高中物理 第五章 交变电流 第2节 描述交变电流的物理量课件 新人教版选修321.ppt

第五章交变电流 第2讲描述交变电流的物理量 内容索引 知识探究 题型探究 达标检测 知识探究 1 一 周期和频率 如图1所示 交变电流完成一次周期性变化需要多长时间 在1s内完成多少次周期性变化 完成一次周期性变化需要0 02s 在1s内完成50次周期性变化 答案 1 周期 t 交变电流完成一次变化所需的时间 2 频率 f 交变电流在1s内完成变化的次数 周期性 周期性 我国电网中交流电的频率为50hz 则我国提供市电的发电机转子的转速为 r min 3000 某交流电压的瞬时值表达式u 6sin 100 t v 把标有 6v2w 的小灯泡接在此电源上会不会被烧坏 把标有6v的电容器接在此电源上会不会被击穿 二 峰值和有效值 小灯泡不会被烧坏 交流电压的瞬时值表达式u 6sin 100 t v中6v是最大值 其有效值为6v 而标有 6v2w 的小灯泡中的6v是有效值 电容器会被击穿 答案 1 峰值 1 交变电流的电压 电流能达到的叫峰值 若交流电接入纯电阻电路中 电流及外电阻两端的电压的最大值分别为im um 2 使用交变电流的用电器 其最大耐压值应大于其使用的交流电压的 2 有效值 确定交变电流有效值的依据是 让交流与恒定电流通过大小的电阻 如果在交流的一个周期内它们产生的相同 则此恒定电流值叫做交流电的有效值 最大数值 最大值 电流的热效应 imr 相同 热量 3 在正弦式交变电流中 最大值与有效值之间的关系为 0 707em 0 707im 0 707um 判断下列说法的正误 1 正弦式交变电流的正负两部分是对称的 所以有效值为零 2 交变电流的有效值就是一个周期内的平均值 3 一个正弦式交变电流的峰值同周期频率一样是不变的 但有效值是随时间不断变化的 4 交流电路中 电压表 电流表的测量值都是有效值 2 题型探究 一 周期和频率的理解交变电流的周期和频率跟发电机转子的角速度 或转速n有关 n 越大 周期越短 频率越高 其关系为 例1 多选 矩形金属线圈共10匝 绕垂直于磁场方向的转动轴在匀强磁场中匀速转动 线圈中产生的交流电动势e随时间t变化的情况如图2所示 下列说法中正确的是 图2 a 此交变电流的频率为0 2hzb 1s内电流方向变化10次c t 0 1s时 线圈平面与磁场方向平行d 1s内线圈转5圈 答案 解析 期 线圈转5圈 每转1圈电流方向改变2次 故a错 b d对 在t 0 1s时 e 0 所以线圈平面与磁场方向垂直 故c错 二 交变电流图象的应用正弦交流电的图象是一条正弦曲线 从图象中可以得到以下信息 例2 2016 10月义乌选考模拟 发电机的形式很多 但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律 因此 其构造的一般原则是 用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路 以产生电磁功率 达到能量转换的目的 常见的发电机产生正弦 余弦式的交流电 如图3所示 图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时产生的正弦交流电的图象 当调整线圈转速后 所产生的正弦交流电的图象如图线b所示 以下关于这两个正弦交流电的说法中正确的是 图3 答案 解析 a 线圈先后两次转速之比为1 2b 交流电a的电压瞬时值ua 10sin 0 4 t vc 交流电b的最大值为vd 在图中t 0时刻穿过线圈的磁通量变化率最大 图3 针对训练 多选 一正弦交流电的电流随时间变化的规律如图4所示 由图可知 图4 a 该交流电的频率是50hzb 该交流电的电流有效值为ac 该交流电的电流瞬时值表达式为i 2sin50 t a d 若该交流电流通过r 10 的电阻 则电阻消耗的功率是20w 答案 解析 由图得周期为0 04s 频率为25hz a错误 电流最大值为2a 则有效值为a b错误 由图象知 该交流电的电流瞬时值表达式为i 2sin50 t a c正确 电阻消耗的功率p i2r 20w d正确 三 正弦式交流电有效值 最大值 平均值的对比1 有效值 2 计算与电流热效应有关的量 如电功 电功率 热量 要用有效值 3 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都是指有效值 2 平均值 例3图5甲是小型交流发电机的示意图 在匀强磁场中 一矩形金属线圈绕与磁场方向垂直的轴匀速转动 产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图乙所示 发电机线圈内阻为10 外接一只电阻为90 的灯泡 不计电路的其他电阻 则 图5 a t 0时刻线圈平面与中性面垂直b 每秒内电流方向改变100次c 灯泡两端的电压为22vd 0 0 01s时间内通过灯泡的电荷量为0 答案 解析 达标检测 3 1 小型手摇发电机线圈共n匝 每匝可简化为矩形线圈abcd 磁极间的磁场视为匀强磁场 方向垂直于线圈中心轴oo 线圈绕oo 匀速转动 如图6所示 矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0 不计线圈电阻 则发电机输出电压 答案 解析 1 2 3 4 图6 由题意可知 线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0 因此单匝矩形线圈总电动势最大值为2e0 又因为发电机线圈共n匝 所以发电机线圈中总电动势最大值为2ne0 根据闭合电路欧姆定律可知 在不计线圈内阻时 输出电压等于感应电动势的大小 即其峰值为2ne0 故a b错误 又由题意可知 若从图示位置开始计时 发电机线圈中产生的感应电流为正弦式交变电流 由其有效值与峰值的关系可知 1 2 3 4 a 电压表的示数为220vb 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484wd 发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24 2j 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象如图7甲所示 已知发电机线圈内阻为5 外接一只电阻为95 的灯泡 如图乙所示 则 答案 解析 1 2 3 4 图7 1 2 3 4 a t 2tb 2t 8tc 2t 2td t 4t 3 2016 台州市高二期中 把一只电热器接在100v的直流电源上 在t时间内产生的热量为q 若将它分别接到u1 100sin t v 和u2 50sin2 t v 的交流电源上 仍要产生q的热量 则所需的时间分别为 答案 解析 1 2 3 4 4