物理教科版選修1-1學(xué)案第三章2交變電路Word版含答案

2交變電路1.知道交變電路的組成．2.了解交變電壓及交變電流的圖像和物理量的特征．3.了解電容和電感對電流的阻礙作用．[學(xué)生用書P28]一、交變電路的組成1．交變電路的組成：交變電路由交變電源及電阻、電容、電感等元件組成．2．常見的兩種交變電路(如圖所示)3．交變電源一般由交流發(fā)電機(jī)供給，電壓為220V，常稱為“市電”．二、交變電壓及交變電流1．電壓、電流的表達(dá)式u＝U0sin__2πft．i＝I0sin__2πft．2．描述交變電壓(電流)的物理量(1)峰值：交變電壓(電流)在變化過程中所能達(dá)到的最大值，U0、I0分別為交變電路中電壓、電流的峰值．(2)周期和頻率①周期：交變電壓(電流)完成一次周期性變化所用的時(shí)間，符號為T．②頻率：交變電壓(電流)在1s內(nèi)發(fā)生周期性變化的次數(shù)，符號為f，單位為Hz.③周期和頻率的關(guān)系：T＝eq\f(1,f).(3)有效值：在一個(gè)周期內(nèi)，某交流電通過電阻R所產(chǎn)生的熱量與某一恒定電流在同樣的時(shí)間內(nèi)通過該電阻所產(chǎn)生的熱量相等，那么這個(gè)直流電壓(電流)的大小就叫做該交流電壓(電流)的有效值．三、電容1．組成：一般由兩塊彼此絕緣又相互靠近的導(dǎo)體組成．電容器通常簡稱為“電容”．用字母“C”及電路符號“”表示．2．作用：通交流、隔直流．3．容抗：電容器對交流電阻礙作用的大?。?、電感1．組成：通常由線圈或加鐵芯的線圈構(gòu)成．交變電路中的電感器簡稱“電感”．用字母“L”及電路符號“”表示．2．作用：通直流、阻交流．3．感抗：電感器對交流電阻礙作用的大?。涣鞯淖兓?guī)律[學(xué)生用書P29]1.在一般的交流電路中，電壓可表示為：u＝U0sin2πft，其中U0是交變電路中電壓的峰值，f是交變電流的頻率，t為變化時(shí)間．2.我國的市電電壓一般為220V，電壓的最大值為311V，頻率為50Hz，周期為0.02s.小型交流發(fā)電機(jī)中，矩形金屬線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與時(shí)間成正弦函數(shù)關(guān)系，如圖所示．此線圈與一個(gè)R＝10Ω的電阻構(gòu)成閉合電路，不計(jì)電路的其他電阻，下列說法正確的是()A．交變電流的周期為0.125sB．交變電流的頻率為8HzC．交變電流的最大值為2AD．交變電流的最大值為4A[解析]由題圖可直接獲取的信息是交變電流的周期是0.250s，A錯(cuò)；線圈中產(chǎn)生的交變電流為正弦交變電流，從而可推出，交變電流的頻率f＝eq\f(1,T)＝eq\f(1,0.250)Hz＝4Hz，B錯(cuò)；感應(yīng)電動勢的最大值E0＝20V，交變電流的最大值I0＝eq\f(E0,R)＝eq\f(20,10)A＝2A，C正確，D錯(cuò)．[答案]C1.某交流電源電壓的表達(dá)式為u＝6eq\r(2)·sin100πt(V)，則下列說法中正確的是()A．用交流電壓表測該電源電壓時(shí)，示數(shù)為6VB．用交流電壓表測該電源電壓時(shí)，示數(shù)為6eq\r(2)VC．用該電源給電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器供電時(shí)，打點(diǎn)的時(shí)間間隔一定為0.01sD．把標(biāo)有“6V，3W”的小燈泡接在該電源上時(shí)，小燈泡將被燒毀解析：選A.電壓表測的是電壓的有效值，故A對B錯(cuò)；在C選項(xiàng)中，打點(diǎn)的時(shí)間間隔應(yīng)為0.02s，C錯(cuò)；在D選項(xiàng)中，因小燈泡的額定電壓恰好等于交流電壓的有效值，故小燈泡正常發(fā)光，D錯(cuò)．有效值的計(jì)算[學(xué)生用書P30]1．正弦交流電有效值和最大值的關(guān)系U有＝eq\f(U0,\r(2))≈0.707U0.I有＝eq\f(I0,\r(2))≈0.707I0.2．電壓表的示數(shù)、電流表的示數(shù)、保險(xiǎn)絲的熔斷電流的大小和用電器銘牌上的電壓(電流)的大小均為有效值．如圖所示，甲、乙分別是正弦半波電壓波形和正弦單向脈沖電壓波形，請分別求出它們的有效值．[解析]若將正弦半波電壓加到電阻R兩端，在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱是全波交變電壓的eq\f(1,2)，即eq\f(Ueq\o\al(2,半),R)·T＝eq\f(1,2)·eq\f(Ueq\o\al(2,全),R)T，而U全＝eq\f(1,\r(2))U0，所以U半＝eq\f(1,2)U0.若將正弦單向脈沖電壓加到電阻R兩端，因電流的熱效應(yīng)與電流方向無關(guān)，所以其有效值跟正弦交變電壓的有效值相同，即U＝eq\f(1,\r(2))U0.[答案]eq\f(U0,2)eq\f(\r(2),2)U02.如圖甲所示的是某種型號的電熱毯的電路圖，電熱毯接在交流電源上，通過裝置P使加在電熱絲上的電壓波形如圖乙所示，此時(shí)接在電熱絲兩端的交流電壓表的讀數(shù)為()A．110V B．156VC．220V D．311V解析：選B.由題中圖像知，每個(gè)周期的前半周期是正弦波形，其有效值為220V，后半周期電壓為0,根據(jù)交流有效值的定義有：eq\f(U2,R)T＝eq\f(Ueq\o\al(2,1),R)·eq\f(T,2)＋0.解得：U＝156V.[隨堂檢測][學(xué)生用書P30]1．圖中各圖線不表示交流的是()解析：選B.根據(jù)交變電流的定義可知：只有B項(xiàng)所描述的電流(電流的方向不變)不是交流電．2．如圖是某交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交變電流的圖像，根據(jù)圖像可以判定()A．此交變電流的周期為0.1sB．此交變電流的頻率為5HzC．將標(biāo)有“12V3W”的燈泡接在此交變電流上，燈泡可以正常發(fā)光D．此交流電的電壓的最大值為12V解析：選BD.由題圖可知，交變電流的周期是0.2s，頻率f＝eq\f(1,T)＝eq\f(1,0.2)Hz＝5Hz，即A選項(xiàng)錯(cuò)誤，B選項(xiàng)正確；“12V，3W”燈泡中12V是有效值，題圖中12V為最大值，故C選項(xiàng)錯(cuò)誤；故選B、D.3．一個(gè)燈泡和一個(gè)電感器相連后與一個(gè)交流電源相接，現(xiàn)將一塊鐵芯插入線圈之后，該燈泡將()A．變亮B．變暗C．對燈沒影響D．以上說法均不對解析：選B.電感器對交流電有阻礙作用，插入鐵芯之后阻礙作用明顯增強(qiáng)，所以燈泡變暗．4．如圖所示，白熾燈和電容器串聯(lián)后接在交變電源的兩端，當(dāng)交變電源的頻率增加時(shí)()A．電燈變暗B．電燈變亮C．電燈亮度不變D．不能確定解析：選B.直流電不能通過電容器，而交流電能“通過”電容器，且交流電的頻率越高，電流的通過能力也越高，所以B選項(xiàng)正確．5．一交流電壓u＝311sin314t(V)，加在一個(gè)“220V，40W”的燈泡上，則(1)這個(gè)燈泡能正常發(fā)光嗎？(2)如果用多用電表(交流電流擋)測量通過這個(gè)燈泡的電流，示數(shù)應(yīng)該多大？解析：(1)該交流電的有效值U＝eq\f(311,\r(2))V＝220V所以燈泡能正常發(fā)光．(2)由P＝UI，I＝eq\f(P,U)＝eq\f(40,220)A＝eq\f(2,11)A.答案：(1)能(2)eq\f(2,11)A[課時(shí)作業(yè)][學(xué)生用書P83(單獨(dú)成冊)]一、選擇題1．如圖所示的是電流i隨時(shí)間t做周期性變化的圖像，下列描述正確的是()A．電流的大小變化，方向也變化，是交流電B．電流的大小變化，方向不改變，不是交流電C．電流的大小不變，方向不變，是直流電D．電流的大小不變，方向變化，是交流電解析：選D.只要電流的方向變化就是交流電，此題電流大小不變，方向變化，是交流電．2．下列說法中正確的是()A．使用交流電的電器設(shè)備銘牌上所標(biāo)的電壓、電流值均為峰值B．用交流電壓表和電流表測得的交流數(shù)值是有效值C．用交流電壓表和電流表測得的交流數(shù)值是峰值D．所有交變電流都存在U＝U0/eq\r(2)的關(guān)系解析：選B.交流電壓表和電流表測量的是交流電的有效值，B正確；C錯(cuò)誤；交流用電器銘牌上標(biāo)的是有效值，A錯(cuò)誤；U＝U0/eq\r(2)僅適用于正弦式(余弦式)交流電，D錯(cuò)誤．3．一交流電的電壓u＝220sin100πtV，若將它加在阻值為100Ω的電阻兩端(電源內(nèi)阻不計(jì))，則下列說法中錯(cuò)誤的是()A．電流的表達(dá)式為i＝2.2sin100πtAB．電流的最大值為2.2AC．流過電阻的電流是恒定的D．流過電阻的電流是變化的，但不是按正弦規(guī)律變化的解析：選CD.根據(jù)i＝eq\f(e,R)可知：i＝2.2sin100πtA，故A選項(xiàng)正確，C、D選項(xiàng)錯(cuò)誤；由表達(dá)式i＝2.2sin100πtA可知：電流的最大值為2.2A，故B選項(xiàng)正確．4．一個(gè)電阻接在10V的直流電源上，它的發(fā)熱功率是P，當(dāng)接到電壓為u＝10sinωtV的交流電源上，它的發(fā)熱功率是()A．0.25P B．0.5PC．P D．2P解析：選B.計(jì)算交流的發(fā)熱功率，必須用有效值，即P′＝eq\f(Ueq\o\al(2,有效),R)＝eq\f(（Um/\r(2)）2,R)＝eq\f(102,2R)，而P＝eq\f(Ueq\o\al(2,直),R)＝eq\f(102,R)，所以P′＝eq\f(P,2)，故B選項(xiàng)正確．5．如圖所示，L1和L2是兩個(gè)完全相同，標(biāo)有“6V0.1A”的燈泡，C是額定電壓10V的電容器，ab之間接有6V的交流電源．則()A．燈泡L1發(fā)光，L2不發(fā)光B．燈泡L1和L2都發(fā)光C．燈泡L1和L2亮度相同D．燈泡L1比L2亮一些解析：選BD.交流能夠“通過”電容器，但電容器對交流有阻礙作用．6．如圖所示，三個(gè)燈泡是相同的，額定功率足夠大，直流電源E1內(nèi)阻可以忽略，交流電源E2電動勢的有效值與E1相等，自感線圈電阻不計(jì)．當(dāng)開關(guān)S接到接點(diǎn)A時(shí)，三燈亮度相同，當(dāng)開關(guān)S接到接點(diǎn)B時(shí)()A．甲、乙、丙三燈亮度相同B．甲燈最亮，丙燈不亮C．甲燈和乙燈亮度相同，丙燈不亮D．乙燈最亮，丙燈不亮解析：選D.當(dāng)開關(guān)S接到A點(diǎn)時(shí)，三個(gè)相同的燈泡亮度相同，說明通過三個(gè)燈泡的電流大小相等，三個(gè)支路對所加頻率的交流電的阻礙作用相同．當(dāng)開關(guān)S接B點(diǎn)時(shí)，由于所加的是直流電，含電阻支路的阻礙作用不變，含電感線圈支路的阻礙作用減小(線圈有“通直流，阻交流”的作用)，含電容支路的阻礙作用變?yōu)闊o窮大(電容有“通交流，隔直流”的作用)．所以甲燈亮度不變，乙燈變亮，丙燈不亮．7．甲、乙分別表示兩種電壓的波形，其中如圖甲所示電壓按正弦規(guī)律變化．下列說法正確的是()A．圖甲表示交變電流，圖乙表示直流電B．兩種電壓的有效值相等C．圖甲所示電壓的周期為2×10－2sD．圖甲所示的電壓的有效值為100V解析：選C.由題中圖像的縱坐標(biāo)知，電壓的正、負(fù)分別表示電壓的方向，因此兩圖均為交變電流，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；對于正弦式電流才有U有效＝eq\f(Um,\r(2))，雖然題中兩圖的最大值相同，但題中圖乙所示的非正弦(余弦)式電流不適用上式，故B選項(xiàng)錯(cuò)誤；由題中圖像可知T＝2×10－2s，故C選項(xiàng)正確；由于交流電壓的最大值是311V，所以有效值為220V，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤．8．在兩個(gè)阻值相同的電阻上分別通以如圖甲所示的正弦交變電流和如圖乙所示的方形波電流，它們的峰值和周期都相同．則兩電阻在相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量之比為()A．1∶1 B．1∶2C．2∶1 D．2∶3解析：選B.正弦交變電流的有效值為I＝eq\f(I0,\r(2))它流經(jīng)電阻R在時(shí)間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q1＝I2Rt＝eq\f(1,2)Ieq\o\al(2,0)Rt.方形波電流經(jīng)過電阻R在時(shí)間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q2＝Ieq\o\al(2,0)Rt所以eq\f(Q1,Q2)＝eq\f(1,2).9．電阻R1、R2與交流電源按照圖甲方式連接，R1＝10Ω，R2＝20Ω.合上開關(guān)S后，通過電阻R2的正弦交變電流i隨時(shí)間t變化的情況如圖乙所示．則()A．通過R1的電流有效值是1.2AB．R1兩端的電壓有效值是6VC．通過R2的電流最大值是1.2AD．R2兩端的電壓最大值是6eq\r(2)V解析：選B.由題圖知流過R2的交流電電流的最大值I2m＝0.6eq\r(2)A，故C選項(xiàng)錯(cuò)誤；由U2m＝I2mR2＝12eq\r(2)V，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤；因串聯(lián)電路流過各電阻的電流相同，則I1m＝0.6eq\r(2)A，電流有效值I1＝eq\f(I1m,\r(2))＝0.6A，故A選項(xiàng)錯(cuò)誤；由U1＝I1R1＝6V，故B選項(xiàng)正確．二、非選擇題10．電壓為u＝120eq\r(2)sinωtV，頻率為50Hz的交變電流，把它加在激發(fā)電壓和熄滅電壓均為u0＝60eq\r(2)V的霓虹燈的兩端．(1)求在一個(gè)小時(shí)內(nèi)，霓虹燈發(fā)光時(shí)間有多長？(2)試分析為什么人眼不能感到這種忽明忽暗的現(xiàn)象？eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(已知人眼的視覺暫留時(shí)間約為\f(1,16)s))解析：(1)如圖所示，畫出一個(gè)周期內(nèi)交變電流的u－t圖像，其中陰影部分對應(yīng)的時(shí)間t1表示霓虹燈不能發(fā)光的時(shí)間，根據(jù)對稱性，一個(gè)周期內(nèi)霓虹燈不能發(fā)光的時(shí)間為4t1.當(dāng)u＝u0＝60eq\r(2)V時(shí)，由u＝120eq\r(2)sinωtV求得t1＝1/600s再由對稱性