江蘇省東臺(tái)市高中物理 第五章 交變電流 5.2 描述交變電流的物理量導(dǎo)學(xué)案新人教版選修3-2.doc
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江蘇省東臺(tái)市高中物理 第五章 交變電流 5.2 描述交變電流的物理量導(dǎo)學(xué)案新人教版選修3-2.doc
5.2 描述交變電流的物理量
班級 姓名 , 1課時(shí) 使用時(shí)間
一. 學(xué)習(xí)目標(biāo)
1.理解交變電流的周期、頻率以及它們之間的關(guān)系,知道我國生產(chǎn)和生活用電的周期(頻率)的大?。?
2.理解什么是交變電流的最大值和有效值,知道它們之間的關(guān)系.
重點(diǎn):交變電流的有效值.
難點(diǎn):對交變電流有效值的理解和相關(guān)的計(jì)算.
二、自學(xué)檢測
(一).周期和頻率
(1)周期:交變電流完成 所需的時(shí)間,通常用 表示,單位是 。
(2)頻率:交變電流在 內(nèi)完成周期性變化的次數(shù),通常用 表示,單位是 。角速度與頻率的關(guān)系為 。
(3)周期和頻率的關(guān)系: 。( 注:轉(zhuǎn)速n的單位是轉(zhuǎn)每秒( r/s) )
(4)我國工農(nóng)業(yè)及生活用電的周期為0.02s,頻率為50Hz,電流方向每秒改變 次.
(二).峰值(最大值)和有效值
(1)峰值:交變電流在一個(gè)周期內(nèi)電流或電壓所能達(dá)到的 。
①最大值在實(shí)際中有一定的指導(dǎo)意義,所有使用交流的用電器,其最大耐值應(yīng)大于其使用的交流電壓的最大值,電容器上的標(biāo)稱電壓值是電容器兩極間所允許電壓的最大值.
②線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸勻速旋轉(zhuǎn)時(shí),電動(dòng)勢的最大值Em= .
(2)有效值:根據(jù)電流的 來規(guī)定。讓交變電流和恒定電流通過相同的 ,如果它們在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生 ,則這個(gè)恒定電流I、電壓U叫做這個(gè)交流電流的有效值。
人們常說的家庭電路的電壓是220V指的是它的
(3)正弦交變電流的有效值和峰值之間的關(guān)系:I= ,U= 。
注意:任何交變電流都有有效值,但上述關(guān)系只限于正弦交變電流,對其他形式交變電流并不適用.
(三)相位
如圖所示,甲、乙兩交流電的表達(dá)式分別為:
u甲= ;
u乙= ,
其中“ωt+Φ”叫做交變電流的
Φ是t=0時(shí)的相位,叫做交變電流的 .
三、合作探究
任務(wù)一.周期和頻率
請同學(xué)們閱讀教材,回答下列問題:
(1)什么叫交變電流的周期?(2)什么叫交變電流的頻率?
(3)它們之間的關(guān)系是什么?(4)我國使用的交變電流的周期和頻率各是多大?
歸納小結(jié)
1.交變電流完成一次周期性的變化所用的時(shí)間,叫做交變電流的周期,用T表示。
2.交變電流在1 s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù),叫做交變電流的頻率,用f表示。T=1/f
我國使用的交變電流頻率f=50 Hz,周期T=0。02 s。
例1、 如圖所示,這個(gè)交流電的周期是多少?
頻率是多少?
任務(wù)二.1、交變電流的峰值(Em,Im,Um)
交變電流的峰值是交變電流在一個(gè)周期內(nèi)所能達(dá)到的最大數(shù)值,可以用來表示交變電流的電流或電壓變化幅度。
[演示]電容器的耐壓值
將電容器(8 V,500μF)接在學(xué)生電源上充電,接8 V電壓時(shí)電容器正常工作,接16 V電壓時(shí),幾分鐘后聞到燒臭味,后聽到爆炸聲。
電容器的耐壓值是指能夠加在它兩端的最大電壓,若電源電壓的最大值超過耐壓值,電容器可能被擊穿。但是交變電流的最大值不適于表示交變電流產(chǎn)生的效果,在實(shí)際中通常用有效值表示交變電流的大小。
2.有效值(E、I、U)
讓交變電流和直流電通過同樣的電阻,如果它們在相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生熱量相等,把直流電的值叫做交變電流的有效值。通常用大寫字母U、I、E表示有效值。
正弦交變電流的最大值與有效值有以下關(guān)系:
I==0.707Im U==0.707Um
[強(qiáng)調(diào)]
(1)各種使用交變電流的電器設(shè)備上所示值為有效值。
(2)交變電流表(電壓表或電流表)所測值為有效值。
(3)計(jì)算交變電流的功、功率、熱量等用有效值。
【例2】 交變電流電壓表達(dá)式為u=20 sin314t V,求這個(gè)交變電壓的最大值Um、有效值U、周期T、頻率f.畫出交變電流的u-t圖象.
【例3】 如圖所示,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2 T,匝數(shù)n=6的矩形線圈abcd繞中心軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng),角速度ω=200 rad/s。已知ab=0.1 m,bc=0.2 m,線圈的總電阻R=40Ω,試求:
(1)感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值,感應(yīng)電流的最大值;
(2)設(shè)時(shí)間t=0時(shí)線圈平面與磁感線垂直,寫出線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式;
(3)當(dāng)ωt=30時(shí),穿過線圈的磁通量和線圈中的電流的瞬時(shí)值各是多大?
(4)線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過的過程中,感應(yīng)電動(dòng)勢的平均值是多大?
[【當(dāng)堂訓(xùn)練】
1.由交變電動(dòng)勢的瞬時(shí)表達(dá)式V可知( )
A.此交流的頻率是. B.此交流的周期是s.
C.此交流電動(dòng)勢的有效值V. D.s時(shí),該交流電動(dòng)勢達(dá)最大值.
2.有一交變電流如下圖所示,則由此圖象可知( )
A.它的周期是0.8 s
B.它的峰值是4 A
C.它的有效值是2 A
D.它的頻率是0.8 Hz
3.在圖所示電路中,A是熔斷電流I0=2 A的保險(xiǎn)絲,R是可變電阻,S是交流電源.交流電源的內(nèi)電阻不計(jì),其電動(dòng)勢隨時(shí)間變化的規(guī)律是e=220 sin 314t V.為了不使保險(xiǎn)絲熔斷,可變電阻的阻值應(yīng)該大于( )
A.110 Ω B.110 Ω C.220 Ω D.220 Ω
4.標(biāo)有“250 V 0.5 μF”字樣的電容器能接入下面哪個(gè)電路中使用( )
A.220sin 100πt V B.220 V照明電路中 C.380sin 100πt V D.380 V動(dòng)力電路中
5.正弦交變電源與電阻R、交流電壓表按照圖甲所示的方式連接,R=10 Ω,交流電壓表的示數(shù)是10 V.圖乙是交變電源輸出電壓u隨時(shí)間t變化的圖象.則( )
A.通過R的電流iR隨時(shí)間t變化的規(guī)律是iR= cos 100πt A
B.通過R的電流iR隨時(shí)間t變化的規(guī)律是iR= cos 50πt A
C.R兩端的電壓uR隨時(shí)間t變化的規(guī)律是uR=5 cos 100πt V
D.R兩端的電壓uR隨時(shí)間t變化的規(guī)律是uR=5 cos 50πt V
6.由交流電動(dòng)勢瞬時(shí)值表達(dá)式e=10sin4πt( V),可知( )
A.此交流電的頻率是4π( Hz) B.此交流電的周期是0.5s
C.當(dāng)t=0.5s時(shí),此交流電動(dòng)勢有最大值 D.當(dāng)t=0時(shí),產(chǎn)生此交流電的線圈平面與中性面重合
7.如圖所示為照明用交流電壓e與時(shí)間t的關(guān)系圖象.電壓的最大值為 ______V.有效值為_______V.電壓變化周期為 s.
頻率為 Hz 角速度為 rad/s .瞬時(shí)值表達(dá)式為_ V. t=時(shí)刻電壓瞬時(shí)值為 V.
此時(shí)穿過線圈平面磁通量的變化率為______V .此時(shí)線圈平面與中性面的夾角為________ .
8.電壓隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖所示,則此交流電的頻率是_____Hz。若將該電壓加在10uF的電容器上,則電容器的耐壓值不應(yīng)小于______V;若將該電壓加在一阻值為1KΩ的純電阻用電器上,用電器恰能正常工作,為避免意外事故的發(fā)生,該電路中保險(xiǎn)絲的額定電流不能低于______A。
9.如圖所示,勻強(qiáng)磁場B=0.1 T,所用矩形線圈的匝數(shù)N=100,邊長ab=0.2 m,bc=0.5 m,以角速度ω=100π rad/s繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)線圈平面通過中性面時(shí)開始計(jì)時(shí),試求:(1)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢的大??;
(2)由t=0至t=過程中的平均電動(dòng)勢值
四.檢測清盤
t/S
Φ
0
Φm
t1
-Φm
t4
t2
t3
t5
乙
ψ
c
b
a
d
B
甲
1、如圖甲中所示,一矩形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),線圈所圍面積的磁通量Φ隨時(shí)間t變化的規(guī)律如圖乙所示,下列論述正確的是( )
A、t1時(shí)刻線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢最大;
B、t2時(shí)刻導(dǎo)線ad的速度方向跟磁感線垂直;
C、t3時(shí)刻線圈平面與中性面重合;
D、t4 、t5時(shí)刻線圈中感應(yīng)電流方向相同
2、已知交變電流i=Imsinωt,線圈從中性面
開始轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)動(dòng)了多長時(shí)間,其瞬時(shí)值等于有效值( )
A、 2 π/ω B、π/ 2ω C、π/ 4ω D、π/ 2ω
~U
V
A
L
3、在如圖所示電路圖中,L為電感線圈,R為燈泡,電流表內(nèi)阻為零,電壓表內(nèi)阻無窮大,交流電源的電壓u=sin100πt V,若保持電壓的有效值不變,只將電源頻率改為100Hz,下列說法正確的是( )
A、電流表示數(shù)增大 B、電壓表示數(shù)增大
C、燈泡變暗 D、燈泡變亮
4.ψ
a
b
c
d
O`
O
R
B
V
如圖所示,一交流發(fā)電機(jī)的線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng),線圈匝數(shù)N=100,線圈電阻r=3Ω,ab=cd=0.5m,bc=ad=0.4m,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T,電阻R=311Ω,當(dāng)線圈以n=300r/min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),求:
⑴、感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值;
⑵、t=0時(shí)刻,線圈在圖示位置,寫出此交變電流電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式;
⑶、此電壓表的示數(shù)是多少?
五、學(xué)有所得