《2018-2019版高中物理 第三章 電磁感應(yīng) 第3講 交變電流學(xué)案 新人教版選修1-1》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《2018-2019版高中物理 第三章 電磁感應(yīng) 第3講 交變電流學(xué)案 新人教版選修1-1(9頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、
第3講 交變電流
[目標(biāo)定位] 1.了解交變電流是怎樣產(chǎn)生的.2.定性了解交變電流的變化規(guī)律及其圖象表示和主要特征物理量.3.知道交變電流能通過電容器的原因,了解交變電流這一特性在電子技術(shù)中的應(yīng)用.4.初步了解發(fā)電機、交變電流的發(fā)明和利用對促進(jìn)人類社會進(jìn)步的作用,進(jìn)一步體驗科學(xué)、技術(shù)與社會生活之間的密切關(guān)系.
一、電流發(fā)電機
1.發(fā)電機的原理: 由于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動使得穿過線圈的磁通量發(fā)生變化,在線圈中激發(fā)出感應(yīng)電動勢.
2.交變電流:大小、方向隨時間做周期性變化的電流,簡稱交流.各種電池供給的電流只沿一個方向流動,叫做直流.
想一想 你是怎樣區(qū)別直流電流和交變電流的?這兩種電流有
2、何根本區(qū)別?
答案 大小、方向隨時間做周期性變化的電流叫做交變電流,各種電池供給的只沿一個方向流動的電流叫做直流.這兩種電流的根本區(qū)別在于交變電流的方向隨時間做周期性變化,直流電流的方向不隨時間變化.
二、交流的變化規(guī)律
1.電網(wǎng)中的交變電流,它的電流、電壓隨時間按正弦函數(shù)的規(guī)律變化,叫做正弦式電流.
2.表達(dá)式:i=Imsin__ωt
u=Umsin__ωt
式中Im、Um分別是電流、電壓的最大值,叫做交流的峰值.
3.周期和頻率
(1)交流完成一次周期性變化所需的時間叫做交流的周期,通常用T表示,它的單位是秒.交流在1 s內(nèi)發(fā)生周期性變化的次數(shù),叫做交流的頻率,通常用f表示
3、,它的單位是赫茲,簡稱赫,符號是Hz.
(2)周期和頻率的關(guān)系為T=或f=.
想一想 家里電燈用的是交變電流,電流在最大值和零之間不斷變化,但我們?yōu)槭裁纯床坏诫姛舻拈W爍?
答案 交流電的周期是0.02 s,電流每周期內(nèi)兩次達(dá)最大值,兩次為零,所以電燈兩次最亮的時間間隔僅0.01 s,比人眼的視覺暫留時間要小,所以感覺不到電燈的閃爍.另外由于電燈發(fā)光是燈絲高溫?zé)霟岚l(fā)光,燈絲的溫度變化需要有一定的時間,而電流兩次最大的時間間隔很短,燈絲的溫度、亮度不會有明顯的變化.
三、交流能夠通過電容器
電容器能夠“隔直流,通交流”,這一點在電子技術(shù)中有重要應(yīng)用.
想一想 交流電是如何“通過”電容器
4、的?
答案 由于交流電的電壓值不斷隨時間變化,電容器接到交流電源兩端時,如果電壓升高,則電容器充電,在電路中形成充電電流.經(jīng)過峰值以后,交流電壓降低,電容器放電,形成放電電流.盡管電荷實際上并沒有越過兩極板間的介質(zhì),但從外電路看來,導(dǎo)線中的電荷確實在流動,所以,電容器的充電和放電表現(xiàn)為交流電通過了電容器.
四、交流的有效值
1.交流的有效值,是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來規(guī)定的:把交流和直流通過相同的電阻,如果在相同的時間里它們產(chǎn)生的熱量相等,我們就把這個直流的電壓、電流的數(shù)值叫做交流電壓、電流的有效值.
2.正弦式電流的有效值和峰值之間的關(guān)系:
Ie=≈0.707 Im Ue=≈0.707
5、Um
在各種使用交變電流的電器設(shè)備上,所標(biāo)注的額定電壓、額定電流值,都是交流的有效值.
想一想 我們常說“照明電路的電壓是220 V,動力電路的電壓是380 V”指的是交流電壓的什么值?
答案 有效值
一、交流電及其產(chǎn)生
1.直流電:方向不隨時間變化的電流,稱為直流電.
交變電流:大小和方向都隨時間做周期性變化的電流.
2.各種發(fā)電機都由固定不動的“定子”和連續(xù)轉(zhuǎn)動的“轉(zhuǎn)子”組成.常見發(fā)電機有兩類:
(1)旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機:線圈在磁場中旋轉(zhuǎn).線圈(電樞)是轉(zhuǎn)子,磁體是定子.
(2)旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機:磁體轉(zhuǎn)動,是轉(zhuǎn)子;線圈不動,是定子.
無論是線圈轉(zhuǎn)動,還是磁體轉(zhuǎn)動,都是
6、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動使得穿過線圈的磁通量發(fā)生變化,在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢.
3.交流發(fā)電機的原理
當(dāng)閉合線圈在磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動時,穿過線圈的磁通量發(fā)生變化,因而在線圈中就產(chǎn)生感應(yīng)電流.線圈做周期性的運動,在線圈中就產(chǎn)生了大小和方向隨時間做周期性變化的交變電流.
例1 將線圈置于范圍足夠大、方向豎直向下的勻強磁場B中,各線圈的運動方式如下列圖所示,則能夠在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的是( )
答案 C
解析 只有C圖穿過線圈的磁通量發(fā)生變化,在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢.
針對訓(xùn)練1 下圖中屬于交變電流的是( )
答案 BC
解析 根據(jù)交變電流的定義判斷,大小和方向都隨時間做
7、周期性變化的電流叫做交變電流.符合此定義的是B、C兩圖,A、D兩圖中只是電流的大小做周期性變化,方向未變,不符合定義.
二、交流電的變化規(guī)律及描述
1.正弦式交流電的變化規(guī)律:
(1)電流、電壓隨時間按正弦規(guī)律變化.
(2)圖象為正弦曲線(如圖3-3-1所示):
圖3-3-1
2.描述交流電的各物理量的關(guān)系
(1)周期(T)與頻率(f)
周期與頻率互為倒數(shù)關(guān)系,即T=或f=.
(2)峰值與有效值
①對于正弦式交流電:
I=,U=,E=
②對于一般的交流電要根據(jù)有效值的定義去求.
(3)有效值與平均值
①對于某交流電,它的有效值是恒定的,可以通過峰值求得.
②交
8、流電的平均值=n,而在不同的時間Δt內(nèi)是不同的,電流的平均值=.
③在計算熱量、電功、電功率時用有效值;在計算通過導(dǎo)體的電荷量時用平均值.
例2 圖3-3-2是一正弦式交變電流的電壓圖象.從圖象可知電壓的最大值和頻率分別為( )
圖3-3-2
A.40 V,100 Hz B.20 V,100 Hz
C.40 V,50 Hz D.20 V,50 Hz
答案 D
解析 從圖象可知電壓的最大值是20 V,周期是0.02 s,所以頻率f==50 Hz,選項D正確.
針對訓(xùn)練2 在相同時間內(nèi),某正弦交流電流通過一阻值為100 Ω的電阻產(chǎn)生的熱量,與一電流為3 A的直流電通過
9、同一阻值的電阻產(chǎn)生的熱量相等,則( )
A.此交變電流的有效值為3 A,最大值為3 A
B.此交變電流的有效值為3 A,最大值為6 A
C.電阻兩端的交變電壓的有效值為300 V,最大值為600 V
D.電阻兩端的交變電壓的有效值為300 V,最大值為600 V
答案 A
解析 根據(jù)交變電流有效值的定義方法,易知交變電流的有效值為3 A;根據(jù)最大值與有效值的倍關(guān)系,易知交變電流的最大值為3 A;根據(jù)歐姆定律U=IR,則有U有效=I有效R,Um=ImR,得電阻兩端的交流電壓的有效值為300 V,最大值為300 V.
對交變電流的理解
1.關(guān)于交變電流的理解,下列說法正
10、確的是( )
A.大小、方向都隨時間周期性變化的電流叫交變電流
B.交變電流就是正弦交變電流
C.我們的照明用電是交流電
D.電池也是提供的交變電流
答案 AC
解析 交變電流不一定是正弦交變電流,電池提供直流電.
2.如圖所示圖象中屬于交流電的有( )
答案 ABC
解析 D圖表示的電流大小發(fā)生了周期性變化,而方向沒有變化,A、B、C圖中的電流大小、方向發(fā)生了周期性變化,據(jù)交流電的定義知A、B、C正確,D錯誤.
交流電的變化規(guī)律及描述
3.下列說法正確的是( )
A.使用交流電的電器設(shè)備所標(biāo)示的額定電壓、額定電流的數(shù)值均為最大值
B.用交流電流表和電壓表測
11、得的數(shù)值是有效值
C.照明電路電壓為220 V指的是有效值
D.所有交變電流的有效值和最大值之間均存在Ee=,Ue=和Ie=的關(guān)系
答案 BC
解析 各種使用交流電的用電器銘牌上所標(biāo)的數(shù)值均為有效值,故A項錯誤;交流電表測量值為有效值,故B項正確;照明電路電壓為220 V是有效值,故C項正確;Ee=,Ue=,Ie=是正(余)弦交變電流有效值和最大值的關(guān)系,故D項錯誤.故正確答案為B、C.
4.如圖3-3-3所示,是一個按正弦規(guī)律變化的交變電流的圖象.根據(jù)圖象可知該交變電流的電流有效值是______A,頻率是______Hz.
圖3-3-3
答案 0.707 5
解析 從圖象
12、可知電流的最大值是1 A,有效值Ie=≈0.707 A;周期是0.2 s,所以頻率f==5 Hz.
(時間:60分鐘)
題組一、對交變電流的理解
1.關(guān)于交變電流與直流電的說法中,正確的是( )
A.如果電流大小做周期性變化,則一定是交變電流
B.直流電的大小可以變化,但方向一定不變
C.交變電流一定是按正弦或余弦規(guī)律變化的
D.交變電流的最大特征就是電流的方向發(fā)生周期性變化
答案 BD
2.關(guān)于交流發(fā)電機,下列說法正確的是( )
A.基本構(gòu)造分定子、轉(zhuǎn)子兩部分
B.必須是線圈轉(zhuǎn)動
C.電流方向變化的原因是由于切割磁感線運動的方向變了
D.電流大小變化的原因
13、是因為線圈轉(zhuǎn)的時快時慢
答案 AC
3.下列說法中正確的是( )
A.直流電能通過電容器
B.交流電不能通過電容器
C.直流電、交流電都能通過電容器
D.交流電的頻率越低,電流通過電容器的能力也越低
答案 D
題組二、描述交流電的物理量
4.有一臺使用交流電的電冰箱上標(biāo)有額定電壓為“220 V”的字樣,這“220 V”是指( )
A.交流電電壓的瞬時值 B.交流電電壓的最大值
C.交流電電壓的平均值 D.交流電電壓的有效值
答案 D
5.下列關(guān)于交變電流的幾種說法中,正確的是( )
A.交流電器設(shè)備上所標(biāo)的電壓、電流值是峰值
B.交流電流表和交流
14、電壓表測得的值是瞬時值
C.跟交變電流有相同熱效應(yīng)的直流電的值是交變電流的有效值
D.跟直流電有相同熱效應(yīng)的交變電流的值是交變電流的有效值
答案 C
解析 為了表明交變電流通過用電器產(chǎn)生的效果,用電器上所標(biāo)的都是交變電流的有效值,A錯誤;因為交變電流用得最多的是有效值,所以交變電流表或交變電壓表測的都是有效值,B錯誤;根據(jù)有效值的定義可知C正確,D錯誤.
6.以下說法正確的是( )
A.發(fā)電機、電動機銘牌上所標(biāo)數(shù)值為有效值
B.電容器的擊穿電壓為所加交變電壓的有效值
C.交流電壓表所測數(shù)值為瞬時值
D.保險絲的數(shù)值為最大值
答案 A
題組三、交流電的表達(dá)式和圖象
7.
15、如圖所示,面積均為S的單匝線圈繞其對稱軸或中心軸在勻強磁場B中以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動,能產(chǎn)生正弦交變電動勢e=BSωsin ωt的圖是( )
答案 A
解析 線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸(軸在線圈所在平面內(nèi))勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生的正弦交變電動勢為e=BSωsin ωt,由這一原理可判斷,A圖中感應(yīng)電動勢為e=BSω sin ωt;B圖中的轉(zhuǎn)動軸不在線圈所在平面內(nèi);C、D圖中轉(zhuǎn)動軸與磁場方向平行,而不是垂直.
8.一只低壓教學(xué)電源輸出的交流電壓的瞬時值為u=10sin(314t) V,關(guān)于該電源的規(guī)格和使用,下列說法正確的是( )
A.這個電源可以使“10 V,2 W”的燈泡正常發(fā)
16、光
B.此電源的交流電壓的周期是314 s
C.此電源在t=0.01 s時電壓達(dá)到峰值
D.這個電源可能把“10 V,2 μF”的電容器擊穿
答案 AD
解析 此電源有效值為10 V,燈泡的額定電壓為10 V,故燈泡能正常發(fā)光,A正確;此交流電周期T=== s=0.02 s,故B錯誤;t=0.01 s=T,此時U=0,故C錯誤;因為電源最大電壓Um=10 V>10 V(電容器的耐壓值),所以電容器可能被擊穿,故D正確.
9.如圖3-3-4所示是一正弦交變電流的電流圖象,此正弦交變電流的頻率和電流的有效值分別為( )
圖3-3-4
A.50 Hz,10 A B.50 H
17、z,5 A
C.100 Hz,10 A D.100 Hz,5 A
答案 B
解析 由圖象可知此交流電的周期T=0.02 s,故頻率f==50 Hz;由圖可知此交流電電流的最大值為10 A,故其有效值為 A=5 A.
10.一個正弦規(guī)律變化的交變電流的圖象如圖3-3-5所示,根據(jù)圖象計算:
圖3-3-5
(1)交變電流的頻率.
(2)交變電流的有效值.
(3)寫出該電流的瞬時值表達(dá)式.
答案 (1)50 Hz (2)10 A (3)i=20sin(100πt) A
解析 (1)由圖知周期T=0.02 s,
故f== Hz=50 Hz.
(2)由圖知峰值Im=20 A,
故有效值Ie== A=10 A.
(3)瞬時值表達(dá)式
i=Imsin ωt A,
ω==100π rad/s,
所以電流瞬時值表達(dá)式為i=20sin(100πt) A.
9