高中物理 第二章 交變電流 第二節(jié) 交變電流的描述預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)案 粵教版選修3-2

1、第二節(jié) 交變電流的描述【思維激活】1.有的同學(xué)說(shuō)，交變電流其實(shí)它的電壓是不改變的，而電流強(qiáng)度的大小和方向是隨時(shí)間值周期性變化的。例如家庭用電是220V交變電流，你同意這種說(shuō)法嗎？交變電流的波形圖提示：不同意，交變電流是電壓、電流都隨時(shí)間做周期性變化，只有頻率是不改變的。2.你是通過(guò)什么方式知道我國(guó)生產(chǎn)和生活用電的周期或頻率的？是在高一用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器做實(shí)驗(yàn)時(shí)知道的嗎？【自主整理】1.周期：交變電流完成一次周期性什么變化所需時(shí)間叫做它的周期.2.頻率：交變電流在1s時(shí)間內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)叫做它的頻率.3.峰值：交變電流的峰值是拍它的電動(dòng)勢(shì)，電壓或電流的最大值，在一個(gè)周期內(nèi)交變電流的峰值會(huì)出現(xiàn)兩次

2、.4.有效值：交變電流與恒定電流的電流是I，電壓是U我們就把I，U叫做這個(gè)交變電流的有效值，有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來(lái)定義的， 一定要從產(chǎn)生相同的熱效果來(lái)理解.【高手筆記】1.瞬時(shí)值交流電的瞬時(shí)值反映的是不同時(shí)刻，瞬時(shí)值不同，正弦式交流電瞬時(shí)值的表達(dá)方式為2.峰值交流電的峰值說(shuō)明交流電在變化的過(guò)程中所能達(dá)到的最大數(shù)值，反映了交流大小的變化范圍，當(dāng)線(xiàn)圈平面與磁感線(xiàn)平行時(shí)，交流電動(dòng)勢(shì)最大，瞬時(shí)值與峰值的關(guān)系是：3.有效值交流電的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)規(guī)定的，即在相同的時(shí)間內(nèi)，跟一交流電的有效值能使同一電阻產(chǎn)生相等的熱量的直流電的數(shù)值，叫做這一交流電的有效值，正弦式交流電的有效值與峰值之間的關(guān)系是

3、：各種使用交流電的電器設(shè)備中所標(biāo)的，交流電表所測(cè)得的以及我們?cè)跀⑹鲋袥](méi)有特別加以說(shuō)明的交流電的值，都是指有效值.4.平均值用公式計(jì)算出的電動(dòng)勢(shì)的平均值.某段時(shí)間內(nèi)的交流電的平均值一般不等于這段時(shí)間始，末時(shí)刻瞬時(shí)值的算數(shù)平均值.【名師解惑】怎樣理解交變電流中的有效值？剖析：（1）有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來(lái)定義的，交流的有效值具有等效的意義，所以在理解此概念時(shí)，要強(qiáng)調(diào)“同樣電阻” “同一時(shí)間”和“熱量相等”.對(duì)于峰值和有效值之間的關(guān)系：只適用于正弦式電流，其他有效值間關(guān)系并不具有這種特征.（2）有效值和平均值的區(qū)別：交流電的有效值是按熱效應(yīng)定義的，所以對(duì)一外確定的交流電來(lái)說(shuō)，有效值是恒定的，而平均

4、值是由公式來(lái)求的，其值的大小與所取時(shí)間間隔有關(guān).如正弦式電流，從中性面開(kāi)始，經(jīng)，平均電動(dòng)勢(shì)大小為，而一周期內(nèi)的平均電動(dòng)勢(shì)卻為零.在計(jì)算交流電通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，熱功率以及確定保險(xiǎn)絲的熔斷電流時(shí)，只能用有效值，而不能用平均值，在計(jì)算通過(guò)導(dǎo)體的電荷量時(shí)，只能用平均值，而不能用有效值，要考慮電容器的耐壓值時(shí)，則應(yīng)根據(jù)交流電的峰值.【講練互動(dòng)】例1.曾經(jīng)流行過(guò)一種向自行車(chē)車(chē)頭燈供電的小型交流發(fā)電機(jī)，圖2-2-1甲為其結(jié)構(gòu)示意圖，圖中N、S是一個(gè)固定的磁極，abcd為固定在轉(zhuǎn)軸上的矩形線(xiàn)框，轉(zhuǎn)軸過(guò)bc邊中點(diǎn)、與ab邊平行，它的一端有一半徑r0=1.0cm的摩擦小輪，小輪與自行車(chē)車(chē)輪的邊緣相接觸，如圖2-

5、2-1乙所示，當(dāng)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，因摩擦而帶動(dòng)小輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使線(xiàn)框在磁極間轉(zhuǎn)動(dòng)，設(shè)線(xiàn)框由N=800匝線(xiàn)圈組成，每匝線(xiàn)圈的面積S=20cm2磁極間的磁場(chǎng)可視作勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感強(qiáng)度B=0.01T，自行車(chē)車(chē)輪的半徑R1=35cm，小齒輪的半徑R2=4.0cm，大齒輪的半徑R3=10.0cm（見(jiàn)圖2-2-1乙），現(xiàn)從靜止開(kāi)始使大齒輪加速轉(zhuǎn)動(dòng)，問(wèn)大齒輪的角速度為多大才能使發(fā)電機(jī)輸出電壓的有效值U=3.2V？（假定摩擦小輪與自行車(chē)之間無(wú)相對(duì)滑動(dòng)） 甲 乙圖2-2-1 圖2-2-2解析：設(shè)摩擦小輪、車(chē)輪、小齒輪、大齒輪的角速度分別為：1、2、3、4，其中2=3。當(dāng)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)線(xiàn)框中產(chǎn)生正弦交流電，其電動(dòng)勢(shì)最大值為Em

6、=NBS，又Em=，所以（1）由于摩擦小輪和車(chē)輪邊緣線(xiàn)速度相同，大齒輪和小齒輪邊緣線(xiàn)速度相同，所以r01=2R1，R34=R23，2=3，解得1=R1R34/（R2r0）（2）由（1）（2）聯(lián)立得。答案：3.2rad/s【變式訓(xùn)練一】1.如圖2-2-3甲所示是某型號(hào)的電熱毯的電路圖，電熱毯按在交變電源上，通過(guò)裝置P使加在電熱絲上的電壓的波形如圖乙所示。此時(shí)接在電熱絲兩端的交流電壓表的讀數(shù)為（ ）甲 乙圖2-2-3A.110VB.156VC.220VD.311V解析：從v-t圖象看出，每個(gè)周期的前半周期是正弦圖形，其有效值為220V；后半周期電壓為零。根據(jù)有效值的定義，得U=156V，選B。答案

7、：B例2.正弦式交變電壓加上一個(gè)氖管的兩端，已知當(dāng)氖管兩端的電壓達(dá)到時(shí)才開(kāi)始發(fā)光。求 氖管通電10min內(nèi)，發(fā)光的次數(shù)和發(fā)光的時(shí)間?！揪G色通道】交變電流具有周期性，研究一個(gè)周期內(nèi)的發(fā)光次數(shù)和發(fā)光的時(shí)間即可。交變電壓u=50sin314tV，則Em=50V，=314=100，所以T=0.02s。對(duì)氖管，只要。就發(fā)興，代入瞬時(shí)值方程得：，在正半周有兩個(gè)解就是：和，所以t1=0.0025s，t2=0.0075s，在正半周的時(shí)間主。同理在負(fù)半周也有這么長(zhǎng)的發(fā)光時(shí)間，每個(gè)周期內(nèi)的發(fā)光時(shí)間為 發(fā)光次。所以10min內(nèi)的發(fā)光次數(shù)為總的發(fā)光時(shí)間為答案：6104次 5min【變式訓(xùn)練二】1.我國(guó)及俄羅斯、英國(guó)等

8、世界上多數(shù)國(guó)家，常用的交流電都是頻率為50Hz的正弦式交流電，而美國(guó)、加拿大及日本的西部地區(qū)常用的交流電頻率為60Hz，這種頻率為60Hz的正弦式電流的周期多大？電流方向每秒改變多少次？答案：1/60s，120次例3.兩個(gè)完全相同的電熱器，分別通以如圖2-2-4甲、乙所示的交變電流，兩個(gè)交變電流的最大值相等，兩個(gè)分別是方波式和正弦式交流電流，則這兩個(gè)電熱器的電功率能為多少？圖2-2-4解析：交變電流通過(guò)電阻R時(shí)，電功率可用公式P=I2R來(lái)計(jì)算，其中I是有效值，方波式交變電流的有效值與其最大值相等，正弦式交變電流的有效值與最大值的關(guān)系是I=代入電功率公式得答案：P甲/P乙=2/1【變式訓(xùn)練三】3

9、.將正弦交流電經(jīng)過(guò)整流器處理后，得到的電流波，剛好去掉了半周，如圖2-2-5所示，它的有效值是（ ）圖2-2-5A.1AB.C.D.1A答案：D4.如圖2-2-6所示，一矩形線(xiàn)圈的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2.2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞軸OO勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，已知線(xiàn)圈邊長(zhǎng)ab=cd=30cm，ab=bc=20cm，共100匝，轉(zhuǎn)速n=600r/min，線(xiàn)圈從圖示位置開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，且ab邊向外。圖2-2-6寫(xiě)出電支動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式。解析：線(xiàn)圈從圖示位置開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，t=0時(shí)，ab、cd邊垂直切割磁感線(xiàn)，感生電動(dòng)勢(shì)有最大值?！締?wèn)題探究】【問(wèn)題】1.怎樣求交變電流的有效值、最大值、最小值、平均值？【導(dǎo)思】求有效值時(shí)，可分按正（余）弦規(guī)律變化和非正余弦規(guī)律變化，分析電量時(shí)，應(yīng)分析出通過(guò)導(dǎo)體截面電荷量與磁通量的變化量關(guān)系式。【探究】（1）當(dāng)要求有效值時(shí)，一般有下列兩種情況。對(duì)于按正（余）弦規(guī)律變化的電流，可先根據(jù)Em=BS求出其最大值，然后根據(jù)求出其有效值，則有關(guān)電功、電功率的計(jì)算，各種交