2018-2019版高中物理电磁感应第3讲交变电流学案新人教版.docx

第3讲交变电流目标定位1.了解交变电流是怎样产生的.2.定性了解交变电流的变化规律及其图象表示和主要特征物理量.3.知道交变电流能通过电容器的原因，了解交变电流这一特性在电子技术中的应用.4.初步了解发电机、交变电流的发明和利用对促进人类社会进步的作用，进一步体验科学、技术与社会生活之间的密切关系.一、电流发电机1.发电机的原理： 由于转子的转动使得穿过线圈的磁通量发生变化，在线圈中激发出感应电动势.2.交变电流：大小、方向随时间做周期性变化的电流，简称交流.各种电池供给的电流只沿一个方向流动，叫做直流.想一想你是怎样区别直流电流和交变电流的？这两种电流有何根本区别？答案大小、方向随时间做周期性变化的电流叫做交变电流，各种电池供给的只沿一个方向流动的电流叫做直流.这两种电流的根本区别在于交变电流的方向随时间做周期性变化，直流电流的方向不随时间变化.二、交流的变化规律1.电网中的交变电流，它的电流、电压随时间按正弦函数的规律变化，叫做正弦式电流.2.表达式：iImsin_tuUmsin_t式中Im、Um分别是电流、电压的最大值，叫做交流的峰值.3.周期和频率(1)交流完成一次周期性变化所需的时间叫做交流的周期，通常用T表示，它的单位是秒.交流在1 s内发生周期性变化的次数，叫做交流的频率，通常用f表示，它的单位是赫兹，简称赫，符号是Hz.(2)周期和频率的关系为T或f.想一想家里电灯用的是交变电流，电流在最大值和零之间不断变化，但我们为什么看不到电灯的闪烁？答案交流电的周期是0.02 s，电流每周期内两次达最大值，两次为零，所以电灯两次最亮的时间间隔仅0.01 s，比人眼的视觉暂留时间要小，所以感觉不到电灯的闪烁.另外由于电灯发光是灯丝高温炽热发光，灯丝的温度变化需要有一定的时间，而电流两次最大的时间间隔很短，灯丝的温度、亮度不会有明显的变化.三、交流能够通过电容器电容器能够“隔直流，通交流”，这一点在电子技术中有重要应用.想一想交流电是如何“通过”电容器的？答案由于交流电的电压值不断随时间变化，电容器接到交流电源两端时，如果电压升高，则电容器充电，在电路中形成充电电流.经过峰值以后，交流电压降低，电容器放电，形成放电电流.尽管电荷实际上并没有越过两极板间的介质，但从外电路看来，导线中的电荷确实在流动，所以，电容器的充电和放电表现为交流电通过了电容器.四、交流的有效值1.交流的有效值，是根据电流的热效应来规定的：把交流和直流通过相同的电阻，如果在相同的时间里它们产生的热量相等，我们就把这个直流的电压、电流的数值叫做交流电压、电流的有效值.2.正弦式电流的有效值和峰值之间的关系：Ie0.707 ImUe0.707 Um在各种使用交变电流的电器设备上，所标注的额定电压、额定电流值，都是交流的有效值.想一想我们常说“照明电路的电压是220 V，动力电路的电压是380 V”指的是交流电压的什么值？答案有效值一、交流电及其产生1.直流电：方向不随时间变化的电流，称为直流电.交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流.2.各种发电机都由固定不动的“定子”和连续转动的“转子”组成.常见发电机有两类：(1)旋转电枢式发电机：线圈在磁场中旋转.线圈(电枢)是转子，磁体是定子.(2)旋转磁极式发电机：磁体转动，是转子；线圈不动，是定子.无论是线圈转动，还是磁体转动，都是转子的转动使得穿过线圈的磁通量发生变化，在线圈中产生感应电动势.3.交流发电机的原理当闭合线圈在磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，穿过线圈的磁通量发生变化，因而在线圈中就产生感应电流.线圈做周期性的运动，在线圈中就产生了大小和方向随时间做周期性变化的交变电流.例1将线圈置于范围足够大、方向竖直向下的匀强磁场B中，各线圈的运动方式如下列图所示，则能够在线圈中产生感应电动势的是()答案C解析只有C图穿过线圈的磁通量发生变化，在线圈中产生感应电动势.针对训练1下图中属于交变电流的是()答案BC解析根据交变电流的定义判断，大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流.符合此定义的是B、C两图，A、D两图中只是电流的大小做周期性变化，方向未变，不符合定义.二、交流电的变化规律及描述1.正弦式交流电的变化规律：(1)电流、电压随时间按正弦规律变化.(2)图象为正弦曲线(如图331所示)：图3312.描述交流电的各物理量的关系(1)周期(T)与频率(f)周期与频率互为倒数关系，即T或f.(2)峰值与有效值对于正弦式交流电：I，U，E对于一般的交流电要根据有效值的定义去求.(3)有效值与平均值对于某交流电，它的有效值是恒定的，可以通过峰值求得.交流电的平均值n，而在不同的时间t内是不同的，电流的平均值.在计算热量、电功、电功率时用有效值；在计算通过导体的电荷量时用平均值.例2图332是一正弦式交变电流的电压图象.从图象可知电压的最大值和频率分别为()图332A.40 V，100 Hz B.20 V，100 HzC.40 V，50 Hz D.20 V，50 Hz答案D解析从图象可知电压的最大值是20 V，周期是0.02 s，所以频率f50 Hz，选项D正确.针对训练2在相同时间内，某正弦交流电流通过一阻值为100 的电阻产生的热量，与一电流为3 A的直流电通过同一阻值的电阻产生的热量相等，则( )A.此交变电流的有效值为3 A，最大值为3 AB.此交变电流的有效值为3 A，最大值为6 AC.电阻两端的交变电压的有效值为300 V，最大值为600 VD.电阻两端的交变电压的有效值为300 V，最大值为600 V答案A解析根据交变电流有效值的定义方法，易知交变电流的有效值为3 A；根据最大值与有效值的倍关系，易知交变电流的最大值为3 A；根据欧姆定律UIR，则有U有效I有效R，UmImR，得电阻两端的交流电压的有效值为300 V，最大值为300 V.对交变电流的理解1.关于交变电流的理解，下列说法正确的是()A.大小、方向都随时间周期性变化的电流叫交变电流B.交变电流就是正弦交变电流C.我们的照明用电是交流电D.电池也是提供的交变电流答案AC解析交变电流不一定是正弦交变电流，电池提供直流电.2.如图所示图象中属于交流电的有()答案ABC解析D图表示的电流大小发生了周期性变化，而方向没有变化，A、B、C图中的电流大小、方向发生了周期性变化，据交流电的定义知A、B、C正确，D错误.交流电的变化规律及描述3.下列说法正确的是()A.使用交流电的电器设备所标示的额定电压、额定电流的数值均为最大值B.用交流电流表和电压表测得的数值是有效值C.照明电路电压为220 V指的是有效值D.所有交变电流的有效值和最大值之间均存在Ee，Ue和Ie的关系答案BC解析各种使用交流电的用电器铭牌上所标的数值均为有效值，故A项错误；交流电表测量值为有效值，故B项正确；照明电路电压为220 V是有效值，故C项正确；Ee，Ue，Ie是正(余)弦交变电流有效值和最大值的关系，故D项错误.故正确答案为B、C.4.如图333所示，是一个按正弦规律变化的交变电流的图象.根据图象可知该交变电流的电流有效值是_A，频率是_Hz.图333答案0.7075解析从图象可知电流的最大值是1 A，有效值Ie0.707 A；周期是0.2 s，所以频率f5 Hz.(时间：60分钟)题组一、对交变电流的理解1.关于交变电流与直流电的说法中，正确的是()A.如果电流大小做周期性变化，则一定是交变电流B.直流电的大小可以变化，但方向一定不变C.交变电流一定是按正弦或余弦规律变化的D.交变电流的最大特征就是电流的方向发生周期性变化答案BD2.关于交流发电机，下列说法正确的是( )A.基本构造分定子、转子两部分B.必须是线圈转动C.电流方向变化的原因是由于切割磁感线运动的方向变了D.电流大小变化的原因是因为线圈转的时快时慢答案AC3.下列说法中正确的是( )A.直流电能通过电容器B.交流电不能通过电容器C.直流电、交流电都能通过电容器D.交流电的频率越低，电流通过电容器的能力也越低答案D题组二、描述交流电的物理量4.有一台使用交流电的电冰箱上标有额定电压为“220 V”的字样，这“220 V”是指( )A.交流电电压的瞬时值 B.交流电电压的最大值C.交流电电压的平均值 D.交流电电压的有效值答案D5.下列关于交变电流的几种说法中，正确的是()A.交流电器设备上所标的电压、电流值是峰值B.交流电流表和交流电压表测得的值是瞬时值C.跟交变电流有相同热效应的直流电的值是交变电流的有效值D.跟直流电有相同热效应的交变电流的值是交变电流的有效值答案C解析为了表明交变电流通过用电器产生的效果，用电器上所标的都是交变电流的有效值，A错误；因为交变电流用得最多的是有效值，所以交变电流表或交变电压表测的都是有效值，B错误；根据有效值的定义可知C正确，D错误.6.以下说法正确的是()A.发电机、电动机铭牌上所标数值为有效值B.电容器的击穿电压为所加交变电压的有效值C.交流电压表所测数值为瞬时值D.保险丝的数值为最大值答案A题组三、交流电的表达式和图象7.如图所示，面积均为S的单匝线圈绕其对称轴或中心轴在匀强磁场B中以角速度匀速转动，能产生正弦交变电动势eBSsin t的图是()答案A解析线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴(轴在线圈所在平面内)匀速转动，产生的正弦交变电动势为eBSsin t，由这一原理可判断，A图中感应电动势为eBS sin t；B图中的转动轴不在线圈所在平面内；C、D图中转动轴与磁场方向平行，而不是垂直.8.一只低压教学电源输出的交流电压的瞬时值为u10sin(314t) V，关于该电源的规格和使用，下列说法正确的是()A.这个电源可以使“10 V，2 W”的灯泡正常发光B.此电源的交流电压的周期是314 sC.此电源在t0.01 s时电压达到峰值D.这个电源可能把“10 V，2 F”的电容器击穿答案AD解析此电源有效值为10 V，灯泡的额定电压为10 V，故灯泡能正常发光，A正确；此交流电周期T s0.02 s，故B错误；t0.01 sT，此时U0，故C错误；因为电源最大电压Um10 V10 V(电容器的耐压值)，所以电容器可能被击穿，故D正确.9.如图334所示是一正弦交变电流的电流图象，此正弦交变电流的频率和电流的有效值分别为()图334A.50 Hz，10 A B.50 Hz，5 AC.100 Hz，10 A D.100 Hz，5 A答案B解析由图象可知此交流电的周期T0.02 s，故频率f50 Hz；由图可知此交流电电流的最大值为10 A，故其有效值