【2020秋备课】高中物理学案新人教版选修3-2-5.2-描述交变电流的物理学案新人教版选修3-2量.docx

5.2描述交变电流的物理量

策略与反思
纠错与归纳
【学习目标】
1．把握正弦交变电流的有效值和最大值之间的关系．
2．理解交变电流的有效值的定义及意义．
3．知道交变电流的周期、频率与线圈转动的角速度的关系．
4．能解决有关计算有效值的问题．
重点：有效值和最大值
难点：有关计算有效值的问题
【自主学习】
复习上节课内容：
1．正弦式电流的瞬时值表达式为________，峰值Em＝________．
2．焦耳定律的表达式为________．
认真阅读课本完成以下内容：
一、最大值
1．定义：交变电流在一个周期内所能达到的 称为最大值或峰值，用符号Um、Im表示．
2．最大值所处位置：当线圈平面与磁感线 时，沟通电动势或电流处于最大值．
3．大小：Em＝ ，
Im＝，
Um＝ ．
说明：电容器上所标明的电压为电压的 值，超过该值，
电容器可能被击穿．
二、有效值
1．定义：沟通的有效值是依据电流的 来规定的，让沟通和直流通过相同阻值的电阻，假如它们在相同时间内产生的热量相等，就把这始终流的数值叫做这一沟通的有效值．电压有效值的符号用U表示，电流有效值符号用I表示，电动势有效值符号用E表示．
2．正弦交变电流有效值和最大值之间关系是：
E＝　U＝　I＝
说明：（1）在交变电路中沟通电流表、沟通电压表的示数为沟通的 值．
（2）用电器的额定电压、额定电流均指沟通的有效值，即沟通功率计算：P＝U·I中的I、U为 值．
（3）用电器铭牌上标的值为 值．
（4）叙述中没有特殊加以说明的沟通的值为 值．
留意：正弦交变电流的有效值和最大值之间的关系仅适用于正弦交变电流或余弦式电流．对非正余弦交变电流的有效值应按定义计算．
三、平均值
定义：沟通的平均值是沟通图象中波形与横轴（t轴）所围成面积跟时间的比值，其数值可以用 计算．对正弦交变电流在一个周期内的平均值为 ．
说明：在计算沟通通过导体产生的热量和电功率以及确定保险丝的熔断电流时，只能用沟通的 值．计算通过导体的电量时，只能用沟通的 值，在考虑电容器的耐压值时，则应依据沟通的 值．
四、周期和频率
定义：周期（T）是指交变电流完成一次 变化所需的时间，单位是秒．
周期越大，交变电流变化越 ，在一个周期内交变电流的方向变化
次．
频率（f）是交变电流在1 s内完成周期性变化的次数，单位是赫兹，符号是Hz．频率越大交变电流变化越 f＝
（2）正弦式电流的周期和频率的打算因素是发电机转子转动的角速度ω．
T＝，f＝＝

【合作探究】

一、最值、周期、频率的考查
【例1】 有一个电子器件，当其两端电压高于100 V时则导通，等于或低于100 V时则不导通，若把这个电子器件接到100 V、50 Hz的交变电源上，这个电子器件将(　　)
A．不导通
B．每秒钟导通50次
C．每秒钟导通100次
D．每次导通时间为0.005 s

二、有效值的考查
交变电流的有效值是依据电流的热效应来计算的，其常用计算式为Q交＝Q直．高中阶段要求会计算有效值的交变电流图象有两种．
其一：正弦式电流， 其二：方波形（或脉冲）交变电流
［例2］如图所示为一交变电流的电流随时间变化的图象，此交变电流的有效值为（ ）
A．5 A B．5 A
C．3.5 A D．3.5 A

【例2】 两个完全相同的电热器，分别通有如图5－2－1所示的峰值相等的方波交变电流和正弦式交变电流，则这两个电热器的电功率之比P1∶P2＝________.

三、交变电流物理量的考查
【例3】 小型沟通发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图1所示．此线圈与一个R＝10 Ω的电阻构成闭合电路，不计电路的其他电阻．下列说法正确的是(　　)
A．交变电流的周期为0.125 s
B．交变电流的频率为8 Hz
C．交变电流的有效值为 A
D．交变电流的最大值为4 A

四、交变电流物理量的综合应用
【例4】 如图3所示，一沟通发电机线圈共N＝50匝，ab＝0.2 m，bc＝0.1 m，总电阻r＝10 Ω，在B＝0.5 T的匀强磁场中从磁通量最大位置开头以n＝100 r/s的转速匀速转动，外电路中接有R＝40 Ω的电阻．当线圈转过1/4周期时，求：
(1)在外电阻R上产生的焦耳热Q.
(2)这段时间内通过外电阻R的电荷量．

【当堂检测】
1.一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，产生的交变电动势的图象如图所示，则(　　)
A．交变电流的频率是4π Hz
B．当t＝0时，线圈平面与磁感线垂直
C．当t＝π s时，e有最大值
D．沟通电的周期是2π s

2．关于沟通电的有效值U和最大值Um，下列说法中正确的是(　　)
A．任何形式的沟通电都具有U＝Um/的关系
B．正弦式沟通电具有U＝Um/的关系
C．照明电压220 V，动力电压380 V指的都是最大值
D．沟通电压表和沟通电流表测的都是最大值

3．将阻值为5 Ω的电阻接到内阻不计的沟通电源上，电源电动势随时间变化的规律如图5－2－3所示．下列说法正确的是(　　)
A．电路中交变电流的频率为0.25 Hz
B．通过电阻的电流为 A
C．电阻消耗的电功率为2.5 W
D．用沟通电压表测得电阻两端的电压是5 V

4．下列关于沟通的几种说法中，正确的是(　　)
A．沟通电器设备上所标的电压、电流值是峰值
B．沟通电流表和沟通电压表的值是瞬时值
C．跟沟通有相同热效应的直流的值是沟通的有效值
D．跟直流有相同热效应的沟通的值是沟通的有效值

5．在电路的MN间加一如图5所示的正弦沟通电，负载电阻为100 Ω，若不考虑电表内阻对电路的影响，则沟通电压表和沟通电流表的读数分别为(　　)
A．220 V,2.20 A B．311 V,2.20 A
C．220 V,3.11 A D．311 V,3.11 A

6．将正弦沟通电经过整流器处理后，得到的电流波形刚好去掉了半周，如图所示，它的有效值是（ ）
A．2 A B． A
C． A D．1 A

7．如图10所示，矩形线圈的匝数为n，线圈面积为S，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，在线圈由图示位置转过90°的过程中，求：
(1)通过电阻R的电荷量q.
(2)电阻R上产生的焦耳热Q.