高中物理 第五章 交变电流 第2节 描述交变电流的物理量课件 新人教版选修

第五章 交变电流,第2讲 描述交变电流的物理量,内容索引,知识探究,题型探究,达标检测,知识探究,1,一、周期和频率,如图1所示，交变电流完成一次周期性变化需要多长时间？在1 s内完成多少次周期性变化？,完成一次周期性变化需要0.02 s；在1 s内完成50次周期性变化,答案,1.周期(T)：交变电流完成一次 变化所需的时间 2.频率(f)：交变电流在1 s内完成 变化的次数,周期性,周期性,我国电网中交流电的频率为50 Hz，则我国提供市电的发电机转子的转速为_r/min.,3 000,某交流电压的瞬时值表达式u6 sin (100t) V，把标有“6 V 2 W”的小灯泡接在此电源上会不会被烧坏？把标有6 V的电容器接在此电源上会不会被击穿？,二、峰值和有效值,小灯泡不会被烧坏，交流电压的瞬时值表达式u6 sin (100t) V中6 V是最大值，其有效值为6 V，而标有“6 V 2 W”的小灯泡中的6 V是有效值电容器会被击穿,答案,1.峰值：(1)交变电流的电压、电流能达到的 叫峰值，若交流电接入纯电阻电路中，电流及外电阻两端的电压的最大值分别为 Im ，Um . (2)使用交变电流的用电器，其最大耐压值应大于其使用的交流电压的 2.有效值：确定交变电流有效值的依据是 让交流与恒定电流通过大小 的电阻，如果在交流的一个周期内它们产生的 相同，则此恒定电流值叫做交流电的有效值,最大数值,最大值,电流的热效应,ImR,相同,热量,3.在正弦式交变电流中，最大值与有效值之间的关系为：,0.707Em,0.707Im,0.707Um,判断下列说法的正误. (1)正弦式交变电流的正负两部分是对称的，所以有效值为零.( ) (2)交变电流的有效值就是一个周期内的平均值.( ) (3)一个正弦式交变电流的峰值同周期频率一样是不变的，但有效值是随时间不断变化的.( ) (4)交流电路中，电压表、电流表的测量值都是有效值.( ),×,×,×,2,题型探究,一、周期和频率的理解 交变电流的周期和频率跟发电机转子的角速度或转速n有关.(n)越大，周期越短，频率越高，其关系为,例1 (多选)矩形金属线圈共10匝，绕垂直于磁场方向的转动轴在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生的交流电动势e随时间t变化的情况如图2所示.下列说法中正确的是,图2,A.此交变电流的频率为0.2 Hz B.1 s内电流方向变化10次 C.t0.1 s时，线圈平面与磁场方向平行 D.1 s内线圈转5圈,答案,解析,期，线圈转5圈，每转1圈电流方向改变2次，故A错，B、D对；在t0.1 s时，e0，所以线圈平面与磁场方向垂直，故C错.,二、交变电流图象的应用 正弦交流电的图象是一条正弦曲线，从图象中可以得到以下信息：,例2 (2016·10月义乌选考模拟)发电机的形式很 多，但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力 定律.因此，其构造的一般原则是：用适当的导 磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电 路，以产生电磁功率，达到能量转换的目的常 见的发电机产生正弦、余弦式的交流电.如图3 所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时产生的正弦交流电的图象，当调整线圈转速后，所产生的正弦交流电的图象如图线b所示，以下关于这两个正弦交流电的说法中正确的是,图3,答案,解析,A.线圈先后两次转速之比为12 B.交流电a的电压瞬时值ua10sin (0.4t) V C.交流电b的最大值为 V D.在图中t0时刻穿过线圈的磁通量变化率最大,图3,针对训练 (多选)一正弦交流电的电流随时间变化的规律如图4所示.由图可知,图4,A.该交流电的频率是50 Hz B.该交流电的电流有效值为 A C.该交流电的电流瞬时值表达式为 i2sin 50t(A) D.若该交流电流通过R10 的电阻，则电阻 消耗的功率是20 W,答案,解析,由图得周期为0.04 s，频率为25 Hz，A错误；电流最大值为2 A，则 有效值为 A，B错误； 由图象知，该交流电的电流瞬时值表达式为i2sin 50t(A)，C正确； 电阻消耗的功率PI2R20 W，D正确.,三、正弦式交流电有效值、最大值、平均值的对比 1.有效值,(2)计算与电流热效应有关的量(如电功、电功率、热量)要用有效值 (3)交流电表的测量值，电气设备标注的额定电压、额定电流，通常提到的交流电的数值都是指有效值. 2.平均值,例3 图5甲是小型交流发电机的示意图，在匀强磁场中，一矩形金属线圈绕与磁场方向垂直的轴匀速转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图乙所示.发电 机线圈内阻为10 ，外接一只 电阻为90 的灯泡，不计电路 的其他电阻，则,图5,A.t0时刻线圈平面与中性面垂直 B.每秒内电流方向改变100 次 C.灯泡两端的电压为22 V D.00.01 s时间内通过灯泡的电荷量为0,答案,解析,达标检测,3,1.小型手摇发电机线圈共N匝，每匝可简化为矩形线圈abcd，磁极间的磁场视为匀强磁场，方向垂直于线圈中心轴OO，线圈绕OO匀速转动，如图6所示.矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，不计线圈电阻，则发电机输出电压,答案,解析,1,2,3,4,图6,由题意可知，线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，因此单匝矩形线圈总电动势最大值为2e0，又因为发电机线圈共N匝，所以发电机线圈中总电动势最大值为2Ne0，根据闭合电路欧姆定律可知，在不计线圈内阻时，输出电压等于感应电动势的大小，即其峰值为2Ne0，故A、B错误； 又由题意可知，若从图示位置开始计时，发电机线圈中产生的感应电流为正弦式交变电流，由其有效值与峰值的关系可知，,1,2,3,4,A.电压表 的示数为220 V B.电路中的电流方向每秒钟改 变50次 C.灯泡实际消耗的功率为484 W D.发电机线圈内阻每秒钟产生的 焦耳热为24.2 J,2.一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图7甲所示.已知发电机线圈内阻为5 ，外接一只电阻为95 的灯泡，如图乙所示，则,答案,解析,1,2,3,4,图7,1,2,3,4,A.t,2t B.2t,8t C.2t,2t D.t,4t,3.(2016·台州市高二期中)把一只电热器接在100 V的直流电源上，在t时间内产生的热量为Q，若将它分别接到U1100sin t(V)和U250sin 2t(V)的交流电源上，仍要产生Q的热量，则所需的时间分别为,答案,解析,1,2,3,4,4.如图8所示，单匝矩形闭合导线框abcd全部处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中，线框面积为S，电阻为R.线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度匀速转动，线框中感应电流的有效值I_.线框从中性面开始转过 的过程中，通过导线横截面的电荷量 q_.,解析,图11,1,2,3,4,答案,