人教版(新教材)高中物理選擇性必修2學案4：3 2 交變電流的描述

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊PAGEPAGE13.2交變電流的描述〖學習目標〗1.知道交變電流周期與頻率的含義,以及它們相互間的關(guān)系,知道我國生產(chǎn)和生活用電的周期(頻率)的大小。2.知道交變電流峰值和有效值的意義,能利用有效值的定義計算某些交變電流的有效值,會應用正弦式交變電流有效值公式進行相關(guān)計算。〖知識梳理〗知識點一、周期和頻率(1)周期：交變電流完成一次周期性變化所需的時間，用T表示，單位是秒。(2)頻率：交變電流在1s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，用f表示,單位是赫茲，符號Hz。(3)二者關(guān)系：T=1f或f=知識點二、峰值和有效值(1)峰值①定義：交變電流的電壓、電流所能達到的最大值。②應用：電容器所能承受的電壓要高于交流電壓的峰值。(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電阻,如果在交變電流的一個周期內(nèi)它們產(chǎn)生的熱量相同,那么這個恒定電流的電流、電壓,叫作這個交變電流的有效值。②應用a.交流用電設(shè)備上所標的額定電壓和額定電流(額定值)。b.交流電壓表測量的數(shù)值(測量值)。c.無特別說明時提到的交變電流的數(shù)值(通常值)。(3)關(guān)系：對于正弦式交變電流,有效值I、U與峰值Im、Um之間的關(guān)系：I=交變電流的“四值”項目物理含義重要關(guān)系適用情況瞬時值交變電流某一時刻的值e=Emsinωti=Imsinωt計算線圈某一時刻的受力情況計算氖管的發(fā)光時間最大值最大的瞬時值Em=nBSωIm=E確定用電器的耐壓值有效值跟交變電流的熱效應等效的恒定電流值E=Em2；U=Um2；I=(1)計算與電流熱效應相關(guān)的量(如功率、熱量);(2)交流電表的測量值;(3)電氣設(shè)備標注的額定電壓、額定電流;(4)保險絲的熔斷電流平均值—E=nΔI計算通過電路橫截面的電荷量〖『點石成金』〗對有效值的理解與計算(1)對有效值的理解交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應定義的,理解有效值重點在“等效”,“效果”相同在定義中體現(xiàn)為相同電阻、相同時間,產(chǎn)生相同熱量,交變電流與多大的直流電“效果”相同,有效值就是多大。(2)有效值的計算①對于正弦式交變電流,可先根據(jù)Em=nBSω求出最大值,然后根據(jù)E=Em②對于非正弦式交變電流,必須根據(jù)有效值的定義求解。即例如,某一交變電流的電壓波形如圖所示,求這一交變電流電壓的有效值。由于不是正弦式交變電流,所以不能用U=Um2求解即(8V)2R·T2(3)幾種常見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=正弦式半波電流I=正弦單向脈沖電流I=矩形脈沖電流I=非對稱性矩形脈沖電流I=知識點三、電感器和電容器對交變電流的作用感抗：由于電感器(線圈)與交變電流之間的電磁感應作用所引起對交變電流的阻礙作用。感抗的影響因素：線圈的自感系數(shù)越大，交流的頻率越高，線圈的感抗就越大。扼流圈利用了電感器對交流的阻礙作用。①低頻扼流圈（自感系數(shù)大）：通直流，阻交流。②高頻扼流圈（自感系數(shù)?。和ㄖ绷?，通低頻，阻高頻。容抗：電容器對交流阻礙作用的大小。容抗的影響因素：電容器的電容越大，交流的頻率越高，電容器對交流的阻礙作用就越小，即容抗越小。電容器在電路中的作用：通交流、隔直流，通高頻、阻低頻。交變電流能夠“通過”電容器的本質(zhì)：由于交變電流的方向不斷變化，電容器在充電、放電過程中，電路中就有了電流，變現(xiàn)為交變電流“通過”了電容器。實際上自由電荷并沒有通過兩極板間的絕緣介質(zhì)?！嫉淅觥嚼?．某家用柴油發(fā)電機正常工作時能夠產(chǎn)生與我國照明電網(wǎng)相同的交變電流?，F(xiàn)在該發(fā)電機出現(xiàn)了故障，轉(zhuǎn)子勻速轉(zhuǎn)動時的轉(zhuǎn)速只能達到正常工作時的一半，則它產(chǎn)生的交變電動勢隨時間變化的圖像是()例2．一電阻接到方波交流電源上，在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q方；若該電阻接到正弦式交流電源上，在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q正。該電阻上電壓的峰值均為u0，周期均為T，如圖所示。則Q方∶Q正等于()A．1∶eq\r(2)B．eq\r(2)∶1C．1∶2D．2∶1例3．甲、乙兩矩形單匝金屬線圈分別繞與磁感線垂直的軸在同一勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，輸出交流電的感應電動勢隨時間變化的圖像如圖中甲、乙所示，則()A．甲線圈的頻率是乙線圈頻率的2倍 B．甲線圈的面積是乙線圈面積的6倍C．t＝1s時，兩線圈中的磁通量均為零 D．t＝2s時，兩線圈均與磁感線平行例4．〖多選〗如圖所示，一矩形金屬線圈面積為S、匝數(shù)為N，在磁感應強度為B的勻強磁場中，以角速度ω繞垂直于磁場的固定軸勻速轉(zhuǎn)動，則()A．感應電動勢的峰值是NBSωB．感應電動勢的有效值是eq\f(1,2)NBSωC．從中性面開始轉(zhuǎn)過30°時，感應電動勢的瞬時值是eq\f(1,2)NBSωD．從中性面開始轉(zhuǎn)過90°的過程中，感應電動勢的平均值是eq\f(NBSω,π)例5．一矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生正弦式交變電流,其電動勢隨時間的變化規(guī)律如圖甲所示。現(xiàn)若將線圈轉(zhuǎn)速增加為原來的2倍,并以線圈平面與磁場平行時(如圖乙)為計時起點,則下列關(guān)于電動勢隨時間變化規(guī)律的四幅圖像正確的是()

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁例1．〖答案〗B〖解析〗線圈轉(zhuǎn)速為正常工作時的一半，根據(jù)ω＝2πn知，線圈轉(zhuǎn)動的角速度變?yōu)檎９ぷ鲿r的一半，又根據(jù)Em＝NBSω知，最大值變?yōu)檎r的一半，結(jié)合我國電網(wǎng)交流電實際情況，知正確選項為B。例2．〖答案〗D〖解析〗由焦耳定律和有效值概念知，一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q方＝eq\f(u\o\al(2,0),R)·eq\f(T,2)＋eq\f(u\o\al(2,0),R)·eq\f(T,2)＝eq\f(u\o\al(2,0),R)T，Q正＝eq\f(U\o\al(2,有效),R)T＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(u0,\r(2))))2,R)T＝eq\f(1,2)·eq\f(u\o\al(2,0),R)T，故Q方∶Q正＝2∶1，故D正確。例3．〖答案〗B〖解析〗由題圖知，甲的周期為2s，乙的周期為1s，所以f甲∶f乙＝1∶2，選項A錯誤。甲的電動勢峰值為6V，乙的電動勢峰值為2V，由Em＝BSω可知S甲∶S乙＝6∶1，選項B正確。當線圈處于中性面時，通過線圈的磁通量最大，而感應電動勢為零；當線圈處于中性面垂面位置時，通過線圈的磁通量為零，而感應電動勢最大。t＝1s和t＝2s時，兩線圈均處于中性面位置，選項C、D錯誤。例4．〖答案〗AC〖解析〗感應電動勢的峰值Em＝NBSω，故A正確；正弦式交變電流的有效值E＝eq\f(Em,\r(2))＝eq\f(\r(2),2)NBSω，故B錯誤；當線圈轉(zhuǎn)到中性面位置時開始計時，線圈中感應電動勢隨時間變化的表達式為e＝Emsinωt＝NBSωsinωt，當ωt＝eq\f(π,6)時，e＝eq\f(NBSω,2)，故C正確；根據(jù)法拉第電磁感應定律可知，在線圈轉(zhuǎn)過90°的過程中，線圈中感應電動勢的平均值eq\x\to(E)＝eq\f(NΔΦ,Δt)＝eq\f(NBS,\f(π,2ω))＝eq\f(2NBSω,π)，故D錯誤。例5．〖答案〗B〖解析〗由題圖甲可知，周期T＝4×10－2s，則角速度ω＝eq\f(2π,T)＝eq\f(2π,4×10－2)rad/s＝50πrad/s，電動勢最大值Em＝NBSω＝100V。當線圈轉(zhuǎn)速增加為原來