2018版高中物理 第3章 交變電流 3.1 交變電流的特點(diǎn)學(xué)案 魯科版選修3-2.docx

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第1講　交變電流的特點(diǎn) [目標(biāo)定位]　1.知道什么是交變電流，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究恒定電流與交變電流的區(qū)別.2.知道交變電流的周期和頻率、最大值和有效值.3.了解最大值和有效值不同的實(shí)際應(yīng)用意義． 一、恒定電流和交變電流的比較 1．電流的大小和方向都不隨時(shí)間變化的是恒定電流． 2．電流的大小和方向隨時(shí)間做周期性變化的是交變電流，俗稱交流電． 二、交變電流的周期和頻率 1．周期：交變電流完成1次周期性變化所需的時(shí)間，用T表示，單位是秒． 2．頻率：交變電流在1s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，用f表示，單位是赫茲，符號(hào)是Hz. 3．二者關(guān)系：T＝或f＝. 三、交變電流的最大值和有效值 1．峰值：交變電流的電壓、電流所能達(dá)到的最大數(shù)值． 2．有效值：使交變電流和恒定電流分別通過(guò)阻值相等的電阻，在交流的一個(gè)周期內(nèi)，它們產(chǎn)生的熱量相等，這個(gè)恒定電流、電壓，叫做這個(gè)交流的有效值． 3．二者關(guān)系：對(duì)于正弦式交變電流的有效值和峰值之間的關(guān)系是I＝，U＝. 4．應(yīng)用：(1)電氣元件或設(shè)備上所標(biāo)的耐壓值指該設(shè)備所能承受的交流電最大值． (2)交流用電設(shè)備上所標(biāo)的額定電壓和額定電流是有效值；交流電壓表測(cè)量的數(shù)值是有效值；交變電流的數(shù)值在無(wú)特別說(shuō)明時(shí)都指有效值. 一、直流電和交變電流 1．直流電及其分類 方向不隨時(shí)間變化的電流叫直流電．直流電分為恒定電流和脈動(dòng)直流電兩類．其中大小和方向都不隨時(shí)間改變的電流叫恒定電流；方向不隨時(shí)間改變而大小隨時(shí)間改變的電流叫脈動(dòng)直流電． 2．交變電流及其分類 大小和方向隨時(shí)間做周期性變化的電流叫交變電流．其中大小不變、方向改變的電流也是交變電流．按交變電流的特點(diǎn)可分為正弦(或余弦)式交變電流和矩形波交變電流、鋸齒波交變電流等． 3．交變電流的圖象 從圖中可以找出正弦式交變電流的最大值Im和周期T. 4．常見(jiàn)交變電流的波形圖 例1　下列各圖中，表示交變電流的是(　　) 答案　CD 解析　方向隨時(shí)間做周期性變化是交變電流的重要特征，選項(xiàng)A、B中，電流的大小變化，但方向不變，不是交變電流．A、B錯(cuò)誤，C、D正確． 二、對(duì)描述交變電流物理量的認(rèn)識(shí) 1．周期和頻率的關(guān)系：T＝，f＝. 2．角速度與周期、頻率的關(guān)系：ω＝＝2πf. 3．轉(zhuǎn)速(n)：線圈單位時(shí)間(1s或1min)轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)，單位是r/s或r/min. 角速度與轉(zhuǎn)速的關(guān)系： ω＝2πn(n的單位為r/s)或ω＝2π(n的單位為r/min)． 4．峰值：也叫最大值． 電容器接在交流電路中，交變電壓的最大值不能超過(guò)電容器的耐壓值． 5．有效值：正弦式交流電的有效值E＝. 例2　小型交流發(fā)電機(jī)中，矩形金屬線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與時(shí)間成正弦函數(shù)關(guān)系，如圖1所示，此線圈與一個(gè)R＝10Ω的電阻構(gòu)成閉合電路，不計(jì)電路的其他電阻．下列說(shuō)法正確的是(　　) 圖1 A．交變電流的周期為0.125s B．交變電流的頻率為8Hz C．交變電流的有效值為A D．交變電流的最大值為4A 答案　C 解析　由e－t圖象可知，交變電流的周期為0.25s，故頻率為4Hz，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；根據(jù)歐姆定律可知交變電流的最大值為2A，故有效值為A，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤． 三、交變電流有效值的計(jì)算 1．對(duì)有效值的進(jìn)一步理解 (1)交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)定義的． (2)理解有效值重點(diǎn)在“等效”上，“效果”相同，在定義中體現(xiàn)為相同電阻、相同時(shí)間、產(chǎn)生相同熱量，交變電流與多大的直流電“效果”相同，有效值就是多大． 2．有效值的計(jì)算 (1)對(duì)于正弦交變電流，根據(jù)E＝求出有效值． (2)當(dāng)電流是非正弦交變電流時(shí)，必須根據(jù)有效值的定義求解： ①計(jì)算交變電流在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q； ②將熱量Q用相應(yīng)的物理量的有效值表示Q＝I2RT或Q＝T； ③代入數(shù)值求解有效值． 例3　通過(guò)一阻值R＝100Ω的電阻的交變電流如圖2所示，其周期為1s．電阻兩端電壓的有效值為(　　) 圖2 A．12VB．4VC．15VD．8V 答案　B 解析　根據(jù)電流的熱效應(yīng)先計(jì)算電流的有效值．由0.12R0.42＋0.22R0.12＝I2R1，可得流過(guò)電阻的電流的有效值I＝A，再由電阻兩端電壓的有效值為U＝IR＝4V，可得B正確. 直流電和交流電的區(qū)別 1．關(guān)于交變電流和直流電的說(shuō)法，正確的是(　　) A．如果電流大小做周期性變化，則一定是交變電流 B．直流電的大小可以變化，但方向不一定變化 C．交變電流一定是按正弦或余弦規(guī)律變化的 D．交變電流的最大特征就是電流的方向發(fā)生周期性的變化 答案　D 解析　直流電的特征是電流方向不變，交流電的特征是電流方向改變，另外交變電流不一定都是正弦交流電或余弦交流電，D正確． 對(duì)描述交變電流物理量的認(rèn)識(shí) 2．關(guān)于交流電的有效值U和最大值Um，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．任何形式的交流電都具有U＝的關(guān)系 B．只有正弦交流電才具有U＝的關(guān)系 C．照明電壓220V，動(dòng)力電壓380V指的都是最大值 D．交流電壓表和交流電流表測(cè)的都是最大值 答案　B 解析　電壓、電流的有效值和峰值之間的倍關(guān)系是僅限于正弦交流電而言的，所以A是錯(cuò)誤的，B是正確的；在交流電的描述中沒(méi)有特殊說(shuō)明情況下的電流和電壓均指有效值，C錯(cuò)誤；交流電壓表、電流表測(cè)的都是有效值，D錯(cuò)誤． 3.某交變電壓隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖3所示，則此交變電流的頻率為_(kāi)_______Hz.線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度是________rad/s.若將此電壓加在10μF的電容器上，則電容器的耐壓值應(yīng)不小于________V. 圖3 答案　50　100π　200 解析　由圖象可知此交變電壓的峰值Um＝200V，周期T＝0.02s，頻率f＝＝50Hz；ω＝＝rad/s＝100π rad/s.將該電壓加在電容器上，電容器的耐壓值應(yīng)不小于200V. 交變電流有效值的計(jì)算 4．某一交變電流的電壓波形如圖4所示，求這一交變電流的電壓的有效值U. 圖4 答案　2V 解析　假設(shè)讓一直流電壓U和如題圖所示的交流電壓分別通過(guò)同一電阻，交變電流在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q1＝2(＋)＝＋.直流電在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q2＝T.由交變電流有效值的定義知Q1＝Q2，即＋＝T，解得U＝2V.