高中物理 第二章 交變電流 第二節(jié) 交變電流的描述預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)案 粵教版選修3-2

1、第二節(jié) 交變電流的描述【思維激活】1.有的同學(xué)說，交變電流其實它的電壓是不改變的，而電流強度的大小和方向是隨時間值周期性變化的。例如家庭用電是220V交變電流，你同意這種說法嗎？交變電流的波形圖提示：不同意，交變電流是電壓、電流都隨時間做周期性變化，只有頻率是不改變的。2.你是通過什么方式知道我國生產(chǎn)和生活用電的周期或頻率的？是在高一用打點計時器做實驗時知道的嗎？【自主整理】1.周期：交變電流完成一次周期性什么變化所需時間叫做它的周期.2.頻率：交變電流在1s時間內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)叫做它的頻率.3.峰值：交變電流的峰值是拍它的電動勢，電壓或電流的最大值，在一個周期內(nèi)交變電流的峰值會出現(xiàn)兩次

2、.4.有效值：交變電流與恒定電流的電流是I，電壓是U我們就把I，U叫做這個交變電流的有效值，有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來定義的， 一定要從產(chǎn)生相同的熱效果來理解.【高手筆記】1.瞬時值交流電的瞬時值反映的是不同時刻，瞬時值不同，正弦式交流電瞬時值的表達方式為2.峰值交流電的峰值說明交流電在變化的過程中所能達到的最大數(shù)值，反映了交流大小的變化范圍，當(dāng)線圈平面與磁感線平行時，交流電動勢最大，瞬時值與峰值的關(guān)系是：3.有效值交流電的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)規(guī)定的，即在相同的時間內(nèi)，跟一交流電的有效值能使同一電阻產(chǎn)生相等的熱量的直流電的數(shù)值，叫做這一交流電的有效值，正弦式交流電的有效值與峰值之間的關(guān)系是

3、：各種使用交流電的電器設(shè)備中所標(biāo)的，交流電表所測得的以及我們在敘述中沒有特別加以說明的交流電的值，都是指有效值.4.平均值用公式計算出的電動勢的平均值.某段時間內(nèi)的交流電的平均值一般不等于這段時間始，末時刻瞬時值的算數(shù)平均值.【名師解惑】怎樣理解交變電流中的有效值？剖析：（1）有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來定義的，交流的有效值具有等效的意義，所以在理解此概念時，要強調(diào)“同樣電阻” “同一時間”和“熱量相等”.對于峰值和有效值之間的關(guān)系：只適用于正弦式電流，其他有效值間關(guān)系并不具有這種特征.（2）有效值和平均值的區(qū)別：交流電的有效值是按熱效應(yīng)定義的，所以對一外確定的交流電來說，有效值是恒定的，而平均

4、值是由公式來求的，其值的大小與所取時間間隔有關(guān).如正弦式電流，從中性面開始，經(jīng)，平均電動勢大小為，而一周期內(nèi)的平均電動勢卻為零.在計算交流電通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，熱功率以及確定保險絲的熔斷電流時，只能用有效值，而不能用平均值，在計算通過導(dǎo)體的電荷量時，只能用平均值，而不能用有效值，要考慮電容器的耐壓值時，則應(yīng)根據(jù)交流電的峰值.【講練互動】例1.曾經(jīng)流行過一種向自行車車頭燈供電的小型交流發(fā)電機，圖2-2-1甲為其結(jié)構(gòu)示意圖，圖中N、S是一個固定的磁極，abcd為固定在轉(zhuǎn)軸上的矩形線框，轉(zhuǎn)軸過bc邊中點、與ab邊平行，它的一端有一半徑r0=1.0cm的摩擦小輪，小輪與自行車車輪的邊緣相接觸，如圖2-

5、2-1乙所示，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動時，因摩擦而帶動小輪轉(zhuǎn)動，從而使線框在磁極間轉(zhuǎn)動，設(shè)線框由N=800匝線圈組成，每匝線圈的面積S=20cm2磁極間的磁場可視作勻強磁場，磁感強度B=0.01T，自行車車輪的半徑R1=35cm，小齒輪的半徑R2=4.0cm，大齒輪的半徑R3=10.0cm（見圖2-2-1乙），現(xiàn)從靜止開始使大齒輪加速轉(zhuǎn)動，問大齒輪的角速度為多大才能使發(fā)電機輸出電壓的有效值U=3.2V？（假定摩擦小輪與自行車之間無相對滑動） 甲 乙圖2-2-1 圖2-2-2解析：設(shè)摩擦小輪、車輪、小齒輪、大齒輪的角速度分別為：1、2、3、4，其中2=3。當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動時線框中產(chǎn)生正弦交流電，其電動勢最大值為Em

6、=NBS，又Em=，所以（1）由于摩擦小輪和車輪邊緣線速度相同，大齒輪和小齒輪邊緣線速度相同，所以r01=2R1，R34=R23，2=3，解得1=R1R34/（R2r0）（2）由（1）（2）聯(lián)立得。答案：3.2rad/s【變式訓(xùn)練一】1.如圖2-2-3甲所示是某型號的電熱毯的電路圖，電熱毯按在交變電源上，通過裝置P使加在電熱絲上的電壓的波形如圖乙所示。此時接在電熱絲兩端的交流電壓表的讀數(shù)為（ ）甲 乙圖2-2-3A.110VB.156VC.220VD.311V解析：從v-t圖象看出，每個周期的前半周期是正弦圖形，其有效值為220V；后半周期電壓為零。根據(jù)有效值的定義，得U=156V，選B。答案

7、：B例2.正弦式交變電壓加上一個氖管的兩端，已知當(dāng)氖管兩端的電壓達到時才開始發(fā)光。求 氖管通電10min內(nèi)，發(fā)光的次數(shù)和發(fā)光的時間?！揪G色通道】交變電流具有周期性，研究一個周期內(nèi)的發(fā)光次數(shù)和發(fā)光的時間即可。交變電壓u=50sin314tV，則Em=50V，=314=100，所以T=0.02s。對氖管，只要。就發(fā)興，代入瞬時值方程得：，在正半周有兩個解就是：和，所以t1=0.0025s，t2=0.0075s，在正半周的時間主。同理在負(fù)半周也有這么長的發(fā)光時間，每個周期內(nèi)的發(fā)光時間為 發(fā)光次。所以10min內(nèi)的發(fā)光次數(shù)為總的發(fā)光時間為答案：6104次 5min【變式訓(xùn)練二】1.我國及俄羅斯、英國等

8、世界上多數(shù)國家，常用的交流電都是頻率為50Hz的正弦式交流電，而美國、加拿大及日本的西部地區(qū)常用的交流電頻率為60Hz，這種頻率為60Hz的正弦式電流的周期多大？電流方向每秒改變多少次？答案：1/60s，120次例3.兩個完全相同的電熱器，分別通以如圖2-2-4甲、乙所示的交變電流，兩個交變電流的最大值相等，兩個分別是方波式和正弦式交流電流，則這兩個電熱器的電功率能為多少？圖2-2-4解析：交變電流通過電阻R時，電功率可用公式P=I2R來計算，其中I是有效值，方波式交變電流的有效值與其最大值相等，正弦式交變電流的有效值與最大值的關(guān)系是I=代入電功率公式得答案：P甲/P乙=2/1【變式訓(xùn)練三】3

9、.將正弦交流電經(jīng)過整流器處理后，得到的電流波，剛好去掉了半周，如圖2-2-5所示，它的有效值是（ ）圖2-2-5A.1AB.C.D.1A答案：D4.如圖2-2-6所示，一矩形線圈的磁感應(yīng)強度B=2.2T的勻強磁場中繞軸OO勻速轉(zhuǎn)動，已知線圈邊長ab=cd=30cm，ab=bc=20cm，共100匝，轉(zhuǎn)速n=600r/min，線圈從圖示位置開始轉(zhuǎn)動，且ab邊向外。圖2-2-6寫出電支動勢的瞬時值表達式。解析：線圈從圖示位置開始轉(zhuǎn)動，t=0時，ab、cd邊垂直切割磁感線，感生電動勢有最大值?！締栴}探究】【問題】1.怎樣求交變電流的有效值、最大值、最小值、平均值？【導(dǎo)思】求有效值時，可分按正（余）弦規(guī)律變化和非正余弦規(guī)律變化，分析電量時，應(yīng)分析出通過導(dǎo)體截面電荷量與磁通量的變化量關(guān)系式?！咎骄俊浚?）當(dāng)要求有效值時，一般有下列兩種情況。對于按正（余）弦規(guī)律變化的電流，可先根據(jù)Em=BS求出其最大值，然后根據(jù)求出其有效值，則有關(guān)電功、電功率的計算，各種交