與中性面重合B．曲線a、b對(duì)應(yīng)的線圈轉(zhuǎn)速之比為2∶3C．曲線a表示的交變電動(dòng)勢(shì)頻率為25HzD．曲線b表示的交變電動(dòng)勢(shì)頻率為eq\f(50,3)Hz【解析】由題圖乙知t＝0時(shí)兩次轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)都等于零，故A正確．由圖2知兩次轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)的周期之比Ta∶Tb＝2∶3，再由周期與轉(zhuǎn)速的關(guān)系n＝eq\f(1,T)得na∶nb＝3∶2，故B錯(cuò)誤．因Ta＝4×10－2s，故fa＝eq\f(1,Ta)＝25Hz，C正確．fb＝eq\f(1,Tb)＝eq\f(50,3)Hz，D正確．【答案】ACD交變電流的峰值和有效值eq\a\vs4\al([先填空])1．峰值：交變電流在一個(gè)周期內(nèi)所能達(dá)到的最大數(shù)值．2．有效值(1)定義：交變電流和恒定電流分別通過(guò)相同阻值的電阻，如果它們?cè)谙嗤瑫r(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，這一恒定電流的數(shù)值就是相應(yīng)交變電流的有效值．(2)應(yīng)用①無(wú)特別說(shuō)明的交變電流的電壓、電流值是有效值．②交流電表測(cè)量的交變電流的電壓、電流值是有效值．③交流用電設(shè)備所標(biāo)注的額定電壓、額定電流指有效值．3．正弦式交變電流有效值和峰值的關(guān)系E＝Em/eq\r(2)＝.I＝Im/eq\r(2)＝.U＝Um/eq\r(2)＝.eq\a\vs4\al([再判斷])1．任何形式的交變電流的有效值和峰值都有關(guān)系U＝Um/eq\r(2).(×)2．照明電壓220V、動(dòng)力電壓380V，指的都是交變電流的電壓的有效值．(√)3．交流電壓表和電流表測(cè)量的都是交變電流的有效值．(√)eq\a\vs4\al([后思考])交變電流的有效值是不是在某一段時(shí)間內(nèi)的平均值？【提示】有效值是根據(jù)交變電流和恒定電流在相同時(shí)間內(nèi)，在相同的電阻上產(chǎn)生的熱量相同即有相同熱效應(yīng)定義的，不是一段時(shí)間內(nèi)的平均值．eq\a\vs4\al([合作探討])在現(xiàn)代的家庭中有很多家用電器，這些用電器大多數(shù)都是用交流電．探討1：某用電器銘牌上標(biāo)有“額定電壓220V”和“工作頻率50Hz”的字樣，其中“220V”有什么含義？【提示】220V是指該用電器所使用的電源電壓有效值為220V.探討2：試探究分析計(jì)算交變電流的有效值應(yīng)注意哪幾個(gè)方面的問(wèn)題？【提示】應(yīng)注意以下三個(gè)方面問(wèn)題：(1)對(duì)正弦式交變電流可用I＝eq\f(Im,\r(2))，U＝eq\f(Um,\r(2))直接求有效值．(2)對(duì)非正弦式交變電流可用電流的熱效應(yīng)，根據(jù)有效值的定義求解．(3)計(jì)算時(shí)應(yīng)注意三同：相同電阻、相同時(shí)間、相同熱量，而相同時(shí)間一般情況下是指交流電的一個(gè)周期．eq\a\vs4\al([核心點(diǎn)擊])1．有效值的理解(1)交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)定義的，與電流的方向無(wú)關(guān)．(2)“等效”理解：相同電阻、相同時(shí)間，產(chǎn)生相同熱量．交變電流與多大的直流電“效果”相同，有效值就是多大．2．有效值的計(jì)算方法(1)分段計(jì)算交變電流在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q.(2)讓直流電流(實(shí)際上是恒定電流)通過(guò)相同的電阻，在交變電流一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量等于Q.如Q＝I2RT或Q＝eq\f(U2,R)T，相對(duì)應(yīng)的I、U即為交變電流、電壓的有效值．3．幾種常見(jiàn)交變電流的有效值電流名稱電流圖線有效值正弦式交變電流I＝eq\f(Im,\r(2))正弦半波電流I＝eq\f(Im,2)正弦單向脈動(dòng)電流I＝eq\f(Im,\r(2))矩形脈動(dòng)電流I＝eq\r(\f(t,T))Im非對(duì)稱性交變電流I＝eq\r(\f(1,2)I\o\al(2,1)＋I(xiàn)\o\al(2,2))4．電阻R1、R2與交流電源按照?qǐng)D2-3-3甲方式連接，R1＝10Ω，R2＝20Ω.合上開(kāi)關(guān)S后，通過(guò)電阻R2的正弦式交變電流i隨時(shí)間t變化的情況如圖乙所示．則()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：90270068】甲乙圖2-3-3A．通過(guò)R1的電流有效值是AB．R1兩端的電壓有效值是6VC．通過(guò)R2的電流最大值是\r(2)AD．R2兩端的電壓最大值是6eq\r(2)V【解析】從題圖乙可以看出，該交變電流的電流最大值為\r(2)A，正弦式交變電流有效值為I＝eq\f(Im,\r(2))＝A，R1兩端電壓有效值為U1＝IR1＝6V，R2兩端電壓最大值為Um＝ImR2＝\r(2)×20V＝12eq\r(2)V，綜上所述，正確選項(xiàng)為B.【答案】B5．圖2-3-4中兩交變電流分別通過(guò)相同電阻R.(1)分別寫出它們的有效值、周期、頻率；(2)計(jì)算它們?cè)赗上產(chǎn)生的功率之比．圖2-3-4【解析】(1)圖甲為正弦交變電流，其有效值I1＝＝A，周期T1＝s，頻率f1＝Hz；圖乙為方波交流電，電流的大小不變，方向做周期性變化，由于熱效應(yīng)與電流方向無(wú)關(guān)，因而它的有效值I2＝5A，周期T2＝s，頻率f2＝eq\f(10,3)Hz.(2)由公式P＝I2R得P甲∶P乙＝1∶2.【答案】(1)甲：A,s,Hz乙：5A,s，eq\f(10,3)Hz(2)1∶2求解有效值的一般步驟1．首先要分