2019-2020学年高中物理 第三章 电路与电能传输 2 交变电路学案 教科版选修1-1

2交变电路1.知道交变电路的组成2.了解交变电压及交变电流的图像和物理量的特征3.了解电容和电感对电流的阻碍作用 学生用书p28一、交变电路的组成1交变电路的组成：交变电路由交变电源及电阻、电容、电感等元件组成2常见的两种交变电路(如图所示)3交变电源一般由交流发电机供给，电压为220 v，常称为“市电”二、交变电压及交变电流1电压、电流的表达式uu0sin_2ftii0sin_2ft2描述交变电压(电流)的物理量(1)峰值：交变电压(电流)在变化过程中所能达到的最大值，u0、i0分别为交变电路中电压、电流的峰值(2)周期和频率周期：交变电压(电流)完成一次周期性变化所用的时间，符号为t频率：交变电压(电流)在1 s内发生周期性变化的次数，符号为f，单位为hz.周期和频率的关系：t.(3)有效值：在一个周期内，某交流电通过电阻r所产生的热量与某一恒定电流在同样的时间内通过该电阻所产生的热量相等，那么这个直流电压(电流)的大小就叫做该交流电压(电流)的有效值三、电容1组成：一般由两块彼此绝缘又相互靠近的导体组成电容器通常简称为“电容”用字母“c”及电路符号“”表示2作用：通交流、隔直流3容抗：电容器对交流电阻碍作用的大小四、电感1组成：通常由线圈或加铁芯的线圈构成交变电路中的电感器简称“电感”用字母“l”及电路符号“”表示2作用：通直流、阻交流3感抗：电感器对交流电阻碍作用的大小交流的变化规律学生用书p291. 在一般的交流电路中，电压可表示为：uu0sin 2ft，其中u0是交变电路中电压的峰值，f是交变电流的频率，t为变化时间2. 我国的市电电压一般为220 v，电压的最大值为311 v，频率为50 hz，周期为0.02 s.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，如图所示此线圈与一个r10 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交变电流的周期为0.125 sb交变电流的频率为8 hzc交变电流的最大值为2 ad交变电流的最大值为4 a解析由题图可直接获取的信息是交变电流的周期是0.250 s，a错；线圈中产生的交变电流为正弦交变电流，从而可推出，交变电流的频率f hz4 hz，b错；感应电动势的最大值e020 v，交变电流的最大值i0 a2 a，c正确，d错答案c1.某交流电源电压的表达式为u6sin 100t (v)，则下列说法中正确的是()a用交流电压表测该电源电压时，示数为6 vb用交流电压表测该电源电压时，示数为6 vc用该电源给电磁打点计时器供电时，打点的时间间隔一定为0.01 sd把标有“6 v，3 w”的小灯泡接在该电源上时，小灯泡将被烧毁解析：选a.电压表测的是电压的有效值，故a对b错；在c选项中，打点的时间间隔应为0.02 s，c错；在d选项中，因小灯泡的额定电压恰好等于交流电压的有效值，故小灯泡正常发光，d错有效值的计算学生用书p301正弦交流电有效值和最大值的关系u有0.707u0.i有0.707i0.2电压表的示数、电流表的示数、保险丝的熔断电流的大小和用电器铭牌上的电压(电流)的大小均为有效值如图所示，甲、乙分别是正弦半波电压波形和正弦单向脉冲电压波形，请分别求出它们的有效值解析若将正弦半波电压加到电阻r两端，在一个周期内产生的焦耳热是全波交变电压的，即tt，而u全u0，所以u半u0.若将正弦单向脉冲电压加到电阻r两端，因电流的热效应与电流方向无关，所以其有效值跟正弦交变电压的有效值相同，即uu0.答案u02.如图甲所示的是某种型号的电热毯的电路图，电热毯接在交流电源上，通过装置p使加在电热丝上的电压波形如图乙所示，此时接在电热丝两端的交流电压表的读数为()a110 vb156 vc220 v d311 v解析：选b.由题中图像知，每个周期的前半周期是正弦波形，其有效值为220 v，后半周期电压为0, 根据交流有效值的定义有：t0.解得：u156 v.随堂检测学生用书p301图中各图线不表示交流的是()解析：选b.根据交变电流的定义可知：只有b项所描述的电流(电流的方向不变)不是交流电2如图是某交流发电机产生的交变电流的图像，根据图像可以判定()a此交变电流的周期为0.1 sb此交变电流的频率为5 hzc将标有“12 v3 w”的灯泡接在此交变电流上，灯泡可以正常发光d此交流电的电压的最大值为12 v解析：选bd.由题图可知，交变电流的周期是0.2 s，频率fhz5 hz，即a选项错误，b选项正确；“12 v，3 w”灯泡中12 v是有效值，题图中12 v为最大值，故c选项错误；故选b、d.3一个灯泡和一个电感器相连后与一个交流电源相接，现将一块铁芯插入线圈之后，该灯泡将()a变亮b变暗c对灯没影响d以上说法均不对解析：选b.电感器对交流电有阻碍作用，插入铁芯之后阻碍作用明显增强，所以灯泡变暗4如图所示，白炽灯和电容器串联后接在交变电源的两端，当交变电源的频率增加时()a电灯变暗b电灯变亮c电灯亮度不变d不能确定解析：选b.直流电不能通过电容器，而交流电能“通过”电容器，且交流电的频率越高，电流的通过能力也越高，所以b选项正确5一交流电压u311sin 314t (v)，加在一个“220 v，40 w”的灯泡上，则(1)这个灯泡能正常发光吗？(2)如果用多用电表(交流电流挡)测量通过这个灯泡的电流，示数应该多大？解析：(1)该交流电的有效值uv220 v所以灯泡能正常发光(2)由pui，i a a.答案：(1)能(2) a课时作业学生用书p83(单独成册)一、选择题1如图所示的是电流i随时间t做周期性变化的图像，下列描述正确的是()a电流的大小变化，方向也变化，是交流电b电流的大小变化，方向不改变，不是交流电c电流的大小不变，方向不变，是直流电d电流的大小不变，方向变化，是交流电解析：选d.只要电流的方向变化就是交流电，此题电流大小不变，方向变化，是交流电2下列说法中正确的是()a使用交流电的电器设备铭牌上所标的电压、电流值均为峰值b用交流电压表和电流表测得的交流数值是有效值c用交流电压表和电流表测得的交流数值是峰值d所有交变电流都存在uu0/的关系解析：选b.交流电压表和电流表测量的是交流电的有效值，b正确；c错误；交流用电器铭牌上标的是有效值，a错误；uu0/仅适用于正弦式(余弦式)交流电，d错误3一交流电的电压u220sin 100 t v，若将它加在阻值为100 的电阻两端(电源内阻不计)，则下列说法中错误的是()a电流的表达式为i2.2sin 100 t ab电流的最大值为2.2 ac流过电阻的电流是恒定的d流过电阻的电流是变化的，但不是按正弦规律变化的解析：选cd .根据i可知：i2.2sin 100t a，故a选项正确，c、d选项错误；由表达式i2.2sin 100t a可知：电流的最大值为2.2 a，故b选项正确4一个电阻接在10 v的直流电源上，它的发热功率是p，当接到电压为u10sin t v的交流电源上，它的发热功率是()a0.25pb0.5pcp d2p解析：选b.计算交流的发热功率，必须用有效值，即p，而p，所以p，故b选项正确5如图所示，l1和l2是两个完全相同，标有“6 v0.1 a”的灯泡，c是额定电压10 v的电容器，ab之间接有6 v的交流电源则()a灯泡l1发光，l2不发光b灯泡l1和l2都发光c灯泡l1和l2亮度相同d灯泡l1比l2亮一些解析：选bd.交流能够“通过”电容器，但电容器对交流有阻碍作用6如图所示，三个灯泡是相同的，额定功率足够大，直流电源e1内阻可以忽略，交流电源e2电动势的有效值与e1相等，自感线圈电阻不计当开关s接到接点a时，三灯亮度相同，当开关s接到接点b时()a甲、乙、丙三灯亮度相同b甲灯最亮，丙灯不亮c甲灯和乙灯亮度相同，丙灯不亮d乙灯最亮，丙灯不亮解析：选d.当开关s接到a点时，三个相同的灯泡亮度相同，说明通过三个灯泡的电流大小相等，三个支路对所加频率的交流电的阻碍作用相同当开关s接b点时，由于所加的是直流电，含电阻支路的阻碍作用不变，含电感线圈支路的阻碍作用减小(线圈有“通直流，阻交流”的作用)，含电容支路的阻碍作用变为无穷大(电容有“通交流，隔直流”的作用)所以甲灯亮度不变，乙灯变亮，丙灯不亮7甲、乙分别表示两种电压的波形，其中如图甲所示电压按正弦规律变化下列说法正确的是()a图甲表示交变电流，图乙表示直流电b两种电压的有效值相等c图甲所示电压的周期为2102 sd图甲所示的电压的有效值为100 v解析：选c.由题中图像的纵坐标知，电压的正、负分别表示电压的方向，因此两图均为交变电流，a选项错误；对于正弦式电流才有u有效，虽然题中两图的最大值相同，但题中图乙所示的非正弦(余弦)式电流不适用上式，故b选项错误；由题中图像可知t2102 s，故c选项正确；由于交流电压的最大值是311 v，所以有效值为220 v，故d选项错误8在两个阻值相同的电阻上分别通以如图甲所示的正弦交变电流和如图乙所示的方形波电流，它们的峰值和周期都相同则两电阻在相同时间内产生的热量之比为()a11 b12c21 d23解析：选b.正弦交变电流的有效值为i它流经电阻r在时间t内产生的热量为q1i2 rti rt.方形波电流经过电阻r在时间t内产生的热量为q2i rt所以.9电阻r1、r2与交流电源按照图甲方式连接，r110 ，r220 .合上开关s后，通过电阻r2的正弦交变电流i随时间t变化的情况如图乙所示则()a通过r1的电流有效值是1.2 abr1两端的电压有效值是6 vc通过r2的电流最大值是1.2 adr2两端的电压最大值是6 v解析：选b.由题图知流过r2的交流电电流的最大值i2m0.6 a，故c选项错误；由u2mi2mr212 v，故d选项错误；因串联电路流过各电阻的电流相同，则i1m0.6 a，电流有效值i10.6 a，故a选项错误；由u1i1r16 v，故b选项正确二、非选择题10电压为u120 sin t v，频率为50 hz的交变电流，把它加在激发电压和熄灭电压均为u060 v的霓虹灯的两端(1)求在一个小时内，霓虹灯发光时间有多长？(2)试分析为什么人眼不能感到这种忽明忽暗的现象？解析：(1)如图所示，画出一个周期内交变电流的ut图像，其中阴影部分对应的时间t1表示霓虹灯不能发光的时间，根据对称性，一个周期内霓虹灯不能发光的时间为