高中物理5.2 描述交变电流的物理量

积盾市安家阳光实验学校高中物理第五章交变积盾市安家阳光实验学校高中物理第五章交变（二）过程与方法征正弦交变电流的物理量。征正弦交变电流的物理量。电流3-25・2描述交变电流的物理量★课标要求（一）知识与技能1•理解什么是交变电流的峰值和有效值，知道它们之间的关系。2•理解交变电流的周期、频率以及它们之间的关系。知道我国生产和生活用电的周期（频率）的大小。在教师指导下的启发式教学。★教学工具电源、电容器、灯泡“6V,0.3A”、幻灯片、手摇发电机★教学过程（一）引入课师：上节课讲了矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，在线圈中产生了正弦交变电流。如何描述交变电流的变化规律呢？生1：可以用公式法描述。从中性面开始计时，得出瞬时电动势：e=Emsinst

能用数学工具描述和分析处理物理问题。（三）情感、态度与价值观让学生了解多种电器铭牌，介绍科技的突飞猛进，激发学生的学习热情★教学交变电流有效值概念。★教学难点交变电流有效值概念及计算。★教学方法瞬时电流：i=Imsinst瞬时电压：u=UmsinSt其中Em=NBSs师：交变电流的大小和方向都随时间做周期性变化，只用电压、电流描述不全面。这节课我们学习表

（二）进行课周期和频率师：请同学们阅读教材，回答下列问题：（1）什么叫交变电流的周期？（2）什么叫交变电流的频率？（3）它们之间的关系是什么？（4）我国使用的交变电流的周期和频率各是多大？生1：交变电流完成一次周期性的变化所用的时间，叫做交变电流的周期，用T表示。生2：交变电流在1s内完成周期性变化的次数，叫做交变电流的频率，用f表示。1生3：T=f生4：我国使用的交变电流频率f=50Hz,周期T=0。02s。师：有个别欧家使用交变电流的频率为60Hz。交变电流的峰值（E，I，U）mmm师：交变电流的峰值是交变电流在一个周期内所能达到的最大数值，可以用来表示交变电流的电流或电压变化幅度。［演示］电容器的耐压值将电容器（8V，500UF）接在学生电源上充电，接8V电压时电容器正常工作，接16V电压时，几分钟后闻到烧臭味，后听到爆炸声。师：从这个中可以发现：电容器的耐压值是指能够加在它两端的最大电压，若电源电压的最大值超过思考与讨论:切用匚2述們电流*通过一伞円二1口询吧朋它匸也样计昇通吐I卅】魁虫卅中产生旳热確1加炭秆一卜尢小，汐向邮禺宅的应老电馬辿过过个屯阻氏,也能庄I*旳产生阖样的联一S电生1：0〜0.2s、0.2〜0.5s、0.5〜0.8s、0.8〜1s这四个阶段电流大小不变化，分别计算出热量，然后加起来。由Q=12Rt解得Q1=°.2j；Q2=1.2J；Q3二1.2J；Q4=0.2J所以，1s内电阻R中产生的热量为Q=0.2+1.2+1.2+0.2=2.8j生2：由Q二12Rt解得,=i2.8生2：由Q二12Rt解得,=i2.8a=1.67A师：让交变电流和直流电通过同样的电阻，如果它们在相同时间内产生热量相，把直流电的值叫做交变电流的有效值。通常用大写字母U、I、E表示有效值。在上面的“思考与讨论”中，交变电流通过电阻R的热效，与1.67A的直流通过电阻R的热效相同，这一交变电流的有效值就是1.67A。师：计算表明，正弦交变电流的最大值与有效值有以下关系：IUI=m=0.707/U=ts=0.707U■c2mv2［强调］（1）各种使用交变电流的电器设备上所示值为有效值。（2）交变电流表（电压表或电流表）所测值为有效值。耐压值，电容器可能被击穿。但是交变电流的最大值不适于表示交变电流产生的效果，在实际中通常用有（3）计算交变电流的功、功率、热量用有效值。（三）课堂总结、点评（三）课堂总结、点评电阻9Q,如图所示。求:本节课主要学习了以下几个问题：1•表征交变电流的几个物理量：周期和频率、峰值和有效值。2•交变电流的周期与频率的关系：T=f。正弦式交变电流最大值与有效值的关系:

（1）电压表读数；（2）电阻R上电功率。解析：（1）线圈在磁场中产生：100E=NBS«=50X0.2X0.4X0.2XX2nV=160VmI=m,u=v'27?。E160頁I=m=A=82AV'2(R+r)v2x10O.iOi0.i02A.MO.iOi0.i02A.MO.iO-J（四）实例探究☆有效值的概念TOC\o"1-5"\h\z【例1】表示交变电流随时间变化图象如图所示，则交变电流有效值为（）A.5「2AB.5AC.3.5迂AD.3.5A解析：设交变电流的有效值为I，据有效值的义，得TtI2RT=(4\/2)2R+(3^2)2R—22解得I=5A综上所述选择Bo☆综合用【例2】交流发电机矩形线圈边长ab=cd=0.4m,bc=ad=0.2m,共50匝,线圈电阻r=1Q,线圈在B=0.2100一、T的匀强磁场中，绕垂直磁场方向的轴OO'以r/s转速匀速转动，外接兀O

U=TR=72t2v丄101.5V（2）P=UI=72\2X8U2W=1152W（五）巩固练习1•下面关于交变电流的说法中正确的是（）交流电器设备上所标的电压和电流值是交流的最大值用交流电流表和电压表测的读数值是交流的瞬时值给的交流数值，在没有特别说明的情况下都是指有效值跟交流有相同的热效的直流的数值是交流的有效值答案：CD点评：有效值、最大值和瞬时值的物理意义2.一只“220V,100W”的灯泡接在u=311sin314tV的交变电源上，则下列判断正确的是（）灯泡能正常发光与灯泡串联的电流表的示数为0.45A与灯泡并联的电压表的示数为220V3D.通过灯泡的电流的表达式为A0.64sin314/A解析：从电压瞬时值表达式知电压有效值为220V,故“220V100W”灯泡接在此交流电源上能正常100W发光，故A正确。通过灯的电流上艺而=°45A,也是与灯串联电流表的示数，故B正确。电压表与灯并联测得的也是灯的电压有效值，故示数为220V,所以C选项也正确.通过灯的电流的有效值为0.45A,故其最大值/盲血X0.45A=0.64A,故D选项也正确。本题答案为ABCD。答案：ABCD点评：从瞬时值表达式找出最大值及周期将正弦交流电经过整流器处理后，得到的电流波形刚好去掉半周，如图所示,它的有效值是()t/sA.2AB.<2At/s42C.-—AD.lA2答案：B点评：运用有效值的义进行分析4.某交变电流表串联一电阻构成交变电压表，总电阻7?=2kQ,然后将改装的电表接到w=311sinl00Ji7V的交流电源上，贝IJ()通过电流表电流的瞬时值为0.11sinl00Ji/A作为改装的电压表，其两端电压的瞬时值为311sinlOOJirV电流表的示数为0.11A作为改装的电压表，其示数为311V解析：交流电表接入交变电流电路后，其示数均为有效值，但通过的电流还是交变电流的瞬时值，两一311端的电压也是瞬时值，电压的最大值是311V,有效值是220V；电流最大值是丽^A=0.156A,而有效值为0.11A,故选B、C.答案：BC点评：通过电压表的电流仍然是交变电流某交变电压随时间的变化规律如图所示，则此交变电流的频率为Hzo若将此电压加在10uF的电容器上，则电容器的耐压值不小于V；若将该电压加在一阻值为lkQ的电阻器上，该电阻器额电流不若将该电正好正常工作，为了避免意外事故的发生，该电路中保险丝的额电流不若将该电能低于Ao解析：由图象可知此正弦交变电压的周期7=0.02s,频率Hz；将该电压加在电容器上，电容器的耐压值不能小于200V；压加在电阻上，电压有效值为—芈2v=ioodv,电流为&匕=0.141A,保险丝的额电流略大于电路中Q2R正常工作电流。答案：502000.15点评：电容器和二极管的耐压值均为交变电流最大值•所有用电器的额值，交流电表的测量值，涉及到电流做功、能量转化的计算值，平常所说交变电流值均为有效值电容器的两个极板间的电压如果太高，绝缘层就会击穿，损坏电容器，电容器的耐压值一般都标在外壳上。有些电容器是用在交流电路中的。一个标有耐压250V的电容器，能否用在220V的交流电路中？为什么？解析：不能。因为电容器上标的耐压250V,是指电容器所能承受的电压值（若超过250V,就会使电容器极板间的绝缘物质被击穿而导电），而通常所说的交流电路的电压是220V,指的是电压的有效值，它的最大值为：J2X220V=310V,这个电压高于250V,所以这个电容器不能用。点评：电流表的读数是指有效值，闭合电路欧姆律同样适用。

小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒的角速度3绕垂直于磁场方向的固轴转动，线圈匝数“=100,穿过每匝线圈的磁通量①随时间按正弦规律变化，如图所示，发电机内阻厂=5.0Q,外电路电阻/?=95Q,已知感电动势的最大值E^n«Om，其中①皿为穿过量的最大值，求串联在外电路中的交流电流表（内阻不计）解析：感电动势的最大值：E=n①3mm设线圈在磁场中转动的周期为则有每匝线圈磁通2兀每匝线圈磁通3二T有效值:根据欧姆律，电路中的电流的最大值为:有效值:由题中给的①“图象可得：①=1.0X10-1Wb,r=3.14X10-2sm解以上各式，并代入数据，得：7=14.1A点评：只有超过220V的电压时才发光，可先推算一个周期内的发光时间。8.有一交变电压的变化规律为U=311sin314/V,若将一辉光电压是220V的氤管接上此交变电压，则在1s内氤管发光的时间是多少？解析：“辉光电压是220V"的含义是：只要加在氛管上的电压的大小（绝对值）不小于220V,氤管就会发光。根据U=311sin314/V,可知交变电压的周期：TOC\o"1-5"\h\z2ti_6.281r=V=I14S=50ST1一将U=220V代入U=311sin314/,可得在0〜亍(―s)内，交变电压瞬时值恰于辉光电压的两个时刻厶JL\J\J分别为：13^400'和叨而S在0〜㊁■时间内，氤管发光时间(电压瞬时值不小于辉光电压的时间)为311A400_400S=200S在Is内氤管发光的总时间为1仁2X—A仁100A仁0.5sT★课余作业书面完成P39"问题与练习”第3、4、5题；思考并回答第1、2题。★教学体会思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。★资料袋【例1】某线圈在匀强磁场中匀速转动时，产生的交变电动势的图象如图所示。由图可知的信息有哪此？s.解析：由图象可知，该交变电动势的最大值Em=20^2v,周期T=0.021P：Pb=1：2=2：1.将这一信息进一步处理可得:E有效值：E=—2^=20VIU点评：关键是对有效值与最大值关系I=F、U=7的条件弄清楚。不能以为它是对任何交变电流都y22适用。实际它是仅对正弦交变电流适用。其他形式交变电流有效值则要根据电流热效来确。\0x!x频率:f频率:f=卜為HZ=5OHZx速度3做匀Xx【例3】矩形线圈面积为S,匝数为N,内阻为r,绕OO'轴以角速转动。当它从图中位置转过90°过程中，求:2n角速度：3=――=100nrad/s（1）通过电阻R的电荷量是多少？中―R心该交变电动势的瞬时值表达式为:（2）外力做的功是多大?e=E•sinst=20f2sinlOOntV.m点评：本题关键是对图象的意义及各量之间关系的认识。最大值有时也叫峰值，从图象中认识时可类该用电流的平均值。比振动图象的振幅。【例2e=E•sinst=20f2sinlOOntV.m点评：本题关键是对图象的意义及各量之间关系的认识。最大值有时也叫峰值，从图象中认识时可类该用电流的平均值。比振动图象的振幅。【例2】两个完全相同的电热器，分别通过如图（a）和（b）所示的电流最大值相的方波交变电流和2①N亍=旦_At=NA①=-R+rR+r(R+r)At(R+r)AtNBS解析：（1）线圈从图中位置转过90°过程中，通过R的电流是逐渐增大的，计算通过电阻R的电荷量,解析：有效值与最大值关系/=一芳是仅对正弦交变电流适用，即对于解析：有效值与最大值关系/=一芳是仅对正弦交变电流适用，即对于（b）图才有Ib=2以有效值E=冷二NB^，对于纯电阻电路所以q=IAt=NBS.At=NBS(R+r)At(R+r)（2）外力所做的功是于电路中电流所做的功，而计算电功该用交变电流的有效值由于Em=NBS«，所1一一一一Ph=IbiR=-12R,对于（a）图的方波交变电