2017-2018学年高中物理 第2章 交变电流与发电机 学案2 怎样描述交变电流同步备课学案 沪科版选修3-2.doc

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1、学案2　怎样描述交变电流[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最大值的关系，会进行有效值的计算.4.掌握交变电流的变化规律及两种表示方法．一、周期和频率如图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.[要点总结]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1_s内完成

2、周期性变化的次数，用f表示，单位是赫兹，符号是Hz.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.例1　(多选)矩形金属线圈共10匝，绕垂直于磁场方向的转动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2所示．下列说法中正确的是(　　)图2A．此交变电流的频率为0.2HzB．1s内电流方向变化10次C．t

3、＝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　由图像知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，B、D对；在t＝0.1s时，e＝0，所以线圈平面与磁场方向垂直，故C错．二、最大值和有效值1．图3是通过一个R＝1Ω的电阻的电流i随时间t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3

4、答案　(1)Q＝IRt1＋IRt2＝42×1×0.5J＋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，交流电压瞬时值表达式u＝6sin(100πt)V中6V是最大值，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．[要点总结]1．最大值：它是所有瞬时值中的最大值．(1)当线圈平面

5、跟磁感线平行时，感应电动势最大，Em＝nBSω(转轴垂直于磁感线)．(2)电容器接在交流电路中，交流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，如果在交变电流的一个周期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，叫做这个交变电流的有效值．计算时要注意三同：“相同电阻”上、“一个周期”内、产生“相同热量”．3．正弦式交变电流的有效值I、U与最大值Im、Um的关系：I＝、U＝.注意：非正弦式交变电流的有效值只能根据电流的热效应计算．4

6、．有效值的应用(1)计算与电流热效应有关的量(如功率、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均指有效值．5．平均值的应用计算通过导体某一截面的电荷量时，只能用交变电流的平均值，即q＝·Δt＝Δt＝.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

7、484WD．发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2J答案　D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；灯泡的实际功率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．例3　如图5所示的交变电流由正弦式交变电流的一半和反向

8、脉冲电流组合而成，则这种交变电流的有效值为(　　)图5A.I0B.I0C.I0D．I0答案　C解析　由i－t图像知交变电流的周期T＝2s．一个周期内：前半个周期电流的有效值：I1＝，后半个周期电流的有效值：I2＝I0.设交变电流的有效值为I，根据交变电流有效值的定义有I2RT＝IR＋IR＝2R＋IR，解得I＝I0，故选项C正确．例4　如图6所示，矩形线圈面积为S，匝数为N，线圈电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω匀速转动，外电路电阻为R.当线圈由图示位置转过9