新教材2023年秋高中物理第3章交變電流2.交變電流的描述學(xué)生用書無答案新人教版選擇性必修第二冊(cè)

2．交變電流的描述1．知道交變電流周期、頻率的含義及二者之間的關(guān)系；知道峰值和有效值的含義及二者之間的關(guān)系。能結(jié)合交變電流的公式和圖像識(shí)別周期(頻率)、峰值。會(huì)用周期(頻率)、峰值等物理量通過函數(shù)表達(dá)式和圖像來描述交變電流。2．經(jīng)歷根據(jù)電流的熱效應(yīng)推導(dǎo)交變電流有效值的過程，體會(huì)“等效”的科學(xué)方法。3．了解我國家庭電路的頻率和電壓的有效值。知道家用電器的電壓與電流的額定值是有效值。周期和頻率1．物理意義：描述交變電流________的物理量。2．周期：交變電流完成一次周期性變化所需的時(shí)間，用T表示，單位是秒(s)。3．頻率：周期的倒數(shù)叫作頻率，數(shù)值上等于交變電流在單位時(shí)間內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)。用f表示，單位是________(Hz)。4．ω、T、f的關(guān)系：ω＝2πT＝________，T＝1f或f5．我國民用交變電流的周期和頻率(1)周期：T＝________s。(2)頻率：f＝________Hz。ω＝100πrad/s，電流方向每秒鐘改變________次。如圖，線圈在磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速為n。問題1通過電流表的交變電流的周期和頻率是多少？問題2當(dāng)線圈轉(zhuǎn)速增大時(shí)，周期和頻率怎樣變化？1．周期、頻率與角速度、轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系決定正弦式交變電流周期和頻率大小的因素是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω(單位為rad/s)，有時(shí)也用轉(zhuǎn)速n(單位為r/s)來描述。T、f與ω、n之間的關(guān)系是T＝2πω＝1n，ω＝2π2．交變電流的周期我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活所用的交變電流，周期是0.02s，頻率是50Hz，電流方向每秒改變100次。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用的交變電流，頻率是50Hz，周期是0.02s，所以打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02s打一次點(diǎn)?！镜淅?】(多選)矩形金屬線圈共10匝，繞垂直于磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)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變化的情況如圖所示。下列說法正確的是()A．此交變電流的頻率為0.2HzB．1s內(nèi)電流方向變化10次C．t＝0.1s時(shí)，線圈平面與磁場(chǎng)方向平行D．1s內(nèi)線圈轉(zhuǎn)5圈[聽課記錄][跟進(jìn)訓(xùn)練]1．關(guān)于交變電流的周期和頻率，下列說法正確的是()A．正弦式交變電流最大值連續(xù)出現(xiàn)兩次的時(shí)間間隔等于周期B．1s內(nèi)交變電流出現(xiàn)最大值的次數(shù)等于頻率C．交變電流方向變化的頻率為交變電流頻率的2倍D．頻率為50Hz的交變電流，其周期等于0.05s峰值和有效值1．峰值(1)定義：交變電流的電壓、電流所能達(dá)到的________數(shù)值。(2)應(yīng)用：電容器所能承受的電壓要________交流電壓的峰值。2．有效值(1)定義：讓交變電流與恒定電流分別通過大小相同的________，如果它們?cè)诮蛔冸娏鞯囊粋€(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量________，而這個(gè)恒定電流的電流與電壓分別為I、U，我們就把I、U叫作這一交變電流的有效值。(2)應(yīng)用①交流用電設(shè)備上所標(biāo)的________電壓和________電流。②交流電壓表測(cè)量的數(shù)值。③無特別說明時(shí)提到的交變電流的數(shù)值。3．正(余)弦式交變電流峰值和有效值的關(guān)系：I＝ImI＝Im2，U＝U如圖所示是通過電阻R＝1Ω的電流i隨時(shí)間t變化的圖像。問題1試計(jì)算0～0.5s和0.5～1s內(nèi)電阻R中產(chǎn)生的熱量及1s內(nèi)產(chǎn)生的總熱量；問題2如果有一個(gè)大小、方向都不變的恒定電流通過這個(gè)電阻R，也能在1s內(nèi)產(chǎn)生同樣的熱量，這個(gè)電流是多大？1．有效值的計(jì)算方法若按正(余)弦規(guī)律變化的交變電流，可利用交變電流的有效值與峰值的關(guān)系求解，即E＝Em2．對(duì)非正弦式交變電流，必須根據(jù)電流的熱效應(yīng)來求解有效值，且時(shí)間一般取一個(gè)周期。其具體做法是：假設(shè)讓交變電流通過電阻R，計(jì)算交變電流在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q(可分段計(jì)算)，其中熱量Q用相應(yīng)的物理量的有效值表示如Q3．幾種常見電流的有效值分類電流圖像有效值正弦式交變電流I=I正弦半波電流I＝I正弦單向脈沖電流I＝I矩形脈沖電流I＝t0T非對(duì)稱性交變電流I＝1【典例2】通過一阻值R＝100Ω的電阻的交變電流圖像如圖所示，其周期為1s。電阻兩端電壓的有效值為()A．12V B．410VC．15V D．85V[聽課記錄][一題多變]上例中，若在電路中串聯(lián)一個(gè)二極管，其他條件不變，則電阻兩端電壓的有效值為多少？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。求解步驟如下：計(jì)算交變電流在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q→將熱量[跟進(jìn)訓(xùn)練]2．(2022·山東泰安基礎(chǔ)教育教學(xué)研究室高二期末)一電阻R＝10Ω的單匝閉合線框處于變化的磁場(chǎng)中，在一個(gè)周期T＝5π×10-2s內(nèi)穿過線框的磁通量Φ隨時(shí)間t的變化情況如圖所示，已知圖中的曲線部分按正弦規(guī)律變化，取π2＝10，則下列說法正確的是()A．線框中電流的有效值為53AB．線框中電流的有效值為43AC．線框中電流的有效值為33AD．線框中電流的有效值為23A交變電流的四值比較項(xiàng)目物理含義重要關(guān)系適用情況瞬時(shí)值交變電流某一時(shí)刻的值e＝Emsinωti＝Imsinωt計(jì)算線圈某一時(shí)刻的受力情況最大值最大的瞬時(shí)值Em＝NBSωIm＝E確定電容器的耐壓值有效值跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流值、電壓值E＝EU＝UI＝Im2(僅適用于正(1)計(jì)算與電流熱效應(yīng)相關(guān)的量(如功率、熱量)(2)交流電表的測(cè)量值(3)電氣設(shè)備標(biāo)注的額定電壓、額定電流(4)保險(xiǎn)絲的熔斷電流平均值交變電流圖像中圖線與時(shí)間軸所圍面積與時(shí)間的比值EI計(jì)算通過電路橫截面的電荷量【典例3】在水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一個(gè)正方形閉合線圈繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，已知線圈的匝數(shù)為N＝100匝，邊長(zhǎng)為20cm，電阻為10Ω，轉(zhuǎn)動(dòng)頻率f＝50Hz，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5T，求：(1)外力驅(qū)動(dòng)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的功率；(2)當(dāng)線圈由中性面轉(zhuǎn)至與中性面的夾角為30°時(shí)，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及感應(yīng)電流瞬時(shí)值的大??；(3)線圈由中性面轉(zhuǎn)至與中性面成60°角的過程中，通過導(dǎo)線橫截面的電荷量。[聽課記錄]應(yīng)用交變電流“四值”時(shí)的注意事項(xiàng)(1)研究電容器是否被擊穿時(shí)，應(yīng)用交變電流的峰值(最大值)，因?yàn)殡娙萜魃蠘?biāo)明的電壓是電容器長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)所能承受的最大電壓。(2)研究電功、電功率和電熱時(shí)，只能用有效值。(3)研究通過導(dǎo)體某橫截面的電荷量時(shí)，要用平均值。[跟進(jìn)訓(xùn)練]3．(多選)如圖所示，矩形線圈面積為S，匝數(shù)為N，線圈電阻為r，線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的OO′軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，外電路電阻為R，電壓表、電流表均為理想電表。在線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過90°的過程中，下列判斷正確的是()A．電壓表的讀數(shù)為NBSωRB．通過電阻的電荷量為NBSC．電阻所產(chǎn)生的焦耳熱為πD．線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過30°時(shí)的電流為NBSω1．如圖所示是某正弦式交變電流的圖像。下列說法正確的是()A．該交變電流的周期為0.01sB．該交變電流的頻率為100HzC．該交變電流電流的最大值為42AD．該交變電流電流的有效值為42A2．如圖所示為一正弦交變電壓隨時(shí)間變化的圖像，由圖可知()A．交流電的周期為2sB．用電壓表測(cè)量該交流電壓時(shí)，讀數(shù)為311VC．交變電壓的有效值為220VD．將它加在電容器上時(shí)，電容器的耐壓值必須等于311V3．(2022·廣東饒平第二中學(xué)高二期中)如圖所示為一交變電流隨時(shí)間變化的圖像，正負(fù)半軸都是正弦曲線的一個(gè)部分，則此交變電流的有效值為()A．2A B．22AC．25A D．5A4．某一正弦式電流通過一個(gè)阻值為100Ω的電阻，其熱效應(yīng)與1A的恒定電流在相同時(shí)間內(nèi)通過該電阻所產(chǎn)生的熱效應(yīng)相同。(1)這個(gè)正弦式電流的電壓、電流的有效值分別是多少？(2)這個(gè)正弦式電流的電壓、電流的峰值分別是多少？(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)