人教版物理选修3-2 第5章第2节 描述交变电流的物理量 43页

第5章 第二节 描述交变电流的物理量 第二节　描述交变电流的物理量 课标定位 学习目标：1.知道交变电流的周期和频率，以及它 们之间的关系． 2．知道交变电流和电压的最大值、瞬时值、有效 值等及其关系． 3．知道我国供电线路交变电流的周期与频率． 重点难点：1.对交变电流的理解和应用． 2．计算一些非正弦式交变电流的有效值． 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第 二 节　 描 述 交 变 电 流 的 物 理 量 课前自主学案 课前自主学案 一、周期和频率 1．周期：交变电流完成_______________所需的 时间，用___表示，单位是___． 2．频率：交变电流在1 s内完成____________的次 数，用___表示，单位：______． 一次周期性变化 T 秒 周期性变化 f 赫兹 二、峰值和有效值 1．峰值：交变电流在一个周期内所能达到的 _______，峰值可以用来表示交变电流的_____或 电压的______，但不能用来表示交变电流产生的 ________． 峰值在实际中有一定的指导意义，所有使用交 变电流的用电器，其最大耐压值应_______其使 用的交流电压的峰值，电容器上的标称电压值 是电容器两极间所允许施加电压的________． 最大值 强弱 高低 热效应 不小于 最大值 2．有效值：让交流与恒定电流分别通过大小相同 的电阻，如果在交流的一个周期内它们产生的热量 相等，而这个恒定电流是I、电压是U,我们就把I、 U叫做这个交流的有效值． 在没有特别说明时，通常所说的交变电流、电压、 电动势都是指有效值，交流电流表测量的值也是有 效值，交流用电设备铭牌标出的电压、电流值也是 指有效值． 正弦式交变电流的有效值与最大值之间的关系： I＝____Im，U＝_____Um，E＝_____Em. 三、相位 如图5－2－1所示，甲、乙两交流电的表达式分 别为：u甲＝Emsinωt；u乙＝Emsin(ωt＋Φ)，其 中“________”叫做交变电流的______，Φ是t＝0 时的相位，叫做交变电流的________． 图5－2－1 ωt＋Φ 相位 初相位 两支交流的__________叫做它们的相位差．例如 两 支 交 流 电 ， u 1 ＝ E m s i n ( ω t ＋ Φ 1 ) ， u 2 ＝ Emsin(ωt＋Φ2)，它们的__________，但初相位 不同，它们的相位差(ωt＋Φ2)－(ωt＋Φ1)＝ _________，是一个常量，等于两个初相之差，不 随时间变化，可以说，这两支交变电流的变化规 律是相同的，只是__________不同． 相位之差 频率相同 Φ2－Φ1 变化步调 核心要点突破 一、对有效值的理解、计算方法 1．有效值的理解 交变电流的有效值是根据电流的热效应定义的，理 解有效值重点在“等效”，“效果”相同在定义中 体现为相同电阻、相同时间，产生相同热量，交变 电流与多大的直流电“效果”相同，有效值就是多 大． 3．几种典型的有效值 特别提醒：铭牌上表示的和电表测量的都是有效 值，电容器所能承受的电压要高于交流电压的峰 值，否则电容器就可能被击穿． 即时应用 (即时突破，小试牛刀) 1．关于交流电的有效值，正确的说法是(　　) A．对于各种交变电流，最大值的平方都等于有效 值平方的2倍 B．有效值就是交流电在一个周期内的平均值 C．交流电的有效值是根据电流的热效应来定义的 D．在交流电路中，交流电流表及交流电压表的读 数表示的均为有效值 二、交变电流的四值对比 特别提醒：(1)交变电流的平均值不等于有效值， 不是初、末状态瞬时值的平均值． (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． (3)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． 一正弦交变电流的电压随时间变化的规律 如图5－2－2所示．由图可知(　　) 图5－2－2 课堂互动讲练 表征交变电流的物理量及其应用 【思路点拨】　本题首先可以从图中得到交变电流 的频率和峰值，然后可由正弦式交变电流峰值与有 效值的关系确定其有效值，最后由有效值计算电阻 消耗的电功率． 【答案】　BD 【规律总结】　根据函数表达式和图象确定表征 交变电流的物理量时，首先要确定交变电流的周 期和峰值，在此基础上正确运用相关关系式进行 分析求解． 变式训练1　将阻值为5 Ω的电阻接到内阻不计的 交流电源上，电源电动势随时间变化的规律如图5 －2－3所示．下列说法正确的是(　　) 图5－2－3 某一交流电的电压波形如图 5－2－4所示，求这一交流电的电 压的有效值U. 根据图象计算有效值 图5－2－4 【思路点拨】　首先根据u－t图象得出交变电流 的周期，然后根据有效值的定义计算出有效值， 时间可取一个周期． 变式训练2　如图5－2－5甲为电 热毯的电路图，电热丝接在u＝ 311sin100πt V的电源上，电热毯 被加热到一定温度后，通过装置 P使输出电压变为图乙所示波形, 从而进入保温状态．若电阻丝电 阻保持不变，此时交流电压表的 读数是(　　) 图5－2－5 A．110 V　　　　　　　B．156 V C．220 V D．311 V 交变电流“四值”的应用 图5－2－6 (1)转动中感应电动势的最大值和有效值． (2)电路中交流电压表和电流表的示数． (3)线圈从图示位置转过90°的过程中通过电阻R 的电量． 【思路点拨】　解答本题时应把握以下三点： (1)由交流电的瞬时值表达式确定最大值． (2)电表示数对应交流电的有效值． (3)计算电量用交流电的平均值． 【答案】　(1)50 V　35.4 V　(2)31.86 V　3.54 A (3)0.16 C 【规律总结】　在研究交变电流做功、电功率及产 生的热量时只能用有效值；在研究交变电流通过导 体横截面的电荷量时只能用平均值． 变式训练3　(2009年高考福建理综卷)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5－2－7甲所示．已知发电机线圈内阻为5.0 Ω, 现外接一只电阻为95.0 Ω的灯泡，如图乙所示， 则(　　) 图5－2－7 A．电压表V的示数为220 V B．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484 W D．发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2 J