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(通用)高中物理 第二章 交變電流 2.2 描述交流電的物理量課件 教科選修32

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1、2描述交流電的物理量第二章交變電流學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握交變電流的周期、頻率、線圈轉(zhuǎn)動(dòng)角速度三者之間的關(guān)系.2.能理解電流的有效值,知道有效值是與熱效應(yīng)有關(guān)的量.3.掌握交變電流有效值與峰值的關(guān)系,會(huì)進(jìn)行有效值的計(jì)算.內(nèi)容索引自主預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)新知 夯實(shí)基礎(chǔ)重點(diǎn)探究啟迪思維 探究重點(diǎn)達(dá)標(biāo)檢測(cè)檢測(cè)評(píng)價(jià) 達(dá)標(biāo)過(guò)關(guān)自主預(yù)習(xí)一、周期和頻率一、周期和頻率1.周期(T):交變電流作一次 變化所需的時(shí)間.2.頻率(f):交變電流在1 s內(nèi)完成 的次數(shù).3.T 或f .周期性周期性變化二、峰值和有效值二、峰值和有效值1.峰值:交變電流的電壓、電流能達(dá)到的 叫峰值.2.有效值:讓交變電流與恒定電流分別通過(guò) 的電阻,如果在交

2、變電流的一個(gè)周期內(nèi)它們產(chǎn)生的 相等,則此恒定電流的數(shù)值叫做交變電流的有效值.3.在正弦式交變電流中,最大值與有效值之間的關(guān)系E Em,U Um,I Im.最大值大小相同熱量0.7070.7070.707即學(xué)即用即學(xué)即用1.判斷下列說(shuō)法的正誤.(1)正弦式交變電流的正負(fù)兩部分是對(duì)稱(chēng)的,所以有效值為零.()(2)交變電流的有效值就是一個(gè)周期內(nèi)的平均值.()(3)一個(gè)正弦式交變電流的峰值同周期、頻率一樣是不變的,但有效值是隨時(shí)間不斷變化的.()(4)交流電路中,電壓表、電流表的測(cè)量值都是有效值.()答案答案2.我國(guó)電網(wǎng)中交流電的頻率為50 Hz,則我國(guó)提供市電的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為 r/min.3 0

3、00重點(diǎn)探究導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究如圖1所示,交變電流完成一次周期性變化需要多長(zhǎng)時(shí)間?在1 s內(nèi)完成多少次周期性變化?一、周期和頻率答案圖1答案答案完成一次周期性變化需要0.02 s;在1 s內(nèi)完成50次周期性變化.知識(shí)深化知識(shí)深化交變電流的周期和頻率跟發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的角速度或轉(zhuǎn)速n有關(guān).(n)越大,周期越短,頻率越高,其關(guān)系為T(mén) ,2f2n.解析解析由題圖知T0.2 s,故f 5 Hz,即1 s內(nèi)完成5個(gè)周期,線圈轉(zhuǎn)5圈,每轉(zhuǎn)1圈電流方向改變2次,故A錯(cuò)誤,B、D正確;在t0.1 s時(shí),e0,所以線圈平面與磁場(chǎng)方向垂直,故C錯(cuò)誤.例例1(多選)矩形金屬線圈共10匝,繞垂直于磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)軸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中

4、勻速轉(zhuǎn)動(dòng),線圈中產(chǎn)生的交流電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t變化的情況如圖2所示.下列說(shuō)法中正確的是A.此交變電流的頻率為0.2 HzB.1 s內(nèi)電流方向變化10次C.t0.1 s時(shí),線圈平面與磁場(chǎng)方向平行D.1 s內(nèi)線圈轉(zhuǎn)5圈圖2答案解析答案答案QI12Rt1I22Rt24210.5 J2210.5 J10 J.導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究1.圖3是通過(guò)一個(gè)R1 的電阻的電流i隨時(shí)間t變化的圖像.(1)試計(jì)算1 s內(nèi)電阻R中產(chǎn)生的熱量.二、峰值和有效值圖3答案答案答案根據(jù)交變電流有效值的定義可得QI2Rt,(2)如果有一個(gè)大小、方向都不變的恒定電流通過(guò)這個(gè)電阻R,也能在1 s內(nèi)產(chǎn)生同樣的熱量,這個(gè)電流是多大?答案答案答案

5、小燈泡不會(huì)被燒壞,交流電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式u6 sin (100t) V中6 V是峰值,其有效值為6 V,而標(biāo)有“6 V2 W”的小燈泡中的6 V是有效值.電容器會(huì)被擊穿.2.某交流電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式u6 sin (100t) V,把標(biāo)有“6 V2 W”的小燈泡接在此電源上會(huì)不會(huì)被燒壞?把標(biāo)有6 V的電容器接在此電源上會(huì)不會(huì)被擊穿?答案知識(shí)深化知識(shí)深化1.峰值和有效值的應(yīng)用峰值和有效值的應(yīng)用(1)電容器所能承受的電壓應(yīng)高于交流電的峰值,否則電容器可能被擊穿.(2)電氣設(shè)備銘牌上標(biāo)注的額定電壓、額定電流都是有效值.交流電壓表和交流電流表測(cè)量的也是有效值.(3)保險(xiǎn)絲的熔斷電流為有效值.2.有效值的

6、計(jì)算有效值的計(jì)算(1)對(duì)于正弦式交變電流,可先根據(jù)EmnBS求出峰值,然后根據(jù)E求出其有效值.(2)當(dāng)電流是非正弦式交變電流時(shí),必須根據(jù)有效值的定義求解.先計(jì)算交變電流在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q,再將熱量Q用相應(yīng)的物理量的有效值表示,即QI2RT或Q ,最后代入數(shù)據(jù)求解有效值.例例2(多選)下列關(guān)于交流電的說(shuō)法中正確的是 A.交流電氣設(shè)備的銘牌上所標(biāo)的電壓值和電流值是交流電的峰值B.用交流電流表和交流電壓表測(cè)定的讀數(shù)值是交流電的瞬時(shí)值C.給定的交流數(shù)值,在沒(méi)有特別說(shuō)明的情況下是指有效值D.跟交變電流有相同的熱效應(yīng)的直流電的數(shù)值是交變電流的有效值解析解析對(duì)于交變電流,在沒(méi)有特別說(shuō)明的情況下指有效值

7、,交流電流表和交流電壓表測(cè)定的讀數(shù)值是交流電的有效值,交流電氣設(shè)備的銘牌上所標(biāo)的電壓值和電流值也是有效值,A、B錯(cuò)誤,C正確;根據(jù)有效值定義可知,D正確.答案解析例例3通過(guò)一阻值R100 的電阻的交變電流如圖4所示,其周期為1 s.電阻兩端電壓的有效值為 答案解析圖4解析解析根據(jù)電流的熱效應(yīng)先計(jì)算電流的有效值.由(0.1 A)2R0.4 s2(0.2 A)2R0.1 s2I2R1 s,可得流過(guò)電阻的電流的有效值I ,電阻兩端電壓的有效值為UIR ,故B正確.對(duì)于非正弦式交變電流的有效值,應(yīng)按有效值的定義計(jì)算,計(jì)算時(shí)要緊扣電流通過(guò)電阻產(chǎn)生的熱量進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算時(shí)間一般取一個(gè)周期,半周期對(duì)稱(chēng)的可取半

8、個(gè)周期.總結(jié)提升總結(jié)提升例例4(多選)圖5甲、乙分別為兩種電壓的波形,其中圖甲所示的電壓按正弦規(guī)律變化,圖乙所示的電壓波形是正弦函數(shù)的一部分.下列說(shuō)法正確的是 A.圖甲、圖乙均表示交流電B.圖甲所示電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為 u20sin 100t(V)C.圖甲所示電壓的有效值為10 VD.圖乙所示電壓的有效值為10 V答案解析圖5解析解析根據(jù)交變電流的定義,題圖甲、乙均表示交流電,題圖甲所示電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為u20sin 100t(V),選項(xiàng)A、B正確;根據(jù)有效值的定義得: ,解得題圖乙所示電壓的有效值U乙10 V,選項(xiàng)D正確.1.有效值(1)只有正(或余)弦式交流電的有效值根據(jù)E 計(jì)算.(2)

9、計(jì)算與電流熱效應(yīng)有關(guān)的量(如電功、電功率、熱量)要用有效值.(3)交流電表的測(cè)量值,電氣設(shè)備標(biāo)注的額定電壓、額定電流,通常提到的交流電的數(shù)值都是指有效值.三、正弦式交流電有效值、最大值、平均值的對(duì)比2.平均值3.寫(xiě)正弦式交流電瞬時(shí)值表達(dá)式eEmsin t時(shí)要用到最大值.最大值EmnBS.例例5如圖6所示,矩形線圈面積為S,匝數(shù)為n,線圈電阻為r,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直磁場(chǎng)方向的OO軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng),外電路電阻為R.當(dāng)線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)90的過(guò)程中,求:(1)通過(guò)電阻R的電荷量q;圖6答案解析(2)電阻R上所產(chǎn)生的熱量Q.答案解析達(dá)標(biāo)檢測(cè)1.(描述交變電流的物理量描述交變電流的物理

10、量)小型交流發(fā)電機(jī)中,矩形金屬線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng),產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與時(shí)間成正弦函數(shù)關(guān)系,如圖7所示,此線圈與一個(gè)R10 的電阻構(gòu)成閉合電路,不計(jì)電路的其他電阻.下列說(shuō)法正確的是 A.交變電流的頻率為8 HzB.交變電流的有效值為C.交變電流的最大值為4 AD.電流的瞬時(shí)值表達(dá)式為i2sin (4t) A答案1234圖7解析解析解析由題圖可知,交變電流的周期為0.25 s,故頻率為4 Hz,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;根據(jù)歐姆定律可知交變電流的最大值為2 A,故有效值為 ,選項(xiàng)B正確,C錯(cuò)誤;因2f8 rad/s,故電流的瞬時(shí)值表達(dá)式為i2sin (8t) A,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤.1234解析解析設(shè)該交變電流的

11、有效值為I,讓該交變電流和直流電分別通過(guò)同一電阻(阻值為R),在一個(gè)周期(T0.2 s)內(nèi),該交變電流產(chǎn)生的熱量QI12Rt1I22Rt2在一個(gè)周期內(nèi)直流電通過(guò)該電阻產(chǎn)生的熱量QI2RT由QQ,代入數(shù)據(jù),解得I5 A.2.(交變電流有效值的計(jì)算交變電流有效值的計(jì)算)如圖8所示是一交變電流隨時(shí)間變化的圖像,求此交變電流的有效值.圖81234答案解析答案答案5 A3.(有效值的應(yīng)用有效值的應(yīng)用)一臺(tái)小型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的正弦規(guī)律圖像如圖9甲所示.已知發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為5.0 ,外接一只電阻為95.0 的燈泡,如圖乙所示,則 A.電壓表 的示數(shù)為220 VB.電路中的電流方向每秒鐘改變50

12、次C.燈泡實(shí)際消耗的功率為484 WD.發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳 熱為24.2 J答案圖9解析1234電流的有效值I 2.2 A,發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱為QrI2rt2.225.01 J24.2 J,D正確.解析解析電壓表示數(shù)為燈泡兩端電壓的有效值,由題圖甲知電動(dòng)勢(shì)的最大值Em ,則電動(dòng)勢(shì)的有效值E220 V,燈泡兩端電壓U209 V,A錯(cuò)誤;1234由題圖甲知T0.02 s,一個(gè)周期內(nèi)電流方向變化兩次,可知1 s內(nèi)電流方向變化100次,B錯(cuò)誤;燈泡的實(shí)際功率P 459.8 W,C錯(cuò)誤;4.(正弦式交流電有效值、最大值、平均值的對(duì)比正弦式交流電有效值、最大值、平均值的對(duì)比)如圖10所示,單匝矩形閉合導(dǎo)線框abcd全部處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,線框面積為S,電阻為R.線框繞與cd邊重合的豎直固定轉(zhuǎn)軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng),線框中感應(yīng)電流的有效值I .線框從中性面開(kāi)始轉(zhuǎn)過(guò) 的過(guò)程中,通過(guò)導(dǎo)線橫截面的電荷量q .答案解析1234圖101234

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