高中物理 第五章 交变电流 2 描述交变电流的物理量课件 新人教版选修3-2

2描述交变电流的物理量 第五章交变电流 1 掌握交变电流的周期 频率 线圈转动角速度三者间的关系 2 理解交变电流有效值的含义 会进行有效值的相关计算 3 知道正弦式交变电流有效值与峰值的关系及在生活中的应用 4 了解相位及相位差的概念 目标定位 二 峰值和有效值 三 交变电流的 四值 栏目索引 一 周期和频率 对点检测自查自纠 四 相位和相位差 一 周期和频率 知识梳理 1 周期 T 交变电流完成所需的时间 用T表示 单位是秒 2 频率 f 交变电流在内完成的次数 用表示 单位是赫兹 符号是 3 T f 三者之间的关系 答案 4 1 我国工农业生产和生活所用的交变电流 周期是0 02s 频率是Hz 电流方向每秒改变次 2 打点计时器接交变电流 f 50Hz T 0 02s 所以每隔s打一次点 0 02 一次周期性变化 1s 周期性变化 f Hz 50 100 2 f 典例精析 例1如图1所示 图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生的正弦式交变电流的图象 当调整线圈转速后 所产生的正弦式交变电流的图象如图线b所示 以下关于这两个正弦式交变电流的说法正确的是 A 线圈先后两次周期之比为2 3B 线圈先后两次转速之比为2 3C 交变电流a的瞬时值为u 10sin 5 t V 图1 返回 解析答案 总结提升 总结提升 解析由u t图象知 Ta Tb 2 3 故两次转速之比为3 2 选项A正确 B错误 对交变电流a Um 10V Ta 0 4s 则 a 5 rad s 故u Umsin at V 10sin 5 t V 选项C正确 答案ACD 返回 总结提升 1 由图象可直接获得的信息有 该交变电流的最大值 周期 任意时刻交变电流的数值 2 掌握角速度 周期T 转速n的关系 二 峰值和有效值 答案 知识梳理 1 峰值 交变电流的电压 电流所能达到的数值 1 表达式 Em nBS 2 应用 电容器所能承受的电压应 选填 高于 或 低于 交流电压的峰值 否则电容器就可能被击穿 2 有效值 让交流和恒定电流分别通过的电阻 如果在交流的内 它们产生的热量 而这个恒定电流是I 电压是U 我们就把I U叫做这个交流的有效值 1 正弦式交变电流有效值和最大值的关系 E U I 相等 最大 高于 大小相同 一个周期 2 应用 电气设备铭牌上标注的额定电压 额定电流都是 交流电压表和交流电流表测量的也是 3 计算 对于正弦式交变电流 可先根据Em nBS 求出最大值 然后根据E 求出其有效值 当电流是非正弦式交变电流时 必须根据有效值的定义求解 先计算交变电流在一个周期内产生的热量Q 再将热量Q用相应的物理量的有效值表示Q I2RT或Q T 最后代入数据求解有效值 有效值 有效值 答案 深度思考 1 交变电流的有效值是根据什么定义的 定义中包含三个 相同 具体指的是什么 答案交变电流的有效值是根据电流的热效应来定义的 定义中应特别注意三个 相同 即相同电阻 相同时间 相同热量 2 交变电流的有效值是否等于其在一段时间内的平均值 答案不是 有效值是根据电流的热效应定义的 不同于平均值 例如 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴转动一周时 其平均值为零 但有效值不为零 答案 典例精析 例2通过一阻值R 100 的电阻的交变电流如图2所示 其周期为1s 电阻两端电压的有效值为 图2 解析答案 总结提升 答案B 总结提升 总结提升 对于非正弦式交变电流的有效值 应按有效值的定义计算 计算时要紧扣电流通过电阻产生的热量进行计算 计算时间一般取一个周期 半周期对称的可取半周期 返回 解析答案 总结提升 针对训练如图3所示的交变电流由正弦式交变电流的一半和反向脉冲电流组合而成 则这种交变电流的有效值为 图3 总结提升 答案C 返回 总结提升 1 若一个交变电流存在几种形式 可在一个周期内分段求出产生的热量 求其和 三 交变电流的 四值 知识梳理 解析答案 典例精析 例3如图4所示是某种正弦式交流电压的波形图 由图可确定该电压的 A 周期是0 01sB 最大值是311VC 有效值约是220VD 瞬时值表达式为u 220sin 100 t V 图4 解析由交流电压的图象知 周期是0 02s A项错 最大值是311V B项正确 有效值约是220V C项正确 瞬时值表达式为u 311sin 100 t V D项错误 BC 例4如图5所示 矩形线圈abcd在磁感应强度B 2T的匀强磁场中绕轴OO 以角速度 10 rad s匀速转动 线圈共10匝 电阻r 5 ab 0 3m bc 0 6m 负载电阻R 45 1 写出从图示位置开始计时的线圈中感应电动势的瞬时值表达式 解析答案 图5 解析电动势的最大值为Emax nBS 10 2 0 3 0 6 10 V 113 04V由于从线圈平面经过与磁感线平行的位置开始计时 交变电流为最大值 故瞬时值表达式e Emax cos t 113 04cos 10 t V答案e 113 04cos 10 t V 解析答案 2 求电阻R在0 05s内产生的热量 保留两位有效数字 所以0 05s内R上产生的热量Q I2Rt 5 76J答案5 76J 返回 解析答案 总结提升 3 求0 05s内流过电阻R上的电荷量 设线圈从垂直中性面开始转动 答案0 072C 总结提升 返回 求解热量与电荷量的思路 1 求解热量用有效值 按以下思路 2 求解电荷量用平均值 按以下思路 四 相位和相位差 知识梳理 1 定义 正弦式交变电流u Umsin t 其中 叫作交变电流的相位 两支交流的相位之差叫作它们的相位差 2 正弦式交流电u1 Umsin t 1 和u2 Umsin t 2 的相位差是 深度思考 两个交变电流的相位不同 反映了什么问题 答案两个交变电流的相位不同 反映了两个交变电流变化的步调不同 答案 1 2 t 返回 解析答案 典例精析 例5 A 它们的峰值相同B 它们的周期相同C 它们的相位差恒定D 它们的变化步调一致 BC 对点检测自查自纠 1 2 3 4 解析答案 1 描述交变电流的物理量 小型交流发电机中 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成正弦函数关系 如图6所示 此线圈与一个R 10 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 交变电流的频率为8HzB 交变电流的有效值为AC 交变电流的最大值为4AD 电流的瞬时值表达式为i 2sin 4 t A 图6 1 2 3 4 解析由e t图象可知 交变电流的周期为0 25s 故频率为4Hz 选项A错误 根据欧姆定律可知交变电流的最大值为2A 故有效值为A 选项B正确 C错误 因 2 f 8 故电流的瞬时值表达式为i 2sin 8 t A 故选项D错误 答案B 1 2 3 4 解析答案 2 交变电流有效值的计算 如图7所示是一交变电流随时间变化的图象 求此交变电流的有效值 图7 在一个周期内直流电通过该电阻产生的热量Q I2RT由Q Q 代入数据 解得I 5A 答案5A 1 2 3 4 C 解析答案 4 最大值 有效值和平均值的区别及应