高中物理第5章交变电流2描述交变电流的物理量学案新人教版选修3_2.docVIP

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2描述交变电流的物理量

[学习目标]1.[物理观念]知道描述交变电流的峰值、瞬时值、平均值、周期、频率等物理量,并理解这些物理量的意义．(重点)2.[科学思维]会根据有效值的定义求交变电流的有效值．(难点)3.[科学思维]能根据正弦式电流的峰值和有效值的关系进行计算．(难点)

一、周期和频率

1．物理意义：描述交变电流变化快慢的物理量．

2．周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间,用T表示,单位是秒(s)．

3．频率：交变电流在1s内完成周期性变化的次数,用f表示,单位是赫兹(Hz)．

4．ω、T、f的关系：ω＝eq\f(2π,T)＝2πf,T＝eq\f(1,f)或f＝eq\f(1,T).

5．我国民用交变电流的周期和频率

(1)周期：T＝0.02s.

(2)频率：f＝50Hz.

ω＝100πrad/s,电流方向每秒钟改变100次．

二、峰值、有效值和相位

1．峰值

(1)定义：交变电流的电压、电流所能达到的最大数值．

(2)应用：电容器所能承受的电压要高于交流电压的峰值．

2．有效值

(1)定义：让交变电流与恒定电流分别通过相同的电阻,如果它们在交流的一个周期内产生的热量相等,则这个恒定电流的电流I、电压U,叫作这个交流的有效值．

(2)应用

①交流用电设备上所标的额定电压和额定电流；

②交流电压表测量的数值；

③无特别说明时提到的交变电流的数值．

3．正弦式交变电流峰值和有效值的关系：I＝eq\f(Im,\r(2)),U＝eq\f(Um,\r(2)).

4．相位

(1)正弦式交变电流瞬时值表达式中正弦符号“sin”后面的量“ωt＋φ”叫作交变电流的相位,“φ”叫作初相位．

(2)两支交流的相位之差叫作它们的相位差；当它们的频率相同时,相位差是个常数．

1．思考判断(正确的打“√”,错误的打“×”)

(1)打点计时器所接交流电频率f＝50Hz时,打点周期为T＝0.02s． (√)

(2)我国电网中交流电的频率是100Hz. (×)

(3)某段时间内的交流电的平均值等于这段时间初末时刻瞬时值的算术平均值． (×)

(4)我国民用交变电流的照明电压为220V和动力电压为380V都是指有效值． (√)

(5)交变电流的有效值即为一个周期内的平均值． (×)

2．关于交变电流的周期和频率,下列说法中正确的是()

A．正弦式交变电流最大值连续出现两次的时间间隔等于周期

B．1s内交变电流出现最大值的次数等于频率

C．交变电流方向变化的频率为交变电流频率的2倍

D．50Hz的交变电流,其周期等于0.05s

C[根据周期的定义知选项A、B错误；因为在一个周期的时间内,交变电流会出现正向和负向最大值各一次,但相邻两个峰值的时间间隔为半个周期；交变电流在一个周期内方向改变两次,即方向变化的频率为交变电流频率的2倍,故选项C正确；由T＝eq\f(1,f)＝eq\f(1,50)s＝0.02s,知选项D错误．]

3．如图是一个正弦式交变电流的图象,由图可知,电流的峰值Im＝A,有效值I＝A,周期T＝s,频率f＝Hz,初相位φ＝.

[答案]eq\r(2)140.250

描述交变电流的物理量

1.线圈转动一周,交变电流恰好完成一次周期性变化．

2．从线圈转动的角度来说,周期就是线圈在磁场中转动一周所用的时间；频率就是线圈在磁场中一秒钟内转动的圈数．

3．线圈在匀强磁场中匀速转动一周,电动势、电流都按正(余)弦规律变化一次．

【例1】小型交流发电机中,矩形金属线圈在匀强磁场中匀速运动,产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系,如图所示．此线圈与一个R＝10Ω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0.125s

B．交变电流的频率为8Hz

C．交变电流的有效值为eq\r(2)A

D．交变电流的最大值为4A

C[由题图象可以看出,此交变电流的周期为0.250s,电压的最大值Um＝20V,所以交变电流的频率为4Hz,A、B项错误；交变电流的最大值Im＝eq\f(Um,R)＝2A,有效值I＝eq\f(Im,\r(2))＝eq\r(2)A,C项正确,D项错误．]

eq\O([跟进训练])

1．(多选)某小型发电机产生的交变电动势为e＝50sin100πt(V),对此电动势,下列表述正确的是()

A．最大值是50eq\r(2)VB．频率是100Hz

C．有效值是25eq\r(2)V D．周期是0.02s

CD[由交变电动势的表达式可知,电动势的最大值Em＝50V,有效值为E＝eq\f