2018版高中物理第3章交变电流3.1交变电流的特点学案鲁科版选修3_.pdf

第 1 讲 交变电流的特点第 1 讲 交变电流的特点 目标定位 1.知道什么是交变电流，通过实验探究恒定电流与交变电流的区别.2.知道交变 电流的周期和频率、最大值和有效值.3.了解最大值和有效值不同的实际应用意义 一、恒定电流和交变电流的比较 1电流的大小和方向都不随时间变化的是恒定电流 2电流的大小和方向随时间做周期性变化的是交变电流，俗称交流电 二、交变电流的周期和频率 1周期：交变电流完成 1 次周期性变化所需的时间，用T表示，单位是秒 2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，符号是 Hz. 3二者关系：T 或f . 1 f 1 T 三、交变电流的最大值和有效值 1峰值：交变电流的电压、电流所能达到的最大数值 2有效值：使交变电流和恒定电流分别通过阻值相等的电阻，在交流的一个周期内，它们产 生的热量相等，这个恒定电流、电压，叫做这个交流的有效值 3二者关系：对于正弦式交变电流的有效值和峰值之间的关系是I，U. Im 2 Um 2 4应用：(1)电气元件或设备上所标的耐压值指该设备所能承受的交流电最大值 (2)交流用电设备上所标的额定电压和额定电流是有效值；交流电压表测量的数值是有效值； 交变电流的数值在无特别说明时都指有效值. 一、直流电和交变电流 1直流电及其分类 方向不随时间变化的电流叫直流电直流电分为恒定电流和脉动直流电两类其中大小和方 向都不随时间改变的电流叫恒定电流；方向不随时间改变而大小随时间改变的电流叫脉动直 流电 2交变电流及其分类 大小和方向随时间做周期性变化的电流叫交变电流其中大小不变、方向改变的电流也是交 变电流按交变电流的特点可分为正弦(或余弦)式交变电流和矩形波交变电流、锯齿波交变 电流等 3交变电流的图象 从图中可以找出正弦式交变电流的最大值Im和周期T. 4常见交变电流的波形图 例 1 下列各图中，表示交变电流的是( ) 答案 CD 解析 方向随时间做周期性变化是交变电流的重要特征，选项 A、B 中，电流的大小变化，但 方向不变，不是交变电流A、B 错误，C、D 正确 二、对描述交变电流物理量的认识 1周期和频率的关系：T ，f . 1 f 1 T 2角速度与周期、频率的关系：2f. 2 T 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. 角速度与转速的关系： 2n(n的单位为 r/s)或2(n的单位为 r/min) n 60 4峰值：也叫最大值 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耐压值 5有效值：正弦式交流电的有效值E. Em 2 例 2 小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间 成正弦函数关系，如图 1 所示，此线圈与一个R10 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( ) 图 1 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A2 D交变电流的最大值为 4A 答案 C 解析 由et图象可知，交变电流的周期为 0.25s，故频率为 4Hz，选项 A、B 错误；根据欧 姆定律可知交变电流的最大值为 2A，故有效值为A，选项 C 正确，D 错误2 三、交变电流有效值的计算 1对有效值的进一步理解 (1)交变电流的有效值是根据电流的热效应定义的 (2)理解有效值重点在“等效”上， “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 2有效值的计算 (1)对于正弦交变电流，根据E求出有效值 Em 2 (2)当电流是非正弦交变电流时，必须根据有效值的定义求解： 计算交变电流在一个周期内产生的热量Q； 将热量Q用相应的物理量的有效值表示QI2RT或QT； U2 R 代入数值求解有效值 例 3 通过一阻值R100 的电阻的交变电流如图 2 所示， 其周期为 1s 电阻两端电压的有 效值为( ) 图 2 A12VB4VC15VD8V105 答案 B 解析 根据电流的热效应先计算电流的有效值由 0.12R×0.4×20.22R×0.1×2I2R×1， 可得流过电阻的电流的有效值IA， 再由电阻两端电压的有效值为UIR4V， 可得 B 10 25 10 正确. 直流电和交流电的区别 1关于交变电流和直流电的说法，正确的是( ) A如果电流大小做周期性变化，则一定是交变电流 B直流电的大小可以变化，但方向不一定变化 C交变电流一定是按正弦或余弦规律变化的 D交变电流的最大特征就是电流的方向发生周期性的变化 答案 D 解析 直流电的特征是电流方向不变，交流电的特征是电流方向改变，另外交变电流不一定 都是正弦交流电或余弦交流电，D 正确 对描述交变电流物理量的认识 2关于交流电的有效值U和最大值Um，下列说法中正确的是( ) A任何形式的交流电都具有U的关系 Um 2 B只有正弦交流电才具有U的关系 Um 2 C照明电压 220V，动力电压 380V 指的都是最大值 D交流电压表和交流电流表测的都是最大值 答案 B 解析 电压、 电流的有效值和峰值之间的倍关系是仅限于正弦交流电而言的， 所以 A 是错误2 的，B 是正确的；在交流电的描述中没有特殊说明情况下的电流和电压均指有效值，C 错误； 交流电压表、电流表测的都是有效值，D 错误 3.某交变电压随时间的变化规律如图 3 所示，则此交变电流的频率为_Hz.线圈转动的 角速度是_rad/s.若将此电压加在 10F 的电容器上，则电容器的耐压值应不小于 _V. 图 3 答案 50 100 200 解析 由图象可知此交变电压的峰值Um200V，周期T0.02s，频率f 50Hz； 1 T 2 T rad/s100 rad/s.将该电压加在电容器上，电容器的耐压值应不小于 200V. 2 0.02 交变电流有效值的计算 4某一交变电流的电压波形如图 4 所示，求这一交变电流的电压的有效值U. 图 4 答案 2V10 解析 假设让一直流电压U和如题图所示的交流电压分别通过同一电阻，交变电流在一个周 期内产生的热量Q12(· · )· · .直流电在一个周期内产生的热量Q2 U2 1 R T 4 U2 2 R T 4 82 R T 2 42 R T 2 U2 R ·T.由交变电流有效值的定义知Q1Q2，即· · ·T，解得U2V. 82 R T 2 42 R T 2 U2 R 10