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 學案班別 姓名 學號 一、自主預習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周期和頻率的關系：_。2.交變電流的瞬時值、峰值、有效值、平均值1瞬時值：交變電流某一時刻的值，是時間的函數(shù)。在求解某一時刻線圈受到的磁力矩時，用的是瞬時值；2峰值：交變電流的電流或電壓所能到達的_，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等效的恒定電流的值叫做交變電流的有效值。對正弦交流電，其有效值和峰值的關系為：_、_、_。用電器

2、的銘牌上標的是有效值，“電流表和“電壓表測量的值是“有效值，在研究交變電流的功率和產(chǎn)生的熱量時，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間的_。在求交變電流流過導體的過程通過導體橫截面積的電量時，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交變電流的瞬時值、峰值、有效值和平均值的比較物理量物理含義重要關系適用情況及說明瞬時值交變電流某一時刻的值e=Emsin t，i=Imsin t計算線圈某時刻的受力情況峰值最大的瞬時值Em=nBS，討論電容器的擊穿電壓有效值跟交變電流的熱效應等效的恒定電流的值，適用于正余弦式交變電流1計算與電流的熱效

3、應有關的量如電功、電功率、電熱等2電氣設備“銘牌上所標的一般是有效值3保險絲的熔斷電流為有效值平均值交變電流圖象中圖線與時間軸所夾的面積與時間的比值；計算通過電路截面的電荷量【例題1】多項選擇一線圈在磁場中轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的正弦交流電的電壓隨時間變化的規(guī)律如下圖。由圖可知 A該交流電的電壓瞬時值的表達式為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，所以瞬時值的表達式為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錯誤；該交流電電壓的有效值為，C錯誤；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、計算，只適用于正余弦式交流電。2利用有效值的定義計算非正弦式交流電在計算有效值時“一樣時間至少取一個周期或周期的整數(shù)倍。3利用能量關系當有電能和其他形式的能轉(zhuǎn)化時，可利用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律來求有效值。注意：非正弦式交流電有效值的求解根據(jù)電流的熱效應進展計算，其中，交變電流的有效值是根據(jù)電流通過電阻時產(chǎn)生的熱效應定義的，即讓交變電流和直流電流通過一樣的電阻，在一樣的時間里假設產(chǎn)生的熱量一樣，那么交變電流電壓的有效值就等于這個直流電流電壓

5、的值，即求解交變電流有效值問題必須在一樣電阻、一樣時間、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。以下說法錯誤的選項是 A圖甲、圖乙均表示交流電B圖甲所示電壓的瞬時值表達式為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錯誤，D正確；應選C。三、穩(wěn)固訓練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保險絲的額定電流2多項選擇一矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的感應電動勢e隨時間t的變化規(guī)律如下圖，以下說法正確的有 At1時刻線圈位于中性面Bt2時刻通過線圈的磁通量最大C電動勢的有效值為D一個周期內(nèi)交變電流的方向改變一次3多項選擇如下圖，一面積為S，電阻為R的N匝矩形線圈處于一個交變的磁場中，磁感應強度的變化規(guī)律為B=B0sin t。以下說法正確的選項是 A線框中會產(chǎn)生交變電流B在t=時刻，線框中

7、感應電流到達最大值C從t=0到t=這一過程中通過導體橫截面積的電荷量為D假設只增大變化磁場的頻率，那么線框中感應電流的頻率也將增加，但電流的有效值不變4電阻R1、R2與交流電源按照圖a方式連接，R1=10 ，R2=20 。合上開關S后，通過電阻R2的正弦交變電流i隨時間t變化的情況如圖b所示。那么 A通過R1的電流有效值是1.2 ABR1兩端的電壓有效值是6 VC通過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。以下說法錯誤的選項是 A圖甲、圖乙均表示交流電B圖甲所示電壓的瞬時值

8、表達式為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多項選擇小型交流發(fā)電機中，矩形金屬線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的感應電動勢與時間呈正弦函數(shù)關系，如下圖。此線圈與一個R=9 的電阻構(gòu)成閉合電路，線圈自身的電阻r=1 ，以下說法正確的選項是 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)電機輸出的電壓有效值為D發(fā)電機輸出的電功率為18 W8如下圖，一面積為S、匝數(shù)為N、電阻為r的矩形線圈，在磁感應強度為B的勻強磁場中繞OO軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動

9、，外電路電阻為R電表均為理想電表，求：1以圖示位置開場計時，寫出線圈中感應電動勢e隨時間t變化的表達式；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90°的過程中，外力對線框做的功W。9以下關于交流的幾種說法中，正確的選項是 A交流電器設備上所標的電壓、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的直流的值是交流的有效值10多項選擇圖甲是小型交流發(fā)電機的示意圖，兩磁極N、S間的磁場可視為程度方向的勻強磁場，A為交流電流表，線圈繞垂直于磁場的程度軸OO沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，從圖示位置開場計時，產(chǎn)生的交變電流隨時間變化的圖

10、象如圖乙所示，以下判斷正確的選項是 A電流表的示數(shù)為10 AB線圈轉(zhuǎn)動的角速度為50 rad/sC0.01 s時線圈平面與磁場方向平行D0.02 s時電阻R中電流的方向自右向左11多項選擇如圖甲所示，交流發(fā)電機的矩形金屬線圈abcd的匝數(shù)n=100，線圈的總電阻r=5.0 ，線圈位于勻強磁場中，且線圈平面與磁場方向平行。線圈的兩端分別與兩個彼此絕緣的銅環(huán)E、F集流環(huán)焊接在一起，并通過電刷與阻值R=95 的定值電阻連接?，F(xiàn)使線圈繞過bc和ad邊中點、且垂直于磁場的轉(zhuǎn)軸OO以一定的角速度勻速轉(zhuǎn)動。穿過線圈的磁通量隨時間t變化的圖象如圖乙所示。假設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。那

11、么以下說法中正確的選項是 A線圈勻速轉(zhuǎn)動的角速度為100 rad/sB線圈中產(chǎn)生感應電動勢的最大值為200 VC線圈中產(chǎn)生感應電動勢的有效值為100 VD線圈中產(chǎn)生感應電流的有效值為 A12多項選擇如下圖，單匝矩形閉合導線框abcd全部處于程度方向的勻強磁場中，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勻速轉(zhuǎn)動，線框轉(zhuǎn)過時的感應電流為I，以下說法正確的 A線框中感應電流的有效值為2IB線框轉(zhuǎn)動過程中穿過線框的磁通量的最大值為C從中性面開場轉(zhuǎn)過的過程中，通過導線橫截面的電荷量為D線框轉(zhuǎn)一周的過程中，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，保險絲的額定電流，是有效值，題目要求不是有效值，應選：C。2.AC.試題分析：由圖知，在t 1 時刻線圈的電動勢為零，磁通量最大，處于中性面的位置，所以A正確；t 2 時刻線圈的電動勢最大，故磁通量最小，所以B錯誤；如下圖，電動勢為余弦規(guī)律變化，故有效值為所以C正確；一個周期內(nèi)交變電流的方向改變兩次，所以D錯誤?！久麕燑c睛】此題考察交變電流產(chǎn)生過程中，感應電動勢與磁通量、磁通量變化率的關系，關鍵抓住兩個特殊位置：線圈與磁場垂直位置，及線圈與磁場平行位置。3AB【解析】由題意可知，矩形線圈處于一個交變的磁場中，從而導致穿過線圈的磁通量變化，那么產(chǎn)

13、生感應電流，故A正確；線圈中產(chǎn)生感應電流的瞬時表達式，為，在時刻，線框中感應電流到達最大值，故B正確；根據(jù)電荷量的表達式，從t=0到t=這一過程中通過導體磁通量變化為B0S，所以通過橫截面積的電荷量為N，故C錯誤；假設只增大變化磁場的頻率，那么線框中感應電流的頻率也將增加，導致最大值也增加，所以有效值也增大，故D錯誤。4B【解析】R1與R2串聯(lián)，所以R1與R2中的電流變化情況應一樣。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、項為B。5C【解析】電流方向隨著時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錯誤，D正確。6.D.解：設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錯誤，D正確；應選：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，所以感應電動勢瞬時值表達式為e=20sin8t，故A錯誤；B、該交流電在0.125s時，感應電動勢為零，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小于20V，故C錯誤；D、感應電動勢的最大值為Em=NBS，當假設該交流發(fā)電機的線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動的速度增大到原來的2倍時，最大值變?yōu)?倍，為18W，故D正確；應選：BD81 2 3【解析】1從中性面開場，電壓為正弦函數(shù)：e=Emsint=NBSsint2產(chǎn)生的感應電動勢的最大值為：Em=NBS，電動勢的有效值為：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900所用的時間：外力對線框做的功等于電路中產(chǎn)生的熱量：9D【解析】交流電器設備上所標的電壓和電流值是交流電的有效值，故A錯誤；用電表測量的電流、電壓均為交流電的有效值，故BC錯誤；有效值

16、是在熱效應根底上建立的，即跟交變電流有一樣的熱效應的直流電的數(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錯誤；0.01 s時線圈中的感應電流到達最大，感應電動勢最大，那么穿過線圈的磁通量變化最快，磁通量為0，故線圈平面與磁場方向平行，故C正確；由楞次定律可判斷出0.02 s時流過電阻的電流方向自左向右，故D錯誤。【名師點睛】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，感應電動勢最大，那么穿過線圈的磁通量變化最快，由楞次定律可判斷出0.02s時流過電阻的電流方向。要注意明確電流表示數(shù)、機器銘牌上所標的電流值、電壓值等均為有效值。11.BD.A、由圖知T=×10-2S，那么,故A錯誤；   B、交流發(fā)電機產(chǎn)生電動勢的最大值Em=NBS，而m=BS，所以，由-t圖線可知：m=2.0×10-2 Wb, T=6.28×10