2描述交流電的物理量

1、2.描述交流電的物理量學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識 脈 絡(luò)1.知道描述交變電流的物理量，周期、頻率、峰值、有效值(重點)2理解正弦式交變電流的最大值和有效值間的關(guān)系會求解交變電流的有效值(重點、難點)3了解交變電流的相位、初相位和相位差(難點)周 期 和 頻 率1周期(T)交變電流完成一次周期性變化的時間，單位：秒(s)2頻率(f)交變電流在1 s時間內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，單位：赫茲(Hz)3兩者的關(guān)系互為倒數(shù)關(guān)系，即T或f.4物理意義描述交變電流變化快慢的物理量(1)我國生活用的交流電的周期是0.02 s，頻率是50 Hz.()(2)我國所使用的交流電在1 s內(nèi)電流的方向改變50次(×)

2、1我們?nèi)粘Ｕ彰饔秒娛墙蛔冸娏?，為什么電燈并不閃爍，好像通過的是恒定電流？【提示】因為電流大小方向變化得太快，也就是說照明用電的頻率大，因此人眼感覺不到變化2實驗室用的打點計時器，其打點周期為什么等于0.02 s?【提示】我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活用電的頻率是50 Hz，周期為0.02 s，打點計時器的打點周期等于交變電流的周期，所以等于0.02 s.探討1：從交變電流電動勢的瞬時值表達(dá)式eEmsin t中可以看出交變電流的周期、頻率各是多少嗎？【提示】線圈轉(zhuǎn)動一周的時間為交變電流的一個周期，從瞬時值表達(dá)式eEmsin t可知線圈轉(zhuǎn)動的角速度為，則周期T；由周期與頻率的關(guān)系得f.探討2：交流發(fā)電機線圈

3、的轉(zhuǎn)速n與周期T、頻率f以及角速度之間有何關(guān)系？【提示】轉(zhuǎn)速n是指單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)過的“圈”數(shù)，因此nf，每轉(zhuǎn)過一圈，轉(zhuǎn)過的角度就是2，因此，角速度2n，所以T.周期、頻率、角速度、轉(zhuǎn)速間的關(guān)系1角速度與T、f的關(guān)系：2f.2我國使用的交變電流：T0.02 s，f50 Hz，100 rad/s，電流方向每秒改變100次3角速度(單位rad/s)、轉(zhuǎn)速n(單位r/s)都是描述交變電流變化快慢的物理量n越大，角速度越大，交變電流變化越快，T、f、n之間的關(guān)系是：T，2f2n.1(多選)一矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生的交變電動勢的圖像如圖2­2­1所示，則() 【導(dǎo)學(xué)號：46

4、042095】圖2­2­1A交變電流的頻率是4 HzB當(dāng)t0時，線圈平面與磁感線垂直C當(dāng)t s時，e有最大值D交變電流的周期是2 s【解析】由題圖可知T2 s，則f Hz，A選項錯誤，D選項正確；t0時，e0，故在中性面處，B選項正確；t s時，e0，C選項錯誤【答案】BD2(多選)一個矩形線圈在勻強磁場中轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢e220sin 100t V，則()A交流電的頻率是100 rad/sBt0時，線圈位于中性面C交流電的周期是0.02 sDt0.05 s時，e有最大值【解析】由瞬時值表達(dá)式知：角速度100 rad/s，感應(yīng)電動勢是按正弦規(guī)律變化的所以t0時，線圈平

5、面位于中性面因為2f，所以f50 Hz；由T得T s0.02 s；當(dāng)t0.05 s時，e220sin 5 V0.故B、C選項正確【答案】BC3如圖2­2­2所示，下列對圖像的描述正確的是() 【導(dǎo)學(xué)號：46042096】圖2­2­2A該電壓是恒定電壓B該電壓是直流電壓C該電壓的周期是0.2 sD該電壓的頻率是 Hz【解析】從圖像可以看出每經(jīng)過0.3 s開始重復(fù)上一個過程，所以0.3 s是一個周期，頻率是 Hz，在一個周期內(nèi)，前0.1 s電壓為正值，后0.2 s電壓為負(fù)值，表示前后電流方向相反，所以是交變電流，D對，A、B、C錯【答案】D峰 值有 效 值1

6、峰值(1)概念：交變電流的電壓和電流在一個周期內(nèi)所能達(dá)到的最大值，分別稱為電壓和電流的峰值，用符號Um和Im表示(2)應(yīng)用：電容器、二極管在使用時要注意讓它們所能承受的電壓高于交流電壓的峰值2有效值(1)概念：如果交流電與某一直流電通過同一電阻，在相同的時間內(nèi)所產(chǎn)生的熱量相等，那么這個直流電的電流和電壓值就分別稱為相應(yīng)交流電的電流和電壓的有效值(2)應(yīng)用交流用電器銘牌上所標(biāo)的額定電壓(電流)均是指有效值交流電壓表(電流表)測出的數(shù)值是有效值無特別說明時提到的交變電流的數(shù)值(通常值)也是指有效值3二者關(guān)系對正弦交變電流，有效值I、U與峰值Im、Um之間的關(guān)系為IIm，UUm.(1)生活用電的電壓

7、220 V指有效值，動力用電的電壓380 V指峰值(×)(2)關(guān)系式I和U適用于任意的交變電流(×)(3)交流電的有效值是指相同時間內(nèi)，產(chǎn)生相同熱量的直流電的值(×)在用有效值的定義計算時，“相同時間”應(yīng)取多長時間？【提示】在計算有效值時，“相同時間”至少應(yīng)為一個周期，或一個周期的整數(shù)倍探討1：對于按正(余)弦規(guī)律變化的電流，應(yīng)如何求解有效值？【提示】可先根據(jù)EmNBS求出其最大值，然后根據(jù)E求出其有效值探討2：當(dāng)電流按照非正(余)弦規(guī)律變化時，應(yīng)如何求解有效值？【提示】必須根據(jù)電流的熱效應(yīng)求解，且時間一般至少取一個周期具體做法為：分段計算交變電流在一個周期內(nèi)產(chǎn)生

8、的熱量Q，然后在一個周期的時間內(nèi)，讓恒定電流通過相同的電阻，產(chǎn)生相同的熱量Q.根據(jù)QI2Rt或Qt求出I、U即為交變電流的電流、電壓的有效值1交變電流有效值的求解(1)若按正(余)弦規(guī)律變化的電流，可利用交變電流的有效值與峰值間的關(guān)系求解，即E，U，I.(2)當(dāng)電流是按非正(余)弦規(guī)律變化時，必須根據(jù)電流的熱效應(yīng)來求解有效值，且時間一般取一個周期，其具體做法是：假設(shè)讓交變電流通過電阻R，計算交變電流在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q(可分段計算)，其中熱量Q用相應(yīng)的物理量的有效值表示(如QI2Rt，Q)，進(jìn)而求出相應(yīng)的有效值2幾種常見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正弦半波電流I正

9、弦單向脈動電流I矩形脈動電流I Im非對稱性交變電流I 3交變電流“四值”辨析物理含義重要關(guān)系適用情況瞬時值交變電流某一時刻的值eEmsin tiImsin t分析線圈某一時刻的受力情況最大值最大的瞬時值EmNBSIm確定用電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EUI(1)計算與電流熱效應(yīng)相關(guān)的量(如功率、熱量)(2)交流電表的測量值(3)電氣設(shè)備標(biāo)注的額定電壓、額定電流(4)保險絲的熔斷電流平均值交變電流圖像中圖線與時間軸所夾面積與時間的比值n計算通過電路截面的電量4如圖2­2­3所示為一交變電流的圖像，則該交變電流的有效值為()圖2­2­

10、;3A.I0B.I0C.I0DI0I0【解析】令該交變電流通過一電阻R，它在前半周期內(nèi)通過該電阻產(chǎn)生的熱量Q1R·，它在后半周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q2IR·，故在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q交Q1Q2IRT，設(shè)某一恒定電流I在相同的時間T內(nèi)通過該電阻產(chǎn)生的熱量為I2RT，由有效值的定義知：IRTI2RT，得II0，故B正確【答案】B5通過一阻值R100 的電阻的交變電流如圖2­2­4所示，其周期為1 s電阻兩端電壓的有效值為() 【導(dǎo)學(xué)號：46042097】圖2­2­4A12 VB4 VC15 V D8 V【解析】根據(jù)圖像，一個周期T1 s，設(shè)該

11、交變電流的有效值為U,00.4 s的時間間隔為t10.4 s,0.40.5 s的時間間隔t20.1 s，根據(jù)電流的熱效應(yīng)，由2(IRt1IRt2)，解得U4 V，B正確【答案】B6如圖2­2­5所示，線圈abcd的面積是0.05 m2，共100匝，線圈電阻為1 ，外接電阻R9 ，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為BT，當(dāng)線圈以300 r/min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動時，求：圖2­2­5(1)轉(zhuǎn)動中感應(yīng)電動勢的最大值和有效值；(2)電路中交流電壓表和電流表的示數(shù)；(3)線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過90°的過程中通過電阻R的電量【解析】(1)EmNBS100××0.05×2× V50 VE25 V35.4 V.(2)電流表示數(shù)：I3.54 A電壓表示數(shù)：UIR3.54×9 V31.86 V.(3)從圖示位置轉(zhuǎn)過90°的過程中，N，又因為，所以qt0.16 C.【答案