高中物理第2章第2节描述交流电的物理量学案教科版选修3_2

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1、学案2　描述交流电的物理量[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之间的关系.2.能理解电流的有效值是与热效应有关的量，而平均值只是简单意义的平均.3.掌握交变电流有效值与峰值的关系，会进行有效值的计算．一、周期和频率[问题设计]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＝0.02s；频率f＝50Hz.[要点提炼]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.

2、3．转速(n)：线圈单位时间(1s或1min)转过的圈数，单位是r/s或r/min.4．各物理量之间的关系：f＝　ω＝＝2πf　ω＝2πn(n的单位为r/s)5．我国电网中交变电流的周期是0.02s，频率是50Hz.二、峰值　有效值[问题设计]1．图2是通过一个R＝1Ω的电阻的电流i随时间变化的曲线．这个电流不是恒定电流．(1)怎样计算1s内电阻R中产生的热量？(2)如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通过这个电阻R，也能在1s内产生同样的热量，这个电流是多大？图2答案　(1)Q＝IRt1＋IRt2＝42×1×0.5

3、J＋22×1×0.5J＝10J(2)由Q＝I2Rt，得I＝＝A＝A2．某交流电压瞬时值表达式u＝6sin(100πt)V，把标有“6V　2W”的小灯泡接在此电源上会不会被烧坏？把一个能承受的最大电压为6V的电容器接在此电源上会不会被击穿？答案　小灯泡不会被烧坏，交流电压瞬时值表达式u＝6sin(100πt)V中6V是最大值，其有效值为6V．标有“6V　2W”的小灯泡中的6V是有效值，当电源的瞬时电压大于6V时，电容器会被击穿．[要点提炼]1．峰值：也叫最大值，它是所有瞬时值中的最大值．(1)当线圈平面跟磁感线平行时，

4、交流电动势最大，Em＝NBSω(转轴垂直于磁感线)．(2)电容器接在交流电路中，交变电压的最大值不能超过电容器的耐压值．2．有效值：让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果在相同的时间内它们产生的热量相等，我们就把这个恒定电流的电流值I、电压值U，叫做这个交流电的有效值．计算时要注意三同：“相同电阻”上、“相同时间”内、产生“相同热量”．3．正弦交变电流的有效值I、U与峰值Im、Um的关系：I＝，U＝.注意：非正弦交变电流的有效值只能根据电流的热效应计算．4．有效值的应用(1)计算与电流热效应有关的量(如功率

5、、热量)要用有效值．(2)交流电表的测量值，电气设备标注的额定电压、额定电流，通常提到的交流电的数值指有效值．5．平均值的应用计算通过导体某一横截面的电荷量时，只能用交变电流的平均值，即q＝·Δt＝Δt＝n.一、对描述交变电流物理量的认识例1　一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图3所示，由图可知(　　)图3A．该交流电的电压的有效值为100VB．该交流电的频率为25HzC．该交流电的电压瞬时值的表达式为u＝100sin(25t)VD．并联在该电压两端的电压表指针不停摆动解析　根据题图可知该交流电的电压的最大值为10

6、0V，周期为4×10－2s，所以频率为25Hz，A错，B对；而ω＝2πf＝50πrad/s，所以u＝100sin(50πt)V，C错；交流电压表的示数为交流电的有效值而不是瞬时值，不随时间变化，D错．答案　B二、正弦交变电流有效值的计算例2　一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图4甲所示．已知发电机线圈的内阻为5.0Ω，外接一只电阻为95.0Ω的灯泡，如图乙所示，则(　　)图4A．电压表的示数为220VB．电路中的电流方向每秒钟改变50次C．灯泡实际消耗的功率为484WD．发电机线圈内阻每秒钟产生的焦

7、耳热为24.2J解析　电压表示数为灯泡两端电压的有效值，由题图知电动势的最大值Em＝220V，有效值E＝220V，灯泡两端电压U＝＝209V，A错；由题图甲知T＝0.02s，一个周期内电流方向变化两次，可知1s内电流方向变化100次，B错；灯泡实际消耗的功率P＝＝W＝459.8W，C错；电流的有效值I＝＝2.2A，发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为Qr＝I2rt＝2.22×5×1J＝24.2J，D对．答案　D三、非正弦交变电流有效值的计算例3　如图5所示是一交变电流随时间变化的图像，求此交变电流的有效值．图5解析　设

8、该交变电流的有效值为I′，直流电的电流强度为I，让该交变电流和直流电分别通过同一电阻(阻值为R)，在一个周期(T＝0.2s)内，该交变电流产生的热量为Q′＝IRt1＋IRt2在一个周期内直流电通过该电阻产生的热量为Q＝I2RT.由Q＝Q′解得I＝5A，即此交变电流的有效值I′＝I＝5A答案　5A四、有效值、瞬时值、平均值的区别及应用例4　在水平