2018年河北省邢台市高中物理 第五章 交变电流 5.2 描述交变电流的物理量（一）学案（无答案）新人教版选修3-2.docVIP

5.2 描述交变电流的物理量 【学习目标】 1.掌握交变电流的周期、频率、线圈转动角速度三者之间的关系. 2.能理解电流的有效值是与热效应有关的量，而平均值只是简单意义的平均. 3.掌握交变电流有效值与峰值的关系，会进行有效值的计算． 一、周期 频率 相位 [问题设计] 1.如图1所示，这个交变电流的周期是多少？频率是多少？ 图1 2．如图2所示，甲、乙两交流电，什么量相同，什么量不同？试写出两交流电的表达式． 图2 [要点提炼] 1．周期(T)：交变电流完成 所需的时间，用T表示，单位是秒． 2．频率(f)：交变电流在 内完成 的次数，用 表示，单位是赫兹，符号是 . 3．转速(n)：线圈单位时间(1 s或1 min)转过的圈数，单位是r/s或r/min. 4．各物理量之间的关系： f＝，ω＝＝2πf，ω＝2πn(n的单位为r/s)． 5．交流电的表达式e＝ ，其中“ωt＋φ”叫做交变电流的 ，φ是t＝0时的相位，叫做交变电流的 ． 6．我国电网中交变电流的周期是 ，频率是 Hz. 二、峰值和有效值 [问题设计] 1．图3是通过一个R＝1 Ω的电阻的电流i随时间变化的曲线．这个电流不是恒定电流． 图3 (1)怎样计算1 s内电阻R中产生的热量？ (2)如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通过这个电阻R，也能在1 s内产生同样的热，这个电流是多大？ 2．某交流电压瞬时值表达式u＝6sin (100πt) V，把标有“6 V,2 W”的小灯泡接在此电源上会不会被烧坏？把标有6 V的电容器接在此电源上会不会被击穿？ [要点提炼] 1．峰值：也叫最大值，它是所有瞬时值中的最大值． (1)当线圈平面跟磁感线平行时，交流电动势最大，Em＝ (转轴垂直于磁感线)． (2)电容器接在交流电路中，交变电压的最大值不能超过电容器的 值． 2．有效值：让交流与恒定电流分别通过 的电阻，如果在交变电流的 内它们产生的 相等，我们就把这个恒定电流的电流值I、电压值U叫做这个交流电的有效值．计算时要注意三同：“相同 ”上、“一个周期”内、产生“相同 ”． 3．正弦式交变电流的有效值I、U与峰值Im、Um的关系：I＝，U＝. 注意：非正弦式交变电流的有效值只能根据电流的 计算. 4．有效值的应用 (1)计算与电流热效应有关的量(如功率、热量)要用 值． (2)交流电表的测量值，电气设备标注的额定电压、额定电流以及通常提到的交流电的数值都指 值． 5．平均值的应用 计算通过导体某一截面的电荷量时，只能用交变电流的平均值，即q＝·Δt＝Δt＝n. 一、对描述交变电流物理量的认识 例1 一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图4所示，由图可知( ) 图4 A．该交流电的电压的有效值为100 V B．该交流电的频率为25 Hz C．该交流电压瞬时值的表达式为u＝100sin (25t) V D．并联在该电压两端的电压表指针不停摆动 二、正弦式交变电流有效值的计算 例2 一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图5甲所示．已知发电机线圈内阻为5.0 Ω，外接一只电阻为95.0 Ω的灯泡，如图乙所示，则 ( ) 图5 A．电压表错误！未找到引用源。的示数为220 V B．电路中的电流方向每秒钟改变50次 C．灯泡实际消耗的功率为484 W D．发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2 J 三、非正弦式交变电流有效值的计算 例3 如图6所示是一交变电流随时间变化的图象，求此交变电流的有效值． 图6 四、峰值、有效值、瞬时值、平均值的区别应用 例4 在水平方向的匀强磁场中，有一正方形闭合线圈绕垂直磁感线的轴匀速转动，已知线圈的匝数为n＝100匝，边长为20 cm，电阻为10 Ω，转动频率f＝50 Hz，磁场的磁感应强度为0.5 T，求： (1)外力驱动线圈转动的功率． (2)转至线圈平面与中性面的夹角为30°时，线圈产生的感应电动势及感应电流的大小． (3)线圈由中性面转至与中性面成30°夹角的过程中，通过线圈横截面的电荷量． 描述交变电流的物理量 1．(对描述交变电流物理量的认识)如图7是某种正弦式交变电压的波形图，由图可确定该电压的 ( ) 图7 A．周期是0.01 s B．最大值是220 V C．有效值是220 V D．表达式为u＝220sin (100πt) V 2．(正弦式交变电流有效值的计算)一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，周期为T.从中性面开始计时，当t＝T时，线圈中感应电动势的瞬时值为2 V，则此交变电流的