2018版高中物理 第3章 交變電流 3.1 交變電流的特點學案 魯科版選修3-2.docx

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第1講　交變電流的特點 [目標定位]　1.知道什么是交變電流，通過實驗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際應用意義． 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間變化的是恒定電流． 2．電流的大小和方向隨時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，符號是Hz. 3．二者關系：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阻值相等的電阻，在交流的一個周期內(nèi)，它們產(chǎn)生的熱量相等，這個恒定電流、電壓，叫做這個交流的有效值． 3．二者關系：對于正弦式交變電流的有效值和峰值之間的關系是I＝，U＝. 4．應用：(1)電氣元件或設備上所標的耐壓值指該設備所能承受的交流電最大值． (2)交流用電設備上所標的額定電壓和額定電流是有效值；交流電壓表測量的數(shù)值是有效值；交變電流的數(shù)值在無特別說明時都指有效值. 一、直流電和交變電流 1．直流電及其分類 方向不隨時間變化的電流叫直流電．直流電分為恒定電流和脈動直流電兩類．其中大小和方向都不隨時間改變的電流叫恒定電流；方向不隨時間改變而大小隨時間改變的電流叫脈動直流電． 2．交變電流及其分類 大小和方向隨時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　方向隨時間做周期性變化是交變電流的重要特征，選項A、B中，電流的大小變化，但方向不變，不是交變電流．A、B錯誤，C、D正確． 二、對描述交變電流物理量的認識 1．周期和頻率的關系：T＝，f＝. 2．角速度與周期、頻率的關系：ω＝＝2πf. 3．轉(zhuǎn)速(n)：線圈單位時間(1s或1min)轉(zhuǎn)過的圈數(shù)，單位是r/s或r/min. 角速度與轉(zhuǎn)速的關系： 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)電機中，矩形金屬線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的感應電動勢與時間成正弦函數(shù)關系，如圖1所示，此線圈與一個R＝10Ω的電阻構成閉合電路，不計電路的其他電阻．下列說法正確的是(　　) 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A、B錯誤；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C正確，D錯誤． 三、交變電流有效值的計算 1．對有效值的進一步理解 (1)交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應定義的． (2)理解有效值重點在“等效”上，“效果”相同，在定義中體現(xiàn)為相同電阻、相同時間、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．有效值的計算 (1)對于正弦交變電流，根據(jù)E＝求出有效值． (2)當電流是非正弦交變電流時，必須根據(jù)有效值的定義求解： ①計算交變電流在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q； ②將熱量Q用相應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)電流的熱效應先計算電流的有效值．由0.12R0.42＋0.22R0.12＝I2R1，可得流過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．關于交變電流和直流電的說法，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． 對描述交變電流物理量的認識 2．關于交流電的有效值U和最大值Um，下列說法中正確的是(　　) A．任何形式的交流電都具有U＝的關系 B．只有正弦交流電才具有U＝的關系 C．照明電壓220V，動力電壓380V指的都是最大值 D．交流電壓表和交流電流表測的都是最大值 答案　B 解析　電壓、電流的有效值和峰值之間的倍關系是僅限于正弦交流電而言的，所以A是錯誤的，B是正確的；在交流電的描述中沒有特殊說明情況下的電流和電壓均指有效值，C錯誤；交流電壓表、電流表測的都是有效值，D錯誤． 3.某交變電壓隨時間的變化規(guī)律如圖3所示，則此交變電流的頻率為________Hz.線圈轉(zhuǎn)動的角速度是________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，電容器的耐壓值應不小于200V. 交變電流有效值的計算 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　假設讓一直流電壓U和如題圖所示的交流電壓分別通過同一電阻，交變電流在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q1＝2(＋)＝＋.直流電在一個周期內(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.