2019_2020版高中物理第二章交变电流2描述交流电的物理量讲义精练（含解析）教科版

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1、2　描述交流电的物理量[学科素养与目标要求]　物理观念：1.建立描述交变电流的物理量——周期、频率、峰值、有效值的概念.2.熟记正弦交变电流的有效值和峰值之间的关系．科学思维：1.根据电流热效应计算有效值，体会等效思维方法的运用.2.通过特殊形式电流的有效值的计算培养综合分析能力．一、周期和频率1．周期(T)：交变电流作一次周期性变化所需的时间．2．频率(f)：交变电流在1s内完成周期性变化的次数．3．T＝或f＝.二、峰值和有效值1．峰值：交变电流的电压、电流能达到的最大值．2．有效值：让交变电流与恒定电流分别通过同

2、一电阻，在相同的时间内所产生的热量相等，则此恒定电流的数值叫做交变电流的有效值．3．在正弦式交变电流中，最大值与有效值之间的关系E＝＝0.707Em，U＝＝0.707Um，I＝＝0.707Im.1．判断下列说法的正误．(1)正弦式交变电流的正负两部分是对称的，所以有效值为零．(　×　)(2)交变电流的有效值就是一个周期内的平均值．(　×　)(3)一个正弦式交变电流的峰值同周期、频率一样是不变的，但有效值是随时间不断变化的．(　×　)(4)交流电路中，电压表、电流表的测量值都是有效值．(　√　)2．图1是一个正弦式交变

3、电流的图像，由图可知，电流的峰值Im＝________A，有效值I＝________A，周期T＝________s，频率f＝________Hz.图1答案　　1　4　0.25一、周期和频率如图所示的交变电流完成一次周期性变化需要多长时间？在1s内完成多少次周期性变化？答案　完成一次周期性变化需要0.02s；在1s内完成50次周期性变化．1．周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间．在交变电流的图像中，一个完整的正弦波形对应的时间为一个周期T.2．频率：1s内完成周期性变化的次数．3．周期和频率的关系：f＝，如图2为

4、我国照明电路的e—t图像，则交流电的周期T＝0.02s，频率f＝50Hz.图24．说明：交变电流的周期和频率跟发电机转子的角速度ω或转速n有关．ω(n)越大，周期越短，频率越高，其关系为T＝，ω＝＝2πf＝2πn.例1　(多选)矩形金属线圈共10匝，绕垂直于磁场方向的轴在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生的交流电动势e随时间t变化的情况如图3所示．下列说法中正确的是(　　)图3A．此交变电流的频率为0.2HzB．1s内电流方向变化10次C．t＝0.1s时，线圈平面与磁场方向平行D．1s内线圈转5圈答案　BD解析　由题图知

5、T＝0.2s，故f＝＝Hz＝5Hz，即1s内完成5个周期，线圈转5圈，每转1圈电流方向改变2次，故A错误，B、D正确；在t＝0.1s时，e＝0，所以线圈平面与磁场方向垂直，故C错误．二、峰值和有效值1．如图所示是通过一个R＝1Ω的电阻的电流i随时间t变化的图像．(1)试计算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？答案　(1)Q＝I12Rt1＋I22Rt2＝42×1×0.5J＋22×1×0.5J＝10J．(2)根据交变电流有效值的定

6、义可得：I2Rt＝Q，解得I＝A.2．某交流电压的瞬时值表达式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？把标有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，交流电压的瞬时值表达式u＝6sin(100πt)V中6V是峰值，其有效值为6V，而标有“6V　2W”的小灯泡中的6V是有效值．电容器会被击穿．1．有效值的计算(1)对于正弦式交变电流，可先根据Em＝NBSω求出峰值，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

7、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，即Q＝I2RT或Q＝T，最后代入数据求解有效值．2．峰值和有效值的应用(1)峰值：电容器所能承受的电压应高于交流电压的峰值，否则电容器可能被击穿．(2)有效值：①电气设备铭牌上标注的额定电压、额定电流．②交流电压表和交流电流表的数值．③保险丝的熔断电流．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．12VB．4VC．15VD．8V答案　B解析　根据电流的热效应先计算电流的有效值．由(0

8、.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，电阻两端电压的有效值为U＝IR＝4V，故B正确．例3　(多选)图5甲、乙分别为两种电压的波形，其中图甲所示的电压按正弦规律变化，图乙所示的电压的波形是正弦函数的一部分．下列说法正确的是(　　)图5A．图甲、图乙均表示交流电B．图甲所示电压