2019_2020学年高中物理第3章交变电流第1节交变电流的特点学案鲁科版.docx

第1节交变电流的特点1.知道交变电流的周期、频率的含义和它们之间的关系2.了解交变电流最大值和有效值的意义，知道正弦式交变电流最大值和有效值之间的关系3.能利用有效值的定义计算某些交变电流的有效值一、恒定电流和交变电流的比较恒定电流交变电流定义大小和方向都不随时间变化的电流大小和方向随时间做周期性变化的电流图象形状图象特点一条与时间轴平行的直线有时会在时间轴的上方，有时会在时间轴的下方，即随时间做周期性变化1交变电流形式多种多样，其共同的特点是什么？提示：方向做周期性变化，交变电流的大小可以变，也可以不变二、交变电流的周期和频率1周期：交变电流完成1次周期性变化所需要的时间用T表示，单位是秒(s)2频率：交变电流在1 s内完成周期性变化的次数，用f表示，单位是赫兹(Hz)3周期(T)和频率(f)之间的关系：T2市电的周期为0.02 s，电流方向在1 s内改变多少次？提示：市电的周期为0.02 s，频率为50 Hz，电流方向在1 s内改变100次三、交变电流的最大值和有效值1最大值(1)定义：交变电流在1个周期内电压和电流能达到的最大值，又称峰值，分别用Um和Im表示(2)最大值可以表示交变电流的峰值或电压的峰值，但不适于用来表示交流电产生的效果(3)电气元件或设备上所标的耐压值是指该设备所能承受的交流电压的最大值2有效值(1)定义：使交变电流和恒定电流通过阻值相等的电阻，如果它们在相等时间内产生的热量相等，就把这一恒定电流的数值叫做这一交变电流的有效值(2)正弦式交变电流的有效值与最大值之间的关系：ImI，UmU(3)交流用电设备上所标的额定电压和额定电流是有效值；交流电流表和交流电压表的示数是有效值；交变电流的数值在无特别说明时都指有效值(1)生活用电的电压220 V指有效值，动力用电的电压380 V指峰值()(2)只要是交变电流，其峰值就是有效值的倍()(3)家用电器铭牌上标称的电流、电压都是指有效值()提示：(1)(2)(3)直流电和交变电流学生用书P331直流电及其分类(1)直流电：方向不随时间变化的电流(2)分类：直流电分为恒定电流和脉动直流电两类大小和方向都不随时间改变的电流叫恒定电流，如图甲所示方向不随时间改变而大小随时间改变的电流叫脉动直流电，如图乙所示2交变电流及其图象(1)交变电流：大小和方向随时间做周期性变化的电流，或大小不变、方向改变的电流(2)交变电流的图象正弦式交变电流的图象描述的是交变电流随时间变化的规律，它是一条正弦曲线，如图所示从图中我们可以找出正弦式交变电流的最大值Im和周期T.非正弦式交变电流的形式多种多样，如图是几种常见的交变电流的图象 命题视角1交变电流与直流电的区别(多选)下列关于交变电流和直流电的说法中，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规律变化的D交变电流的最大特征是电流的方向发生周期性的变化解析直流电的特征是电流的方向不变，电流的大小可以改变交变电流的特征是电流的方向随时间改变交变电流有多种形式，正弦式交变电流只是交变电流中最基本、最简单的一种选项B、D正确答案BD 命题视角2交变电流与直流电的图象比较(多选)如图所示图象中属于交变电流的有()解题探究 (1)区分交变电流和直流电的关键是什么？(2)电流方向的变化在图象中如何表现出来？解析A、B、C中e的方向均发生了变化，故它们属于交变电流，但不是正弦式交变电流，D中的方向未变化，故是直流电答案ABC判断电流是否是交变电流关键看电流的方向是否发生改变，而不是看大小 交变电流的有效值学生用书P331有效值的特点(1)交变电流的有效值是根据电流的热效应来规定的，与电流的方向无关，但一般与所取时间的长短有关，在无特别说明时由一个周期的时间来确定(2)在定义有效值时应注意三同：相同电阻；相同时间；产生相同热量2有效值的计算方法(1)分段计算交变电流在一个周期内通过某电阻产生的热量Q.(2)让恒定电流通过相同的电阻，在交变电流的一个周期内产生的热量等于Q，则QI2RT或QT，相对应的I、U即交变电流、交变电压的有效值(3)在正弦交变电流中，有效值是最大值的，即E，U，I.3对有效值的理解(1)各种使用交变电流的用电器上所标的额定电压、额定电流值都是指交变电流的有效值各种交流电流表和交流电压表的测量值也都是有效值家庭电路电压220 V是指有效值，以后提到的交变电流的数值，凡没有特别说明的都是指有效值(2)凡涉及能量问题，如电能与其他形式的能的转换过程中计算交变电流的电功、电功率等物理量均用有效值，计算保险丝的熔断电流也用有效值二极管、电容器的耐压值指的是最大值，不是有效值 命题视角1有效值与最大值的理解关于交流电的有效值和最大值，下列说法正确的是()A任何形式的交流电压的有效值都是U的关系B只有正弦式交流电才具有U的关系C照明电压220 V和动力电压380 V指的都是最大值D交流电压表和电流表测量的是交流电的最大值解析只有正弦式交流电才有U的关系，其他交流电不适用，A错误，B正确；家用照明电压、动力电压均指有效值，交流电表测量的也是有效值，C、D错误答案B 命题视角2交变电流有效值的计算如图所示是一交变电流的it图象，x轴上方每段图象均为正弦曲线的一部分，则该交变电流的有效值为()A4 AB2 AC A D A解题探究 (1)研究计算有效值时，时间应用多长最好？(2)图中01 s内电流变化有何特点？有效值是多少？解析设该交变电流的有效值为I，由有效值的定义得Rt1IRt2I2Rt，而tt1t2代入数据解得I A，故选项D正确答案D 命题视角3有效值及图象的综合应用下图中两交变电流分别通过相同电阻R.(1)分别写出它们的有效值、周期、频率；(2)计算它们在R上产生的功率之比解题探究 (1)甲图中最大值和有效值有什么关系？(2)如何计算乙图中的有效值？(3)计算功率是用有效值还是用最大值？解析(1)题图甲为正弦式交变电流，其有效值I1 A3.54 A周期T10.4 s频率f12.5 Hz题图乙为方波交流电，电流的大小不变，方向发生周期性变化，由于热效应与电流方向无关，因而它的有效值I25 A周期T20.3 s频率f2 Hz.(2)由公式PI2R得P甲P乙II12.答案(1)3.54 A，0.4 s，2.5 Hz5 A，0.3 s， Hz(2)12有效值的分析与计算要注意以下两点(1)方波式交变电流的正、负半周期最大值不相等时，要分段计算电热(2)应取一个周期或周期的整数倍的时间计算电热 交变电流的有效值与平均值的应用学生用书P341求电功、电功率、焦耳热以及确定保险丝的熔断电流等物理量时，要用交变电流的有效值计算2交变电流的平均值与交变电流的方向及所取时间的长短均有关，其数值可根据法拉第电磁感应定律En计算3在计算通过导体某一横截面的电荷量时，只能用交变电流的平均值，qttn.如图所示，矩形线圈面积为S，匝数为N，线圈电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO轴以角速度匀速转动时，产生的电流是满足正弦式关系的交变电流，若外电路电阻为R，当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上所产生的热量Q.解析(1)由题意可知磁通量的变化量BS，线圈转过90的时间为t，平均感应电动势为N.平均感应电流为.通过电阻R的电荷量为qt.(2)线圈中感应电动势的有效值E和最大值Em的关系是E，电路中电流的有效值为I，电阻R上产生的热量为QI2Rt.答案(1)(2)如图所示，单匝矩形闭合导线框abcd全部处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中，线框面积为S，电阻为R.线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度匀速转动试计算：(1)线框中感应电流的有效值；(2)线框从图示位置开始转过的过程中，通过导线横截面的电荷量？解析：(1)感应电动势最大值EmBS电动势的有效值E电流的有效值I.(2)qttt.答案：(1)(2)随堂检测 学生用书P351. (多选)对于如图所示的电流i随时间t做周期性变化的图象，下列说法中正确的是()A电流大小变化、方向不变，是直流电B电流大小、方向都变化，是交变流电C电流最大值为0.2 A，周期为0.01 sD电流的周期为0.005 s，有效值为0.1 A解析：选AC.it图象中i数值的正负表示电流的方向，图中电流始终为正值，表示电流方向不变，是直流电，A对、B错；从图中可以看出每经过0.01 s，it图象重复一次，周期为0.01 s，电流最大值为0.2 A，C对、D错2一个电炉上标有“220 V，1.5 kW”，那么为了使它正常工作，所使用的正弦式交变电流应是()A电压最大值为220 V，电流最大值约为9.6 AB电压最大值为311 V，电流最大值约为6.8 AC电压有效值为220 V，电流有效值约为6.8 AD电压有效值为311 V，电流有效值约为9.6 A解析：选C.电炉上标的“220 V”是指有效值，由正弦式交变电流有效值与最大值的关系式得电压的最大值为311 V，电流的有效值约为6.8 A，最大值约为9.6 A，故选项C正确3如图所示，表示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是()A5 AB5 AC3.5 A D3.5 A解析：选B.根据有效值的定义，让图示交变电流和一恒定电流分别通过阻值相同的电阻，如果在相同时间内电阻产生的热量相同，则此恒定电流的电流值为该交变电流的有效值取一个周期研究，设有效值为I，电阻为R，有IRt1IRt2I2Rt，即(4 A)2R0.01 s(3 A)2R0.01 sI2R0.02 s，解得I5 A.4某电容器两端所允许加的最大直流电压是250 V它在正弦交流电路中使用时，交流电压可以是()A250 V B220 VC352 V D177 V解析：选D.电容器的耐压值是指最大值，根据正弦交流电的有效值公式得：U V177 V.5.如图所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为B.电阻为R、半径为L、圆心角为45的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O轴以角速度匀速转动(O轴位于磁场边界)则线框内产生的感应电流的有效值为()A BC D解析：选D.线框转动的角速度为，进磁场的过程用时周期，出磁场的过程用时周期，进、出磁场时产生的感应电流大小都为I，则转动一周产生的感应电流的有效值满足I2RTRT，解得I，D正确课时作业 学生用书P87(单独成册)一、单项选择题1两个相同的定值电阻1、2分别接在正弦交流电源和直流电源的两端，直流电压恒为U0.当电阻1、2的通电时间分别为t和2t时，两个电阻上产生的热量均为Q.则该正弦交流电源电压的最大值是()AU0B2U0CU0 DU0解析：选B.设两电阻的阻值均为R，正弦交流电源电压的最大值为Um，则Qt，Q2t，解得Um2U0，选项B正确2.如图所示电路中，A是熔断电流为2 A的保险丝，R是可变电阻，接入电动势最大值为311 V的正弦交流电源，内阻不计为使保险丝不熔断，可变电阻阻值应该不小于()A110 B220 C330 D440 解析：选A.电动势的有效值E V220 VR 110 ，所以可变电阻阻值不应小于110 ，A正确3有一电子器件，当其两端电压高于100 V时导电，等于或低于100 V时则不导电若把这个电子器件接到100 V、50 Hz的正弦交变电流的电源上，这个电子器件将()A不导电B每秒钟内导电50次C每秒钟内导电100次D每秒钟内导电200次解析：选C.由频率f50 Hz可知交变电流在1秒内方向改变100次，由于交变电流的有效值为100 V，其最大值为100 V，即为141.4 V，大于100 V，故该电子器件在一个周期内导电2次，所以每秒内导电100次4.如图所示，正弦式交变电流的电压最大值为311 V，负载电阻R440 ，不考虑电表内阻的影响，则电路中交流电压表和电流表的示数分别为()A311 V，0.707 A B220 V，0.5 AC311 V，10 A D311 V，0.05 A解析：选B.电压表、电流表的示数均为有效值，U220 V，I0.5 A.5将正弦式交变电流经整流器处理后得到的电流波形刚好去掉了负半周，如图所示，则该电流的有效值为()A A B AC1 A D A解析：选C.设该电流通过一电阻R，在一个周期内只有半个周期的时间发热，在这半个周期内，相当于一个电流值为 A的恒定电流发热，故在一个周期内产生的热量可表示为Q( A)2R.设某恒定电流I通过该电阻时在一个周期内产生的热量也为Q，则有I2RT( A)2R，得I1 A故选项C正确6三个相同的电阻，分别通过如图甲、乙、丙所示的交变电流，三个图中的I0和周期T相同下列说法中正确的是()A在相同时间内三个电阻发热量相等B在相同时间内，甲、乙发热量相等，是丙发热量的2倍C在相同时间内，甲、丙发热量相等，是乙发热量的D在相同时间内，乙发热量最大，甲次之，丙的发热量最小解析：选C.甲图象电流的有效值为I0，乙图象电流的有效值为I0，丙图象根据电流有效值的定义有：IRI2RT，解得电流有效值II0，根据焦耳定律，相同时间内产生的热量之比等于电流有效值的二次方比，Q1Q2Q3121，C对二、多项选择题7下列说法正确的是()A发电机、电动机铭牌上所标电压、电流值为有效值B电容器的击穿电压应大于所加交变电压的最大值C交流电压表所测数值为瞬时值D保险丝允许通过的电流值为平均值解析：选AB.发电机、电动机铭牌上所标电压、电流值为有效值，选项A正确；电容器的击穿电压应大于所加交变电压的最大值，选项B正确；交流电压表所测数值为有效值，选项C错误；保险丝允许通过的电流值为有效值，选项D错误8关于交变电流的周期和频率，下列说法正确的是()A正弦式交变电流连续两次出现正向最大值的时间间隔等于周期B50 Hz的交变电流，其周期等于0.05 sC频率为50 Hz的交变电流，1 s内方向变化100次D频率为50 Hz的交变电流，1 s内方向变化50次解析：选AC.正弦式交变电流连续