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2019-2020年高中物理第五章交变电流
5.2描述交变电流的物理量
(1)学案新人教版选修3-2【学习目标】
1.掌握交变电流的周期、频率、线圈转动角速度三者之间的关系.
2.能理解电流的有效值是与热效应有关的量,而平均值只是简单意义的平均.
3.掌握交变电流有效值与峰值的关系,会进行有效值的计算.
一、周期频率相位[问题设计]
1.如图1所示,这个交变电流的周期是多少?频率是多少?图12.如图2所示,甲、乙两交流电,什么量相同,什么量不同?试写出两交流电的表达式.图2[要点提炼]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.转速n线圈单位时间1s或1min转过的圈数,单位是r/s或r/min.4.各物理量之间的关系f=,ω==2πf,ω=2πnn的单位为r/s.5.交流电的表达式e=,其中“ωt+φ”叫做交变电流的,φ是t=0时的相位,叫做交变电流的.6.我国电网中交变电流的周期是,频率是Hz.
二、峰值和有效值[问题设计]1.图3是通过一个R=1Ω的电阻的电流i随时间变化的曲线.这个电流不是恒定电流.图31怎样计算1s内电阻R中产生的热量?2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,这个电流是多大?2.某交流电压瞬时值表达式u=6sin100πtV,把标有“6V2W”的小灯泡接在此电源上会不会被烧坏?把标有6V的电容器接在此电源上会不会被击穿?[要点提炼]1.峰值也叫最大值,它是所有瞬时值中的最大值.1当线圈平面跟磁感线平行时,交流电动势最大,Em=转轴垂直于磁感线.2电容器接在交流电路中,交变电压的最大值不能超过电容器的值.2.有效值让交流与恒定电流分别通过的电阻,如果在交变电流的内它们产生的相等,我们就把这个恒定电流的电流值I、电压值U叫做这个交流电的有效值.计算时要注意三同“相同”上、“一个周期”内、产生“相同”.3.正弦式交变电流的有效值I、U与峰值Im、Um的关系I=,U=.注意非正弦式交变电流的有效值只能根据电流的计算.4.有效值的应用1计算与电流热效应有关的量如功率、热量要用值.2交流电表的测量值,电气设备标注的额定电压、额定电流以及通常提到的交流电的数值都指值.5.平均值的应用计算通过导体某一截面的电荷量时,只能用交变电流的平均值,即q=·Δt=Δt=n.
一、对描述交变电流物理量的认识例1一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图4所示,由图可知图4A.该交流电的电压的有效值为100VB.该交流电的频率为25HzC.该交流电压瞬时值的表达式为u=100sin25tVD.并联在该电压两端的电压表指针不停摆动
二、正弦式交变电流有效值的计算例2一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图5甲所示.已知发电机线圈内阻为
5.0Ω,外接一只电阻为
95.0Ω的灯泡,如图乙所示,则图5A.电压表错误!未找到引用源的示数为220VB.电路中的电流方向每秒钟改变50次C.灯泡实际消耗的功率为484WD.发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为
24.2J
三、非正弦式交变电流有效值的计算例3如图6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6
四、峰值、有效值、瞬时值、平均值的区别应用例4在水平方向的匀强磁场中,有一正方形闭合线圈绕垂直磁感线的轴匀速转动,已知线圈的匝数为n=100匝,边长为20cm,电阻为10Ω,转动频率f=50Hz,磁场的磁感应强度为
0.5T,求1外力驱动线圈转动的功率.2转至线圈平面与中性面的夹角为30°时,线圈产生的感应电动势及感应电流的大小.3线圈由中性面转至与中性面成30°夹角的过程中,通过线圈横截面的电荷量.描述交变电流的物理量1.对描述交变电流物理量的认识如图7是某种正弦式交变电压的波形图,由图可确定该电压的图7A.周期是
0.01sB.最大值是220VC.有效值是220VD.表达式为u=220sin100πtV2.正弦式交变电流有效值的计算一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,周期为T.从中性面开始计时,当t=T时,线圈中感应电动势的瞬时值为2V,则此交变电流的有效值为A.2VB.2VC.VD.V
3.非正弦式交变电流有效值的计算通过一阻值R=100Ω的电阻的交变电流如图8所示,其周期为1s.电阻两端电压的有效值为图8A.12VB.4VC.15VD.8V4.峰值、有效值、瞬时值、平均值的区别应用交流发电机线圈电阻r=1Ω,用电器电阻R=9Ω,电压表示数为9V,如图9所示,那么该交流发电机图9A.电动势的峰值为10VB.电动势的有效值为9VC.交流发电机线圈通过中性面时电动势的瞬时值为10VD.交流发电机线圈自中性面转过90°的过程中的平均感应电动势为V题组一对描述交变电流物理量的认识1.下列提到的交流电,不是指有效值的是A.交流电压表的读数B.保险丝熔断电流C.电容器击穿电压D.220V交流电压2.以下说法正确的是A.交变电流的有效值就是它的平均值B.任何交变电流的有效值都是它最大值的C.如果交变电流接在电阻R上产生的热量为Q,那么该交变电流的有效值为D.以上说法均不正确3.下列关于交变电流的说法正确的是A.若交变电流的峰值为5A,则它的最小值为-5AB.用交流电流表测交变电流时,指针来回摆动C.我国工农业生产和生活用的交变电流频率为50Hz,故电流方向每秒改变100次D.正弦交变电流i=20sin10πtA的峰值为20A,频率为100Hz题组二正弦式交变电流有效值的计算
4.在图1所示电路中,A是熔断电流I0=2A的保险丝,电阻可不计,R是可变电阻,S是交流电源.交流电源的内电阻不计,其电动势随时间变化的规律是e=220sin314tV.为了不使保险丝熔断,可变电阻的阻值应该大于图1A.110ΩB.110ΩC.220ΩD.220Ω5.把U0=10V的直流电压加在阻值为R的电阻上,其发热功率跟另一个正弦交变电压加在阻值为上的电功率相同,则这个交变电流的电压的峰值为A.10VB.10VC.20VD.20V6.电阻R
1、R2与交流电源按照如图2甲所示方式连接,R1=10Ω、R2=20Ω.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.则图2A.通过R1的电流的有效值是
1.2AB.R1两端的电压有效值是6VC.通过R2的电流的最大值是
1.2AD.R2两端的电压最大值是6V7.如图3甲是小型交流发电机的示意图,两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场,为交流电流表.线圈绕垂直于磁场方向的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动,从图示位置开始计时,产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示,以下判断正确的是图3A.电流表的示数为10AB.线圈转动的角速度为50πrad/sC.
0.01s时线圈平面与磁场方向平行D.
0.02s时电阻R中电流的方向自右向左题组三非正弦式交变电流有效值的计算8.阻值为1Ω的电阻上通以交变电流,其i-t关系如图4所示,则在0~1s内电阻上产生的热量为图4A.1JB.
1.5JC.2JD.
2.8J9.某一交变电流的电压波形如图5所示,求这一交变电流的电压的有效值U.图5题组四瞬时值、峰值、有效值、平均值的区别应用10.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,从中性面开始转动180°的过程中,平均感应电动势和最大感应电动势之比为A.B.C.2πD.π
11.如图6所示是某正弦交变电流的图象,根据图象求其峰值、周期和角速度,并写出交变电流的瞬时值表达式.图
612.如图7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ω匀速转动,外电路电阻为R.当线圈由图示位置转过90°的过程中,求图71通过电阻R的电荷量q;2电阻R上所产生的热量Q.。