第2節(jié)　正弦交變電流的描述　

第2節(jié)正弦交變電流的描述核心素養(yǎng)導學物理觀念(1)知道交變電流周期、頻率的含義及二者之間的關系。(2)知道峰值和有效值的含義及二者之間的關系。(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和電流的額定值是有效值?？茖W思維(1)能結合交變電流的公式和圖像識別周期(頻率)、峰值，會用周期(頻率)、峰值等物理量通過函數(shù)表達式和圖像來描述交變電流。(2)經(jīng)歷根據(jù)電流的熱效應推導交變電流的有效值的過程?？茖W探究通過課前預習，培養(yǎng)基于問題進行猜想假設的能力?？茖W態(tài)度與責任體悟物理中的研究方法和科學思想上的一致性，感悟物理的統(tǒng)一之美。一、周期和頻率1．周期和頻率的物理意義：表征交變電流__________的物理量。2．周期：做一次周期性變化所需的_____，用符號T表示，單位是s。3．頻率：完成周期性變化的次數(shù)與所用時間的比，用符號f表示，單位是Hz。5．工頻：電力系統(tǒng)提供的正弦交流電的____，我國使用的頻率標準為50Hz。變化快慢時間2πf頻率二、峰值有效值1．峰值(1)定義：交變電流的電流或電壓的______值，表示電流的強弱或電壓的高低。(2)應用：電容器所能承受的電壓要_______交流電壓的峰值，否則電容器就可能被擊穿。2．有效值(1)定義：如果交流電與某一直流電通過同一電阻，在交流電的一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量________，則這個直流電的電流和電壓值，就分別稱為相應交流電電流和電壓的有效值。通常用符號I和U表示。最大高于相等有效值1.

如圖是手搖交流發(fā)電機模型，判斷下列說法是否正確。(1)若交變電流是線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動形成的，則交變電流的周期也就是線圈勻速轉(zhuǎn)動的周期。

()(2)若交變電流的周期T＝0.02s，則其頻率為f＝50Hz。

()(3)若交變電流的周期T＝0.02s，則發(fā)電機轉(zhuǎn)子的角速度ω＝100πrad/s。

()√√√2．如圖所示，將一個恒定電流和一個交變電流分別通過同一個燈泡。若發(fā)現(xiàn)兩種情況下小燈泡的亮度是相同的，則說明所通過的恒定電流和交變電流間存在怎樣的關系？提示：恒定電流的值等于交變電流的有效值。新知學習(一)|描述交變電流的物理量[任務驅(qū)動]如圖，線圈在磁場中勻速轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)速為n。(1)通過電流表交變電流的周期和頻率是多少？(2)當線圈轉(zhuǎn)速增大時，周期和頻率怎樣變化？/方法技巧/(1)線圈轉(zhuǎn)動一周，交變電流恰好完成一次周期性變化。(2)從線圈轉(zhuǎn)動的角度來說，周期就是線圈在磁場中轉(zhuǎn)動一周所用的時間；頻率就是線圈在磁場中單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)動的圈數(shù)。(3)線圈在勻強磁場中轉(zhuǎn)動一周，電動勢、電流都按正(余)弦規(guī)律變化一次。[針對訓練]1．關于交變電流的周期和頻率，下列說法中正確的是

(

)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．50Hz的交變電流，其周期等于0.05s2．電流方向每秒改變100次的交變電流，它的周期和頻率分別是

(

)A．0.01s和100Hz

B．0.01s和50HzC．0.02s和50Hz D．0.02s和100Hz解析：一個周期內(nèi)電流方向改變兩次，所以f＝50Hz，則T＝0.02s，C正確。答案：C

新知學習(二)|有效值的理解和計算[重點釋解]1．交變電流有效值的理解(1)交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應定義的。(2)等效是指恒定電流和交變電流，在相同的時間內(nèi)，在相同的電阻上產(chǎn)生的熱量相同。(3)通常所說的交變電流的電壓、電流，用電表測量的交變電流的電壓、電流，以及用電器的額定電壓、額定電流，還有保險絲的熔斷電流，都是指其有效值。3．五種常見電流的有效值續(xù)表新知學習(三)|交變電流“四值”的對比應用[典例]在水平方向的勻強磁場中，有一個正方形閉合線圈繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動，已知線圈的匝數(shù)為N＝100匝，邊長為20cm，電阻為10Ω，轉(zhuǎn)動頻率f＝50Hz，磁場的磁感應強度為0.5T，求：(1)外力驅(qū)動線圈轉(zhuǎn)動的功率；(2)當線圈轉(zhuǎn)至線圈平面與中性面的夾角為30°時，線圈產(chǎn)生的感應電動勢及感應電流的大?。?3)線圈由中性面轉(zhuǎn)至與中性面成60°角的過程中，通過導線橫截面的電荷量。[系統(tǒng)歸納]正弦式交變電流的四值對比續(xù)表2．(多選)單匝閉合矩形線框電阻為R，在勻強磁場中繞與磁感線垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動，穿過線框的磁通量Φ與時間t的關系圖像如圖所示。下列說法正確的是(

)一、好素材分享——看其他教材如何落實核心素養(yǎng)

物理觀念——交變電流的描述1．(選自魯科版新教材課后練習)(多選)一個矩形線圈在勻強磁場中轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的感應電動勢大小為e＝220sin100πtV，則

(

)A．交變電流的頻率是100πHzB．t＝0時，線圈位于中性面C．交變電流的周期是0.02sD．t＝0.05s時，e有最大值

科學思維——交變電流的“四值”2．(選自粵教版新教材課后練習)某一正弦式電流通過一個阻值為100Ω的電阻，其熱效應與1A的恒定電流在相同時間內(nèi)通過該電阻所產(chǎn)生的熱效應相同。(1)這個正弦式電流的電壓、電流的有效值分別是多少？(2)這個正弦式電流的電壓、電流的峰值分別是多少？

科學態(tài)度與責任——交流發(fā)電機問題3.

(選自粵教版新教材課后練習)一臺發(fā)電機的結構如圖所示，N、S是永久磁鐵的磁極。M是圓柱形鐵芯，鐵芯外套有一矩形線圈，線圈繞鐵芯M中心的固定轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動。磁極與鐵芯之間的縫隙形成沿半徑方向的磁場。若從圖示位置開始計時，取此時的電動勢為正值，請畫出線圈中感應電動勢e隨時間t變化的圖像。答案：

二、新題目精選——品立意深處所蘊含的核心價值1．(2022·廣東高考)

如圖是簡化的某種旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機原理圖。定子是僅匝數(shù)n不同的兩線圈，n1>n2，二者軸線在同一平面內(nèi)且相互垂直，兩線圈到其軸線交點O的距離相等，且均連接阻值為R的電阻，轉(zhuǎn)子是中心在O點的條形磁鐵，繞O點在該平面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動時，兩線圈輸出正弦式交變電流。不計線圈電阻、自感及兩線圈間的相互影響，下列說法正確的是

(

)A．兩線圈產(chǎn)生的電動勢的有效值相等B．兩線圈產(chǎn)生的交變電流頻率相等C．兩線圈產(chǎn)生的電動勢同時達到最大值D．兩電阻消耗的電功率相等3．(2023·湖南高考)(多選)

某同學自制了一個手搖交流發(fā)電機，

如圖所示。大輪與小輪通過皮帶傳動(皮帶不打滑)，半徑之

比為4∶1，小輪與線圈固定在同一轉(zhuǎn)軸上。線圈是由漆包

線繞制而成的邊長為L的正方形，共n匝，總阻值為R。磁

體間磁場可視為磁感應強度大小