教科版高中物理选修32学案第二章 交变电流2描述交流电的物理量 版含答案Word下载.docx

1、Im，UUm.5人们通常说的家庭电路的电压是220 V，指的是有效值使用交流电表测出的数值是正弦交流电的有效值问题设计如图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T0.02 s；频率f50 Hz.要点提炼1交流电变化越快，则周期越短，频率越大2角速度与周期的关系：3转速（n）：线圈单位时间（1 s或1 min）转过的圈数，单位是r/s或r/min.角速度与转速的关系：2n（n单位为r/s）或（n单位为r/min）4我国电网中交变电流的周期是0.02 s，频率是50 Hz.问题设计1图2是通过一个R1 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1 s内电阻

2、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1 s内产生同样的热，这个电流是多大？图2答案（1）QIRt1IRt24210.5 J220.5 J10 J（2）由QI2Rt得IAA2某交流电压瞬时值表达式u6sin （100t） V，把标有“6 V,2 W”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6 V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u6sin （100t） V中6 V是最大值，其有效值为6 V，而标有“6 V,2 W”的小灯泡中的6 V是有效值电容器会被击穿也叫最大值，它是所有瞬时值中的最大值（1

3、）当线圈平面跟磁感线平行时，交流电动势最大，EmNBS（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指有效值3有效值的计算（1）正弦式交变电流：根据E、U、I计算其有效值（2）非正弦式交变电流：只能根据电流的热效应计算计算时要注意三同：“相同电阻”上、“相同时间”内、产生“相同热量”计算时，“相同时间”一般取一个周期4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qttN，这是平均值

4、应用最多的一处一、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100 VB该交流电的频率为25 HzC该交流电压瞬时值的表达式为u100sin 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变电流电压的最大值为100 V，周期为4102 s，所以频率为25 Hz，A错，B对；而2f50 rad/s，所以u100sin （50t） 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、正弦式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

5、所示已知发电机线圈内阻为5.0 ，外接一只电阻为95.0 的灯泡，如图乙所示，则 （）图4A电压表的示数为220 VB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484 WD发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2 J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Em220 V，有效值E220 V，灯泡两端电压U209 V，A错；由题图甲知T0.02 s，一个周期内电流方向变化两次，可知1 s内电流方向变化100次，B错；灯泡的实际功率PW459.8 W，C错；电流的有效值I2.2 A，发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为QrI2rt2.2251 J24.2 JD对答案

6、D三、非正弦式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（T0.2 s）内，该交变电流产生的热量：QIRt2（4）2R0.1（30.15R在一个周期内直流电通过该电阻产生的热量QI2RT0.2I2R.由QQ得，0.2I2R5R，解得I5 A，即此交变电流的有效值II5 A答案5 A四、有效值、瞬时值、平均值的区别应用例4在水平方向的匀强磁场中，有一正方形闭合线圈绕垂直磁感线的轴匀速转动，已知线圈的匝数为n100匝，边长为20 cm，电阻为

7、10 ，转动频率f50 Hz，磁场的磁感应强度为0.5 T，求：（1）外力驱动线圈转动的功率（2）转至线圈平面与中性面的夹角为30时，线圈产生的感应电动势及感应电流的瞬时值大小（3）线圈由中性面转至与中性面成30夹角的过程中，通过线圈横截面的电荷量解析（1）线圈中交变电动势的最大值EmnBS1000.5（0.2）2250 V628 V.交变电动势的有效值E314 V.外力驱动线圈转动的功率与线圈中交变电流的功率相等即P外W1.97104 W.（2）线圈转到与中性面成30角时，其电动势的瞬时值eEmsin 30314 V，交变电流的瞬时值iA31.4 A.（3）在线圈从中性面转过30角的过程中，

8、线圈中的平均感应电动势n，平均感应电流，通过线圈横截面的电荷量为q，则qtnC2.68102 C.答案（1）1.97104 W（2）314 V31.4 A（3）2.68102 C1（对描述交变电流物理量的认识）如图6是某种正弦式交变电压的波形图，由图可确定该电压的 （）图6A周期是0.01 sB最大值是220 VC有效值是220 VD表达式为u220sin （100t） V答案C解析由题图可知，该交变电压的周期为0.02 s，最大值为311 V，而有效值UV220 V，故A、B错误，C正确正弦交变电压的瞬时值表达式uUmsin t311sin （t） V311sin （100t） V，故D选项

9、错误2（正弦式交变电流有效值的计算）一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，周期为T.从中性面开始计时，当tT时，线圈中感应电动势的瞬时值为2 V，则此交变电流的有效值为（）A2 V B2 V C. V D. V答案A解析先用代入法求出感应电动势的最大值：由eEmsin t得2 VEmsin （），由此得Em4 V，因此有效值为2 V选项A正确3.（非正弦式交变电流有效值的计算）通过一阻值R100 的电阻的交变电流如图7所示，其周期为1 s电阻两端电压的有效值为 （）图7A12 V B4 VC15 V D8解析根据电流的热效应计算电流的有效值由（0.1）2R0.42（0.2）2R0.

10、12I2R1可得，流过电阻的电流的有效值IA，电阻两端电压的有效值为UIR4 V，B正确题组一对描述交变电流物理量的认识1下列提到的交流电，不是指有效值的是（）A交流电压表的读数 B保险丝熔断电流C电容器击穿电压 D220 V交流电压解析电容器击穿电压指电容器两端允许加的电压的最大值2以下说法正确的是 （）A交变电流的有效值就是它的平均值B任何交变电流的有效值都是它最大值的C如果交变电流接在电阻R上产生的热量为Q，那么该交变电流的有效值为D以上说法均不正确解析有效值是根据电流的热效应来定义的，平均值并不是有效值，例如线圈在匀强磁场中转动一圈，其平均电动势为零，故A错在正弦（余弦）式交变电流中，

11、其有效值为最大值的，对于其他交变电流并不一定满足此关系，故B错交变电流要产生热量需要一定的时间，C选项中没有告诉时间，因此是错误的3下列关于交变电流的说法正确的是 （）A若交变电流的峰值为5 A，则它的最小值为5 AB用交流电流表测交变电流时，指针来回摆动C我国工农业生产和生活用的交变电流频率为50 Hz，故电流方向每秒改变100次D正弦交变电流i20sin （10t） A的峰值为20 A，频率为100 Hz解析电流的负值表示电流方向与规定正方向相反，不表示大小，A项错误；交流电流表测交变电流时，指针不会来回摆动，B项错误；我国工农业生产和生活用的交变电流，周期为0.02 s，交流电方向一个周期改变两次，所以每秒改变100次，C项正确；由2f得正弦交变电流i20sin （10t） A的频率为5 Hz，D项错误题组二非正弦式交变电流有效值的计算4阻值为1 的电阻上通以交变电流，其it关系如图1所示，则在01 s内电阻上产生的热量为 （）A1 J B1.5 J C2 J D2.8 J解析因为所加的电流为交变电流，大小在变化，所以只能分时间段来求热量在01 s内有效电流的瞬时值大小为1 A和2 A的时间段分别为t10.4 s，t20.6 s，所以QIRt22.8 J.5