5[1]2《描述交变电流的物理量》学案全集1(人教版选修3-2).docx

5.2描述交变电流的物理量【学习目标】一知识与技能1理解什么是交变电流的峰值和有效值，知道它们之间的关系。2理解交变电流的周期、频率以及它们之间的关系。知道我国生产和生活用电的周期频率的大小。二过程与方法能应用数学工具描述和分析处理物理问题。三情感、态度与价值观让学生了解多种电器铭牌，介绍现代科技的突飞猛进，激发学生的学习热情【自主学习】想一想：我们常常说生活用电的频率是50赫兹，你知道这是什么意思吗填一填：线圈在磁场中转动一周交变电流就发生一次周期性变化，我们把交变电流完成一次周期性变化所需要的时间称为周期，交变电流在1s内完成周期性变化的次数叫做频率，再者互为倒数，即或或，频率是供电质量的重要参数。填一填：交变电流的峰值是交变电流在一个周期内所能到达的最大值，可以用来表示交变电流的电流或电压变化幅度，只有电容器所能承受的电压大于交变电流的峰值才能不被击穿。点一点：让交变电流和恒定电流通过同样的电阻，如果它们在相同时间内产生热量相等，把恒定电流的值叫做交变电流的有效值，交变电压的有效值可用同样的方法来确定。填一填：理论计算说明，正弦交变电流的最大值与有效值有以下关系：I=0.707Im ， U=0.707Um。议一议：我们生活用电所说的220v指的是有效值，你还知道哪些情况指的是有效值呢【典例剖析】【例1】表示交变电流随时间变化图象如下列图，那么交变电流有效值为 A5AB5 AC3.5AD3.5 A解析：设交变电流的有效值为I，据有效值的定义，得I2RT=42R +32R 解得I=5 A综上所述应选择B。【例2】交流发电机矩形线圈边长ab=cd=0.4 m，bc=ad=0.2 m，共50匝，线圈电阻r=1 ，线圈在B=0.2 T的匀强磁场中，绕垂直磁场方向的轴OO以r/s转速匀速转动，外接电阻9，如下列图。求：1电压表读数；2电阻R上电功率。解析：1线圈在磁场中产生：Em=NBS=50×0.2×0.4×0.2××2V=160 VI= A=8 AU=IR=72 V101.5 V2P=UI=72×8 W=1152 W【课堂训练】1下面关于交变电流的说法中正确的选项是 A交流电器设备上所标的电压和电流值是交流的最大值B用交流电流表和电压表测定的读数值是交流的瞬时值C给定的交流数值，在没有特别说明的情况下都是指有效值D跟交流有相同的热效应的直流的数值是交流的有效值答案：CD点评：有效值、最大值和瞬时值的物理意义2一只“220 V，100 W的灯泡接在u=311sin314t V的交变电源上，那么以下判断正确的选项是 A灯泡能正常发光B与灯泡串联的电流表的示数为0.45 AC与灯泡并联的电压表的示数为220 VD通过灯泡的电流的表达式为i=0.64sin314t A解析：从电压瞬时值表达式知电压有效值为220 V，故“220 V 100 W灯泡接在此交流电源上能正常发光，故A正确。通过灯的电流I=0.45 A，也是与灯串联电流表的示数，故B正确。电压表与灯并联测得的也是灯的电压有效值，故示数为220 V，所以C选项也正确.通过灯的电流的有效值为0.45 A，故其最大值Im=×0.45 A=0.64 A，故D选项也正确。此题答案为ABCD。答案：ABCD点评：从瞬时值表达式找出最大值及周期3将正弦交流电经过整流器处理后，得到的电流波形刚好去掉半周，如下列图，它的有效值是 A.2 AB. AC. AD.1 A答案：B点评：运用有效值的定义进行分析4某交变电流表串联一电阻构成交变电压表，总电阻R=2 k，然后将改装的电表接到u=311sin100t V的交流电源上，那么 A通过电流表电流的瞬时值为0.11sin100t AB作为改装的电压表，其两端电压的瞬时值为311sin100t VC电流表的示数为0.11 AD作为改装的电压表，其示数应为311 V解析：交流电表接入交变电流电路后，其示数均为有效值，但通过的电流还是交变电流的瞬时值，两端的电压也是瞬时值，电压的最大值是311 V，有效值是220 V；电流最大值是 A=0.156 A，而有效值为0.11 A，应选B、C.答案：BC点评：通过电压表的电流仍然是交变电流5某交变电压随时间的变化规律如下列图，那么此交变电流的频率为_Hz。假设将此电压加在10 F的电容器上，那么电容器的耐压值不应小于_V；假设将该电压加在一阻值为1 k的电阻器上，该电阻器正好正常工作，为了防止意外事故的发生，该电路中保险丝的额定电流不能低于_A。解析：由图象可知此正弦交变电压的周期T=0.02 s，频率f=50 Hz；将该电压加在电容器上，电容器的耐压值不能小于200 V；假设将该电压加在电阻上，电压有效值为U=V=100V，电流为I=0.141A，保险丝的额定电流应略大于电路中正常工作电流。答案：50 200 0.15点评：电容器和二极管的耐压值均为交变电流最大值.所有用电器的额定值，交流电表的测量值，涉及到电流做功、能量转化的计算值，平常所说交变电流值均为有效值6电容器的两个极板间的电压如果太高，绝缘层就会击穿，损坏电容器，电容器的耐压值一般都标在外壳上。有些电容器是用在交流电路中的。一个标有耐压250 V的电容器，能否用在220 V的交流电路中为什么解析：不能。因为电容器上标的耐压250 V，是指电容器所能承受的电压值假设超过250 V，就会使电容器极板间的绝缘物质被击穿而导电，而通常所说的交流电路的电压是220 V，指的是电压的有效值，它的最大值为：×220 V=310 V，这个电压高于250 V，所以这个电容器不能用。点评：电流表的读数是指有效值，闭合电路欧姆定律同样适用。7小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度绕垂直于磁场方向的固定轴转动，线圈匝数n=100，穿过每匝线圈的磁通量随时间按正弦规律变化，如下列图，发电机内阻r=5.0 ，外电路电阻R=95 ，感应电动势的最大值Em=nm，其中m为穿过每匝线圈磁通量的最大值，求串联在外电路中的交流电流表内阻不计的读数。解析：感应电动势的最大值：Em=nm设线圈在磁场中转动的周期为T，那么有=根据欧姆定律，电路中的电流的最大值为：Im=有效值：I=Im由题中给定的-t图象可得：m=1.0×10-1 Wb，T=3.14×10-2 s解以上各式，并代入数据，得：I=14.1 A点评：只有超过220 V的电压时才发光，可先推算一个周期内的发光时间。8有一交变电压的变化规律为U=311sin314t V，假设将一辉光电压是220 V的氖管接上此交变电压，那么在1 s内氖管发光的时间是多少解析：“辉光电压是220V的含义是：只要加在氖管上的电压的大小绝对值不小于220 V，氖管就会发光。根据U=311sin314t V，可知交变电压的周期：T=s=s将U=220 V代入U=311sin314t，可得在0s内，交变电压瞬时值恰等于辉光电压的两个时刻分别为：t1= s和t2= s在0时间内，氖管发光时间电压瞬时值不小于辉光电压的时间为t=t2-t1= s= s在1 s内氖管发光的总时间为t=2×t=100t=0.5 s