1、高二物理导学案 第三章第三章 交变电流交变电流第二节第二节交变电流的描述交变电流的描述 【情景导入】【情景导入】 1 1、上学期学习了简谐振动，其位移随时间也是正弦式变化，根据其变化我们学习、上学期学习了简谐振动，其位移随时间也是正弦式变化，根据其变化我们学习 了一些描述其运动情况的物理量了一些描述其运动情况的物理量， 这些物理量我们能否类比到正弦式交流电中来描述交这些物理量我们能否类比到正弦式交流电中来描述交 流电呢？流电呢？ 2 2、根据焦耳定律可求恒定电流的热效应根据焦耳定律可求恒定电流的热效应，交变电流的电压交变电流的电压、电流都是随时间变化电流都是随时间变化， 但是交流电通过电阻也会
2、产生电热，这个电热该如何计算呢？但是交流电通过电阻也会产生电热，这个电热该如何计算呢？ 【学习目标学习目标】 1、知道描述交变电流的物理量，理解其物理意义，并会进行计算 2、能灵活利用交变电流有效值的定义来求其有效值 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、掌握描述正弦式交变电流的公式和图像两种方式. 【教材阅读知识提纲与填空教材阅读知识提纲与填空】 一、周期和频率一、周期和频率 1、物理意义：描述交变电流的物理量 2、周期：交变电流完成一次所需的时间，用 T 表示，单位是秒(s) 3、频率：交变电流完成的次数与所用时间之比，用 f 表示，单位是(Hz) 4、T、f 的关
3、系：T1 f或 f 1 T , . 二、峰值和有效值二、峰值和有效值 1、峰值 (1)意义：用来表示电流的和电压的. (2)应用：电容器所能承受的电压要交流电压的峰值 2、有效值 (1)定义： 让交变电流与恒定电流分别通过相同的， 如果它们在交变电流的一个周期内 产生的热量，则这个恒定电流的电流 I、电压 U，叫作这一交变电流的有效值 (2)应用：交流用电设备上所标的电压和电流；交流电压表测量 的； 无特别说明时提到的的数值 3、正弦式交变电流峰值和有效值的关系：I，U. 三、正弦式交变电流的公式和图像三、正弦式交变电流的公式和图像 1、公式描述：已知交变电流的周期 T 或频率 f，又知电压的
4、有效值或峰值，可表示为 uUmsin2 T t 2图像描述：以电压随时间变化为例，图像如图所示 【探究思考探究思考】 探究点探究点一、一、 描述交流电变化快慢的物理量描述交流电变化快慢的物理量 问题问题 1、比较右图两个交流电的周期、频率？ 探究点二探究点二、交变电流热效应的求解交变电流热效应的求解 问题问题 2、如图某种交变电流 i 通过一个 R1 的电阻。求： 通电 1s 时间内电阻 R 中产生的热量； 如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通过这个电阻 R，也能在 1s 内产生同样的热量，这个电流是多大？这个电流 对应交变电流有什么意义？ 探究点探究点三、正弦式三、正弦式交变电流的公式和图
5、像交变电流的公式和图像 问题问题 3、试写出如图所示的正弦式交变电压的最大值、周期、角速度、有效值、瞬时值表达式。 线圈从哪个位置开始转动的？t=0.005s 时线圈所处的位置？0-0.005s 这段时间线圈中的 磁通量是如何变化的？磁通量的变化率是如何变化的？ 【成果展示成果展示】 【精讲点评精讲点评】 1、描述、描述交变电流交变电流变化快慢的物理量：变化快慢的物理量：周期、频率 2、电流电流、电压的有效值电压的有效值：让交流和恒定电流分别通过相同阻值的电阻 相同阻值的电阻，如果在交流的一个周期一个周期 内内产生的热量相等热量相等，而这个恒定电流是 I ，电压是 U，我们就把 I、U 叫作这
6、个交流的有效值叫作这个交流的有效值。 “有效”指的是电流热效应的等效 正(余)弦交变电流，有效值与峰值的关系为： EEm 2，U Um 2，I Im 2. 3、四值对比四值对比 物理含义重要关系适用情况 瞬时值交变电流某一时刻的值 eEmsin t iImsin t 分析线圈某一时刻的受力情况 最大值最大的瞬时值 EmnBS Im Em Rr 确定用电器的耐压值 有效值 跟交变电流的热效应等 效的恒定电流值 EEm 2 UUm 2 I Im 2 (1)计算与电流热效应相关的量(如功 率、热量) (2)交流电表的测量值 (3)电气设备标注的额定电压、 额定电流 (4)保险丝的熔断电流 平均值 交
7、变电流图像中图线与 时间轴所夹面积与时间 的比值 E n t I E Rr 计算通过电路截面的电荷量 4、正弦式交变电流的公式和图像、正弦式交变电流的公式和图像 (1)交变电流的最大值 Im、Em、Um、周期 T. (2)因线圈在中性面时感应电动势、感应电流均为零，磁通 量最大，所以可确定线圈位于中性面的时刻 (3)找出线圈平行于磁感线的时刻 (4)判断线圈中磁通量的变化情况 (5)分析判断 e、i、u 随时间的变化规律 【例题精讲例题精讲】 例 1、如图所示为一交变电流的图像，则该交变电流的有效值为(B) A 2 2 I0B 3 2 I0 C1 2I 0DI0 2 2 I0 例 2、如图所示
8、，线圈 abcd 的面积是 0.05 m2，共 100 匝，线圈电阻为 1 ，外接电阻 R9 ，匀强 磁场的磁感应强度为 B1 T，当线圈以 300 r/min 的转速匀速转动时，求： (1)转动中感应电动势的最大值和有效值； (2)闭合电路中电流瞬时值的表达式 (3)线圈从图示位置转过 90的过程中，通过回路中的电荷量 【练习练习】 1、(多选)下列说法正确的是 (BC) A使用交流电的用电器铭牌上所标示的额定电压、额定电流的数值均为最大值 B用交流电流表和电压表测得的数值是有效值 C照明电路电压 220 V 指的是有效值 D所有交变电流的有效值和最大值之间均存在 EEm 2、U Um 2
9、和 I Im 2 的关系 2、某交流发电机给灯泡供电，产生正弦式交变电流的图像如图所示，下列说法中正确的是(C) A交变电流的频率为 0.02 Hz B交变电流的瞬时值表达式为 i5cos 50tA C在 t0.01 s 时，穿过交流发电机线圈的磁通量为零 D1 s 末线圈平面与磁感线垂直，感应电流最大 3、下图甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固 定轴 OO匀速转动，线圈的匝数 n100，电阻 r10 ，线圈的两端经集流环与电阻 R 连接，电阻 R90 ，与 R 并联的交流电压表为理想电表在 t0 时刻，线圈平面与磁场方向平行，穿过每匝 线圈的磁通量随时间 t 按图乙所示正弦规律变化求： (1)交流发电机产生的电动势最大值； (2)电路中电压表的示数； (3)R 上的热功率 解析(1)交流发电机产生电动势的最大值 EmnBS 而mBS，2 T 所以有 Em2nm T 由t 图线可知m2.010 2 Wb T6.2810 2 s 所以有 Em200 V. (2)电动势的有效值 EEm 2100 2 V U R RrE 90 100100 2 V127.3 V. (3)R 上的功率 PRU 2 R (90 2) 2 90 W180 W. 答案(1)200 V(2)127.3 V(3)180 W
