高二物理選修3-2第五章 交變電流 第二節(jié) 描述交變電流的物理量 學(xué)案教師版

1、.第五章 交變電流第二節(jié) 描繪交變電流的物理量 學(xué)案班別 姓名 學(xué)號(hào) 一、自主預(yù)習(xí)1.周期和頻率1周期T：交變電流完成一次周期性變化線圈轉(zhuǎn)一周所需的時(shí)間，單位是秒s，公式_；2頻率f：交變電流在1 s內(nèi)完成_變化的次數(shù)，單位是赫茲Hz；3周期和頻率的關(guān)系：_。2.交變電流的瞬時(shí)值、峰值、有效值、平均值1瞬時(shí)值：交變電流某一時(shí)刻的值，是時(shí)間的函數(shù)。在求解某一時(shí)刻線圈受到的磁力矩時(shí)，用的是瞬時(shí)值；2峰值：交變電流的電流或電壓所能到達(dá)的_，也叫最大值；電容器的擊穿電壓為最大值。3有效值：跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流的值叫做交變電流的有效值。對(duì)正弦交流電，其有效值和峰值的關(guān)系為：_、_、_。用電器

2、的銘牌上標(biāo)的是有效值，“電流表和“電壓表測(cè)量的值是“有效值，在研究交變電流的功率和產(chǎn)生的熱量時(shí)，只能用有效值。4平均值：是交變電流圖象中波形與橫軸所圍面積跟時(shí)間的_。在求交變電流流過(guò)導(dǎo)體的過(guò)程通過(guò)導(dǎo)體橫截面積的電量時(shí)，用的是平均值。 周期性 最大值 比值二、課堂打破一交變電流的“四值的比較與理解1交變電流的瞬時(shí)值、峰值、有效值和平均值的比較物理量物理含義重要關(guān)系適用情況及說(shuō)明瞬時(shí)值交變電流某一時(shí)刻的值e=Emsin t，i=Imsin t計(jì)算線圈某時(shí)刻的受力情況峰值最大的瞬時(shí)值Em=nBS，討論電容器的擊穿電壓有效值跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流的值，適用于正余弦式交變電流1計(jì)算與電流的熱效

3、應(yīng)有關(guān)的量如電功、電功率、電熱等2電氣設(shè)備“銘牌上所標(biāo)的一般是有效值3保險(xiǎn)絲的熔斷電流為有效值平均值交變電流圖象中圖線與時(shí)間軸所夾的面積與時(shí)間的比值；計(jì)算通過(guò)電路截面的電荷量【例題1】多項(xiàng)選擇一線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的正弦交流電的電壓隨時(shí)間變化的規(guī)律如下圖。由圖可知 A該交流電的電壓瞬時(shí)值的表達(dá)式為u=100sin50tVB0.01 s末線圈處于中性面的位置C該交流電電壓的有效值為100VD假設(shè)將該交流電壓加在阻值為R=100 的電阻兩端，那么電阻消耗的功率為50 W參考答案：AD試題解析：由圖象可知該交流電的電壓最大值為，周期T=0.04 s，所以瞬時(shí)值的表達(dá)式為u=100sin 50tV，A

4、正確；0.01 s末線圈電壓最大，處于與中性面垂直的位置，B錯(cuò)誤；該交流電電壓的有效值為，C錯(cuò)誤；電阻消耗的功率為，D正確。二求交變電流有效值的方法1公式法利用、計(jì)算，只適用于正余弦式交流電。2利用有效值的定義計(jì)算非正弦式交流電在計(jì)算有效值時(shí)“一樣時(shí)間至少取一個(gè)周期或周期的整數(shù)倍。3利用能量關(guān)系當(dāng)有電能和其他形式的能轉(zhuǎn)化時(shí)，可利用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律來(lái)求有效值。注意：非正弦式交流電有效值的求解根據(jù)電流的熱效應(yīng)進(jìn)展計(jì)算，其中，交變電流的有效值是根據(jù)電流通過(guò)電阻時(shí)產(chǎn)生的熱效應(yīng)定義的，即讓交變電流和直流電流通過(guò)一樣的電阻，在一樣的時(shí)間里假設(shè)產(chǎn)生的熱量一樣，那么交變電流電壓的有效值就等于這個(gè)直流電流電壓

5、的值，即求解交變電流有效值問(wèn)題必須在一樣電阻、一樣時(shí)間、一樣熱量的“三同原那么下求解?！纠}2】圖甲、圖乙分別表示兩種電壓的波形，其中圖甲所示的電壓按正弦規(guī)律變化，圖乙所示的電壓是正弦函數(shù)的一部分。以下說(shuō)法錯(cuò)誤的選項(xiàng)是 A圖甲、圖乙均表示交流電B圖甲所示電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為u=20sin 100tVC圖乙所示電壓的有效值為20 VD圖乙所示電壓的有效值為10 V參考答案：C試題解析：電流方向隨著時(shí)間周期性變化的電流就是交流電，故圖甲、圖乙均表示交流電，故A正確；圖甲中電壓的最大值為20 V，周期為0.02 s，故表達(dá)式為：u=Umsint=20sin 100tV，故B正確；圖乙所示電壓的最大值

6、為20 V，根據(jù)有效值的定義，有：，解得：U=，故C錯(cuò)誤，D正確；應(yīng)選C。三、穩(wěn)固訓(xùn)練1以下所列數(shù)據(jù)不屬于交流電有效值的是 A交流電表的示數(shù) B燈泡的額定電壓C電容器的耐壓值 D保險(xiǎn)絲的額定電流2多項(xiàng)選擇一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t的變化規(guī)律如下圖，以下說(shuō)法正確的有 At1時(shí)刻線圈位于中性面Bt2時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量最大C電動(dòng)勢(shì)的有效值為D一個(gè)周期內(nèi)交變電流的方向改變一次3多項(xiàng)選擇如下圖，一面積為S，電阻為R的N匝矩形線圈處于一個(gè)交變的磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化規(guī)律為B=B0sin t。以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是 A線框中會(huì)產(chǎn)生交變電流B在t=時(shí)刻，線框中

7、感應(yīng)電流到達(dá)最大值C從t=0到t=這一過(guò)程中通過(guò)導(dǎo)體橫截面積的電荷量為D假設(shè)只增大變化磁場(chǎng)的頻率，那么線框中感應(yīng)電流的頻率也將增加，但電流的有效值不變4電阻R1、R2與交流電源按照?qǐng)Da方式連接，R1=10 ，R2=20 。合上開關(guān)S后，通過(guò)電阻R2的正弦交變電流i隨時(shí)間t變化的情況如圖b所示。那么 A通過(guò)R1的電流有效值是1.2 ABR1兩端的電壓有效值是6 VC通過(guò)R2的電流最大值是1.2 ADR2兩端的電壓最大值是6 V5圖甲、圖乙分別表示兩種電壓的波形，其中圖甲所示的電壓按正弦規(guī)律變化，圖乙所示的電壓是正弦函數(shù)的一部分。以下說(shuō)法錯(cuò)誤的選項(xiàng)是 A圖甲、圖乙均表示交流電B圖甲所示電壓的瞬時(shí)值

8、表達(dá)式為u=20sin 100t VC圖乙所示電壓的有效值為20 VD圖乙所示電壓的有效值為10 V6如下圖是一交變電流的it圖象，那么該交變電流的有效值為 A4 A B2 ACA D A7多項(xiàng)選擇小型交流發(fā)電機(jī)中，矩形金屬線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與時(shí)間呈正弦函數(shù)關(guān)系，如下圖。此線圈與一個(gè)R=9 的電阻構(gòu)成閉合電路，線圈自身的電阻r=1 ，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是 A交變電流的周期為0.2 sB交變電流的頻率為2.5 HzC發(fā)電機(jī)輸出的電壓有效值為D發(fā)電機(jī)輸出的電功率為18 W8如下圖，一面積為S、匝數(shù)為N、電阻為r的矩形線圈，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞OO軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)

9、，外電路電阻為R電表均為理想電表，求：1以圖示位置開場(chǎng)計(jì)時(shí)，寫出線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t變化的表達(dá)式；2電壓表的讀數(shù)U和電流表讀數(shù)I；3線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)90°的過(guò)程中，外力對(duì)線框做的功W。9以下關(guān)于交流的幾種說(shuō)法中，正確的選項(xiàng)是 A交流電器設(shè)備上所標(biāo)的電壓、電流值是峰值B交流電流表和交流電壓表的值是瞬時(shí)值C交流電流表和交流電壓表的值是峰值D跟交流有一樣熱效應(yīng)的直流的值是交流的有效值10多項(xiàng)選擇圖甲是小型交流發(fā)電機(jī)的示意圖，兩磁極N、S間的磁場(chǎng)可視為程度方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，A為交流電流表，線圈繞垂直于磁場(chǎng)的程度軸OO沿逆時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)，從圖示位置開場(chǎng)計(jì)時(shí)，產(chǎn)生的交變電流隨時(shí)間變化的圖

10、象如圖乙所示，以下判斷正確的選項(xiàng)是 A電流表的示數(shù)為10 AB線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為50 rad/sC0.01 s時(shí)線圈平面與磁場(chǎng)方向平行D0.02 s時(shí)電阻R中電流的方向自右向左11多項(xiàng)選擇如圖甲所示，交流發(fā)電機(jī)的矩形金屬線圈abcd的匝數(shù)n=100，線圈的總電阻r=5.0 ，線圈位于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，且線圈平面與磁場(chǎng)方向平行。線圈的兩端分別與兩個(gè)彼此絕緣的銅環(huán)E、F集流環(huán)焊接在一起，并通過(guò)電刷與阻值R=95 的定值電阻連接。現(xiàn)使線圈繞過(guò)bc和ad邊中點(diǎn)、且垂直于磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)軸OO以一定的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。穿過(guò)線圈的磁通量隨時(shí)間t變化的圖象如圖乙所示。假設(shè)電路其他部分的電阻以及線圈的自感系數(shù)均可忽略不計(jì)。那

11、么以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是 A線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為100 rad/sB線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為200 VC線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值為100 VD線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流的有效值為 A12多項(xiàng)選擇如下圖，單匝矩形閉合導(dǎo)線框abcd全部處于程度方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線框面積為S，電阻為R。線框繞與cd邊重合的豎直固定轉(zhuǎn)軸以角速度從中性面開場(chǎng)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線框轉(zhuǎn)過(guò)時(shí)的感應(yīng)電流為I，以下說(shuō)法正確的 A線框中感應(yīng)電流的有效值為2IB線框轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中穿過(guò)線框的磁通量的最大值為C從中性面開場(chǎng)轉(zhuǎn)過(guò)的過(guò)程中，通過(guò)導(dǎo)線橫截面的電荷量為D線框轉(zhuǎn)一周的過(guò)程中，產(chǎn)生的熱量為參考答案1C【解析】交流電表的示數(shù)是有效值，燈泡的額

12、定電壓 也是有效值；電容器的耐壓值，是指的最大值，保險(xiǎn)絲的額定電流，是有效值，題目要求不是有效值，應(yīng)選：C。2.AC.試題分析：由圖知，在t 1 時(shí)刻線圈的電動(dòng)勢(shì)為零，磁通量最大，處于中性面的位置，所以A正確；t 2 時(shí)刻線圈的電動(dòng)勢(shì)最大，故磁通量最小，所以B錯(cuò)誤；如下圖，電動(dòng)勢(shì)為余弦規(guī)律變化，故有效值為所以C正確；一個(gè)周期內(nèi)交變電流的方向改變兩次，所以D錯(cuò)誤。【名師點(diǎn)睛】此題考察交變電流產(chǎn)生過(guò)程中，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁通量、磁通量變化率的關(guān)系，關(guān)鍵抓住兩個(gè)特殊位置：線圈與磁場(chǎng)垂直位置，及線圈與磁場(chǎng)平行位置。3AB【解析】由題意可知，矩形線圈處于一個(gè)交變的磁場(chǎng)中，從而導(dǎo)致穿過(guò)線圈的磁通量變化，那么產(chǎn)

13、生感應(yīng)電流，故A正確；線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流的瞬時(shí)表達(dá)式，為，在時(shí)刻，線框中感應(yīng)電流到達(dá)最大值，故B正確；根據(jù)電荷量的表達(dá)式，從t=0到t=這一過(guò)程中通過(guò)導(dǎo)體磁通量變化為B0S，所以通過(guò)橫截面積的電荷量為N，故C錯(cuò)誤；假設(shè)只增大變化磁場(chǎng)的頻率，那么線框中感應(yīng)電流的頻率也將增加，導(dǎo)致最大值也增加，所以有效值也增大，故D錯(cuò)誤。4B【解析】R1與R2串聯(lián)，所以R1與R2中的電流變化情況應(yīng)一樣。從圖象可以看出，交變電流中電流最大值為0.6 A，電流有效值為：I=0.6 A，R1兩端的電壓有效值為U1=IR1=6 V，R2兩端電壓最大值為Um=ImR2=0.6×20 V=12 V，綜上所述，正確選

14、項(xiàng)為B。5C【解析】電流方向隨著時(shí)間周期性變化的電流就是交流電，故圖甲、圖乙均表示，故A正確；圖甲中電壓的最大值為20 V，頻率為0.02 s，故表達(dá)式為：，故B正確；圖乙所示電壓的最大值為20 V，根據(jù)有效值的定義，有：，解得故C錯(cuò)誤，D正確。6.D.解：設(shè)交流電電流的有效值為I，周期為T，電阻為R，那么有：代入數(shù)據(jù)解得： 故ABC錯(cuò)誤，D正確；應(yīng)選：D7. BD.解：A、由圖可知，交流電的最大電壓E=20V，周期T=0.4s，所以頻率f=2.5HZ，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式為e=20sin8t，故A錯(cuò)誤；B、該交流電在0.125s時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，磁通量最大，處于中性面位置，故B正確；

15、C、該電容器的耐壓值應(yīng)小于20V，故C錯(cuò)誤；D、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為Em=NBS，當(dāng)假設(shè)該交流發(fā)電機(jī)的線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的速度增大到原來(lái)的2倍時(shí)，最大值變?yōu)?倍，為18W，故D正確；應(yīng)選：BD81 2 3【解析】1從中性面開場(chǎng)，電壓為正弦函數(shù)：e=Emsint=NBSsint2產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為：Em=NBS，電動(dòng)勢(shì)的有效值為：由閉合電路歐姆定律得，回路中電流的有效值為：電壓表的讀數(shù)：3線圈轉(zhuǎn)過(guò)900所用的時(shí)間：外力對(duì)線框做的功等于電路中產(chǎn)生的熱量：9D【解析】交流電器設(shè)備上所標(biāo)的電壓和電流值是交流電的有效值，故A錯(cuò)誤；用電表測(cè)量的電流、電壓均為交流電的有效值，故BC錯(cuò)誤；有效值

16、是在熱效應(yīng)根底上建立的，即跟交變電流有一樣的熱效應(yīng)的直流電的數(shù)值是交流電的有效值，故D正確。10AC【解析】題圖乙可知交流電電流的最大值是，那么有效值為：；由于電流表的示數(shù)為有效值，故示數(shù)I=10 A，故A正確；角速度，故B錯(cuò)誤；0.01 s時(shí)線圈中的感應(yīng)電流到達(dá)最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，那么穿過(guò)線圈的磁通量變化最快，磁通量為0，故線圈平面與磁場(chǎng)方向平行，故C正確；由楞次定律可判斷出0.02 s時(shí)流過(guò)電阻的電流方向自左向右，故D錯(cuò)誤?！久麕燑c(diǎn)睛】由題圖乙可知交流電電流的最大值、周期，電流表的示數(shù)為有效值，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，那么穿過(guò)線圈的磁通量變化最快，由楞次定律可判斷出0.02s時(shí)流過(guò)電阻的電流方向。要注意明確電流表示數(shù)、機(jī)器銘牌上所標(biāo)的電流值、電壓值等均為有效值。11.BD.A、由圖知T=×10-2S，那么,故A錯(cuò)誤；   B、交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的最大值Em=NBS，而m=BS，所以，由-t圖線可知：m=2.0×10-2 Wb, T=6.28×10