步步高 学案导学设计学年高中物理 第2章 第2节 描述交流电的物理量学案 教科版选修32Word文件下载.docx

1、5我国电网中交变电流的周期是0.02 s，频率是50 Hz.二、峰值有效值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内产生同样的热量，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 V2 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

2、表达式u6sin （100t） V中6 V是最大值，其有效值为6 V标有“6 V2 W”的小灯泡中的6 V是有效值，当电源的瞬时电压大于6 V时，电容器会被击穿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，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：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

3、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、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qttn.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该交流电的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

4、该交流电的电压的最大值为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5.0 ，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

5、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；灯泡实际消耗的功率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 J，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为QIRt1IRt2在一

6、个周期内直流电通过该电阻产生的热量为QI2RT.由QQ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、平均值的区别及应用例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）线圈由中性面转过30角的过程中，通过线圈中导线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

7、 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，线圈中的平均感应电动势n，平均感应电流n，通过线圈中导线横截面的电荷量为q，则qtnC2.68102 C.答案（1）1.97104 W（2）314 V31.4 A（3）2.68102 C描述交变电流的物理量1（对描述交变电流物理量的认识）如图6是某种正弦交变电压的波形图，由图可确定该电压的 （）图6A周期是0.01 sB最大值是2

8、20 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选项错误2（正弦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 （）

9、，由此得Em4 V，因此有效值为2 V，选项A正确3. （非正弦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 VB4 VC15 VD8 V解析根据电流的热效应计算电流的有效值由（0.1 A）2R0.4 s2（0.2 A）2R0.1 s2I2R1 s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4. （峰值、有效值、瞬时值、平均值的区别应用）交流发电机线圈电阻r1 ，用电器电阻R9 ，电压表示数为9 V，如图8所示，那么该交流发电机（）图8A电动势的峰值为10 VB电动势的有效值为9 VC

10、交流发电机线圈通过中性面时电动势的瞬时值为10 VD交流发电机线圈自中性面转过90的过程中的平均感应电动势为V解析电压表示数等于路端电压，电路中的电流为IA1 A，所以电动势的有效值为EI（Rr）1（19） V10 V，所以电动势的最大值为EmE10 V，故选项A、B错；线圈通过中性面时最大，但0，故e0，选项C错；线圈从中性面转过90过程中，BS，t，所以N，由于EmNBS，所以V，选项D对5（峰值、有效值、瞬时值、平均值的区别应用） 如图9所示，线圈abcd的面积是0.05 m2，共100匝，线圈电阻为1 ，外接电阻R9 ，匀强磁场的磁感应强度为BT，当线圈以300 r/min的转速匀速转

11、动时，求：图9（1）电路中交流电压表和交流电流表的示数；（2）线圈从图示位置转过90的过程中通过电阻R的电荷量答案（1）31.86 V3.54 A（2）0.16 C解析（1）EmNBS1000.05V50 VE25 V35.4 V.电流表示数I3.54 A，电压表示数UIR3.549 V31.86 V.（2）从图示位置转过90的过程中，N，又因为，qt，联立得q0.16 C.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下列说法正确的是 （）A

12、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）交变电流中，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

13、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的正方向相反，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项错误题组二正弦交变电流有效值的计算4如图1甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，为交流电流表线圈绕垂直于磁场方向的水平轴OO沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电