高中物理5.2描述交变电流的物理量学案新人教版选修3_2

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1、描述交变电流的物理量[目标定位]　1.掌握交变电流的周期、频率、线圈转动角速度三者间的关系.2.理解交变电流有效值的含义，会进行有效值的相关计算.3.知道正弦式交变电流有效值与峰值的关系及在生活中的应用.4.了解相位及相位差的概念.一、周期和频率1．周期(T)：交变电流完成一次周期性变化所需的时间，用T表示，单位是秒．2．频率(f)：交变电流在1s内完成周期性变化的次数，用f表示，单位是赫兹，符号是Hz.3．周期和频率关系：T＝或f＝.4．在i＝Imsinωt中，ω等于频率的2π倍，即ω＝2πf.想一想　如图1所示，这个交变电流的周期是多少？频率是多少？图1答案　周期T

2、＝0.02s；频率f＝50Hz.二、峰值和有效值1．峰值：交变电流的电压、电流所能达到的最大数值．电容器所能承受的电压要高于(填“高于”、“等于”或“低于”)交流电压的峰值，否则电容器就可能被击穿．2．有效值：让交变电流和恒定电流分别通过大小相同的电阻，在交流的一个周期内，它们产生的热量相等，这个恒定电流、电压叫做这个交流的有效值．3．正弦式交变电流的有效值和最大值之间的关系是I＝，U＝.4．(1)人们通常说家庭电路电压是220V，指的是有效值．(2)交流用电设备上所标的额定电压和额定电流是有效值；交流电压表测量的数值是有效值．(3)交变电流的数值在无特别说明时都指有效

3、值．想一想　是不是所有的交变电流的有效值与最大值都满足I＝？答案　不是，此公式仅适用于正弦交流电．三、相位1．如图2所示，甲、乙两支交流的周期相等，但不能同时达到最大值，我们说它们的“相位”不同．图22．甲、乙两交流电的表达式分别为：u甲＝Umsin_ωt；u乙＝Umsin(ωt＋φ)．其中“ωt＋φ”叫做交变电流的相位，φ是t＝0时的相位，叫做交变电流的初相位．一、对描述交变电流物理量的认识1．周期和频率的关系：T＝，f＝.即交流电变化越快，周期越短，频率越大．2．角速度与周期、频率的关系：ω＝＝2πf.3．转速(n)：线圈单位时间内转过的圈数，单位是r/s或r/mi

4、n.角速度与转速的关系：ω＝2πn(n的单位为r/s)或ω＝2π(n的单位为r/min)．4．峰值：也叫最大值，是所有瞬时值中的最大值．(1)表达式：Em＝nBSω.(2)电容器接在交流电路中，交流电压的最大值不能超过电容器的耐压值．5．有效值正弦式交流电的有效值E＝.例1　小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间成正弦函数关系，如图3所示，此线圈与一个R＝10Ω的电阻构成闭合电路，不计电路的其他电阻．下列说法正确的是(　　)图3A．交变电流的周期为0.125sB．交变电流的频率为8HzC．交变电流的有效值为AD．交变电流的最大值为4A

5、解析　由e－t图象可知，交变电流的周期为0.25s，故频率为4Hz，选项A、B错误；根据欧姆定律可知交变电流的最大值为2A，故有效值为A，选项C正确，D错误．答案　C二、交变电流有效值的计算1．对有效值的进一步理解(1)交变电流的有效值是根据电流的热效应定义的．(2)理解有效值重点在“等效”上，“效果”相同在定义中体现为相同电阻、相同时间、产生相同热量，交变电流与多大的直流电“效果”相同，有效值就是多大．2．有效值的计算(1)对于正弦式交变电流，可先根据Em＝nBSω求出最大值，然后根据E＝求出其有效值．(2)当电流是非正弦式交变电流时，必须根据有效值的定义求解．先计算

6、交变电流在一个周期内产生的热量Q，再将热量Q用相应的物理量的有效值表示Q＝I2RT或Q＝T，最后代入数据求解有效值．例2　通过一阻值R＝100Ω的电阻的交变电流如图4所示，其周期为1s．电阻两端电压的有效值为(　　)图4A．12V　　　　　　　　　B．4VC．15VD．8V解析　根据电流的热效应先计算电流的有效值．由(0.1A)2R×0.4s×2＋(0.2A)2R×0.1s×2＝I2R×1s，可得流过电阻的电流的有效值I＝A，再由电阻两端电压的有效值为U＝IR＝4V，可得B正确．答案　B三、瞬时值、最大值、有效值、平均值的区别及应用对比物理含义重要关系适用情况瞬时值交变

7、电流某一时刻的值e＝Emsinωt计算线圈某一时刻的受力情况最大值最大的瞬时值Em＝nBSω确定用电器的耐压值有效值跟交变电流的热效应等效的恒定电流值E＝(正弦式交变电流)(1)计算与电流热效应相关的量(如功率、热量)(2)交流电表的测量值(3)电气设备标注的额定电压、额定电流(4)保险丝的熔断电流平均值＝n计算通过电路横截面的电荷量例3　如图5所示，实验室一台手摇交流发电机，内阻r＝1Ω，外接R＝9Ω的电阻．闭合开关S，当发动机转子以某一转速匀速转动时，产生的电动势e＝10sin(10πt)V，则(　　)图5A．该交变电流的频率为10H