高中物理電流教案
發(fā)表時(shí)間:2020-11-13描述交變電流的物理量。
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人教版選修3-2第四章5.2描述交變電流的物理量教材分析
與恒定電流不同,由于交變電流的電壓、電流等大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化,需要用一些特殊的物理量來(lái)描述它在變化中不同方面的特性,本節(jié)主要介紹這樣一些物理量。
一、學(xué)習(xí)要求
1.知道交變電流的周期和頻率,知道我國(guó)供電線(xiàn)路交變電流的周期頻率.
2.知道交變電流和電壓的峰值,有效值及其關(guān)系.
3、會(huì)用圖象和函數(shù)表達(dá)式描述正弦交變電流。
二、教材重點(diǎn)
交變電流的有效值
三、教材難點(diǎn)
一般電流有效值的求解
四、教學(xué)資源
通過(guò)思考討論,使學(xué)生明白,從電流熱效應(yīng)上看,交流電產(chǎn)生的效果可以與某地恒定電流相等,由此引入有效值的概念.
1.定義:讓交流與恒定電流通過(guò)相同的電阻,如果它們?cè)谝恢芷趦?nèi)產(chǎn)生的熱量相等,就把這個(gè)恒定電流的值(I或U)叫做這個(gè)交流的有效值.
課本第一次明確地用一個(gè)周期T來(lái)定義有效值,使得有效值的概念更加準(zhǔn)確.
2.正弦交變電流的有效值與峰值的關(guān)系
,
這一關(guān)系只對(duì)正弦式電流成立,對(duì)其它波形的交變電流一般不成立.其它波形的交變電流的有效值就根據(jù)有效值的定義去求解。
3.幾點(diǎn)說(shuō)明:①各種使用交變電流的電器設(shè)備上所標(biāo)的額定電壓、額定電流均指有效值;②交流電壓表和交流電流表所測(cè)量的數(shù)值也都是有效值;③將電容器接入交流電路中,其耐壓值應(yīng)不小于交變電流的最大值,但熔絲的選擇應(yīng)據(jù)有效值來(lái)確定其熔斷電流;④一般情況下所說(shuō)的交變電流的數(shù)值,若無(wú)特別說(shuō)明,均指有效值。
4.有效值與平均值的區(qū)別:交變電流的有效值是按照電流的熱效應(yīng)來(lái)規(guī)定的,對(duì)一個(gè)確定的交變電流,其有效值是一定的,而平均值是由來(lái)確定的,其數(shù)值大小與時(shí)間間隔有關(guān)。在計(jì)算交變電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量、熱功率時(shí),只能用有效值,而不能用平均值;在計(jì)算通過(guò)導(dǎo)體截面的電量時(shí),只能用交變電流的平均值,即q=t。
典型例題
例:如圖邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的單匝正方形線(xiàn)框,處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,線(xiàn)框電阻為R,當(dāng)線(xiàn)框繞ab邊從圖示位置以角速度ω勻速轉(zhuǎn)過(guò)的過(guò)程中,求(1)外力所做的功;(2)流過(guò)線(xiàn)框?qū)Ь€(xiàn)截面的電量
[析]外力所做的功,即線(xiàn)框中產(chǎn)生的熱量。應(yīng)據(jù)線(xiàn)圈產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的有效值求熱量。一般是先求最大值,再求有效值。
線(xiàn)框轉(zhuǎn)過(guò)的過(guò)程中,線(xiàn)圈內(nèi)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)最大值為:
電動(dòng)勢(shì)的有效值為線(xiàn)圈轉(zhuǎn)過(guò)所用的時(shí)間為.
線(xiàn)圈內(nèi)產(chǎn)生的熱量.
[典型錯(cuò)解]E=
(2)流過(guò)導(dǎo)線(xiàn)截面的電量:,,∴
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描述交變電流的物理量學(xué)案課件練習(xí)
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二.描述交變電流的物理量
【要點(diǎn)導(dǎo)學(xué)】
表征交變電流的物理量
(1)瞬時(shí)值:交流電的瞬時(shí)值反映的是不同時(shí)刻交流電的大小和方向,瞬時(shí)值是時(shí)間的函數(shù),不同時(shí)刻瞬時(shí)值不同。正弦交流電瞬時(shí)值的表達(dá)式為
e=Emsinωt
U=Umsinωt
(2)最大值:交流電的最大值反映的是交流電大小的變化范圍,當(dāng)線(xiàn)圈平面與磁力線(xiàn)平行時(shí),交流電動(dòng)勢(shì)最大,Em=NBSω,瞬時(shí)值與最大值的關(guān)系是:-Em≤e≤Em。
(3)有效值:交流電的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來(lái)規(guī)定的。即在同一時(shí)間內(nèi),跟某一交流電能使同一電阻產(chǎn)生相等熱量的直流電的數(shù)值,叫做該交流電的有效值,正弦交流電的有效值與最大值之間的關(guān)系是:
E=Em/U=Um/I=Im/
各種交流電電氣設(shè)備上所標(biāo)的、交流電表上所測(cè)得的以及在敘述中沒(méi)有特別加以說(shuō)明的交流電的最大值,都是指有效值。
(4)平均值:交流電的平均值是交流電圖像中波形與橫軸所圍的面積跟時(shí)間的比值,用e=nΔΦ/Δt計(jì)算
(5)表征交變電流變化快慢的物理量
①周期T:電流完成一次周期性變化所用的時(shí)間。單位:s.
②頻率f:一秒內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)。單位:HZ.
③角頻率ω:就是線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。單位:rad/s.
④角速度、頻率、周期的關(guān)系ω=2πf=2π/T
【范例精析】
例1、圖5-2-1表示一交變電流隨時(shí)間變化的圖象。此交變電流的有效值是:()
A.5安B.5安
C.3.5安D.3.5安
解析:許多同學(xué)對(duì)交變電流有效值的意義理解不深,只知道機(jī)械地套用正弦交變電流的最大值是有效值的倍的關(guān)系,直接得出有效值.由圖象知該交變電流不是正弦交流電,因此不能套用I=Im/公式求,必須從有效值的定義考慮。
設(shè)該交變電流的有效值為I,通過(guò)電阻R,在一個(gè)周期時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q,則Q=I2RT。題中的交流電通過(guò)相同電阻R在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q′,則
Q=I12RT/2+I22RT/2
因Q=Q′,有I2RT=I12RT/2+I22RT/2
∴I=5(安)
故選項(xiàng)B正確。
例2、如圖5-2-2所示,在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一個(gè)“冂”形導(dǎo)線(xiàn)框可繞AB軸轉(zhuǎn)動(dòng),已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度B=5/πT,線(xiàn)框的CD邊長(zhǎng)為20cm.CE、DF長(zhǎng)均為10cm,轉(zhuǎn)速為50r/s,若從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí),
(1)寫(xiě)出線(xiàn)框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式;
(2)若線(xiàn)框電阻r=3,再將AB兩端接“6V,12W”燈泡,小燈泡能否正常發(fā)光?若不能,小燈泡實(shí)際功率多大?
解析:(1)注意到圖示位置磁感線(xiàn)與線(xiàn)圈平面平行,瞬時(shí)值表達(dá)式應(yīng)為余弦函數(shù),先出最大值和角頻率:
ω=2πn=100πrad/s
Em=BSω=5/π×0.2×0.1×100π=10(V)
所以電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)表達(dá)式應(yīng)為:e=10cos100πt(V)。
(2)小燈泡的電阻為R=U額2/P額=62/12=3Ω,
先求出交變電流電動(dòng)勢(shì)有效值E=Em/=10(V)
此后電路可看成恒定電流電路,由于R=r,U=Em/2=5V,小于額定電壓,故小燈泡不能正常發(fā)光。其實(shí)際功率是p=U2/R=52/3=25/3=8.3(W)
拓展:在交流電路中,計(jì)算交流的發(fā)熱功率及熱量必須用有效值。另外,交流電表的讀數(shù)也為有效值。但在計(jì)算流過(guò)電路中的電量時(shí)用電流平均值計(jì)算,即:
q=i×Δt=(NΔΦ/RΔt)×Δt=NΔΦ/R。
例3、將電阻為r的直導(dǎo)線(xiàn)abcd沿矩形框架邊緣加以彎曲,折成“п”形,其中ab=cd=L1,bc=L2。在線(xiàn)端a、d間接電阻R和電流表A,且以a、d端連線(xiàn)為軸,以角速度在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng),如圖5-2-3所示,求:
(1)交流電流表A的示數(shù);
(2)從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)90°角的過(guò)程中,電阻R上產(chǎn)生的熱量;
(3)寫(xiě)出彎曲導(dǎo)線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中,從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí)的電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式。
解析:(1)彎曲導(dǎo)線(xiàn)轉(zhuǎn)到圖示位置時(shí)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值為Em=BL2ωL1=BωL1L2
產(chǎn)生電流的峰值為Im=Em/(R+r)=BωL1L2/(R+r)
電流表A的示數(shù)I=Im/=BωL1L2/2(R+r)
(2)由圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)90°角所用時(shí)間t=T/4=π/2ω
電阻R上產(chǎn)生的熱量為QR=I2Rt=πωRB2L12L22/4(R+r)2
(3)電動(dòng)勢(shì)為e=Emcosωt=BωL1L2cosωt
【能力訓(xùn)練】
1、一個(gè)矩形線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng),產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)按正弦規(guī)律變化,其瞬時(shí)值的表達(dá)式為e=220sin100πtV,下列說(shuō)法中正確的是:(ABD)
A.頻率是50Hz
B..當(dāng)t=0時(shí),線(xiàn)圈平面與中性面重合
C.當(dāng)t=1/100s時(shí),e的值最大,為220V
D.線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為314rad/s
2、下列數(shù)據(jù)中不屬于交變電流有效值的是(C)
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
3、一個(gè)接在直流電源上的電熱器所消耗的電功率為P1,若把它接到電壓最大值與直流電壓相等的正弦式交流電源上,該電熱器所消耗的電功率為P2,則P1:P2為:(A)
A.2:1B.1:2C.1:1D.1:
4、一個(gè)矩形線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),周期為T(mén)。從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí),當(dāng)t=T/12時(shí),線(xiàn)圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值為2V,則此交變電流的有效值為(A)
A.2VB.2VC.VD./2V
5、一電阻接在20V的直流電源上,消耗的電功率為10W,把這一電阻接在某一交流電源上,該交流電源的輸出電壓u隨時(shí)間t變化的圖象如圖5-2-4所示,則這一電阻消耗的電功率為(A)
A.5W
B.7.07W
C.10W
D.14.1W
6、在電阻R上分別加如圖5-2-5(1)、(2)所示的交變電壓u1和u2,在較長(zhǎng)的相等時(shí)間內(nèi),內(nèi)阻R上產(chǎn)生的熱量相等,電阻R的阻值變化可以忽略,那么(BC)
A.交變電壓u2的最大值Um等于U
B.交變電壓u2的最大值Um等于U
C.交變電壓u1的有效值等于U
D.交變電壓u1的有效值等于U/
7、交流電的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來(lái)規(guī)定的,那么,在計(jì)算一個(gè)通有交變電流的電阻產(chǎn)生的熱量或電阻的熱功率時(shí),是用交變電流的瞬時(shí)值、最大值還是有效值?若一個(gè)10Ω的電阻,通過(guò)的電流為i=2sin314tA,那么這個(gè)電阻的熱功率是多大?
有效值20W
8、一個(gè)正弦規(guī)律變化的交變電流的圖象如圖5-2-6所示,根據(jù)圖象計(jì)算:
(1)交變電流的頻率。
(2)交變電流的有效值。
(3)寫(xiě)出該電流的瞬時(shí)值表達(dá)式。
(4)在什么時(shí)刻該電流的瞬時(shí)值大小與其有效值相等。
(1)50HZ(2)10A(3)i=20sin100πt(A)(4)t=0.0025(2n+1)n=(0,1,2,3,……)
9、求如圖5-2-7所示的交變電流的有效值。
4.33A
10、交流發(fā)電機(jī)模型的矩形線(xiàn)圈abcd在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞與磁場(chǎng)垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。線(xiàn)圈共有n匝,邊長(zhǎng)ab=L1,bc=L2,線(xiàn)圈的內(nèi)電阻為r,外電阻為R,磁感應(yīng)強(qiáng)度是B,線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度是ω,如圖5-2-8所示。求:(1)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中電流表的讀數(shù)。(2)線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周,外力做了多少功?
nBωL1L2/2(R+r)πωRn2B2L12L22/4(R+r)2
11、單匝矩形線(xiàn)圈abcd繞ad邊為軸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中勻速轉(zhuǎn)動(dòng),如圖5-2-9所示,圖中ab=L1,bc=L2,線(xiàn)框電阻為r,ad間接入的電阻為R。R與理想電流表A串聯(lián),線(xiàn)圈角速度為ω,求:
(1)電流表A的讀數(shù)。
(2)從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)90°的過(guò)程中通過(guò)電流表的總電量q。
(3)從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)90°的過(guò)程中電阻R上產(chǎn)生的熱量Q熱。
BωL1L2/(R+r)BL1L2/(R+r)πωRB2L12L22/4(R+r)2
表征交變電流的物理量
教學(xué)目的:
l、掌握表征交變電流大小物理量。
2、理解有效值的定義并會(huì)用它解決相關(guān)問(wèn)題。
3、掌握表征交變電流變化快慢的物理量。
教學(xué)重點(diǎn):
掌握表征交變電流大小物理量。理解有效值的定義并會(huì)用它解決相關(guān)問(wèn)題
教學(xué)難點(diǎn):
有效值的理解
教學(xué)準(zhǔn)備:
幻燈片、交流發(fā)電機(jī)模型、演示電流表、
教學(xué)過(guò)程:
一、知識(shí)回顧
(一)、交變電流:
的電阻上,在0.05s內(nèi)電阻上產(chǎn)生的熱量()
A、可能為零
B、一定為0.25J
C、不可能大于0.25J
D、可能小于是0.25J
2、某交流電壓隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖15-14所示,則此交流電的頻率是_______Hz。若將該電壓加在10uf的電容器上,則電容器的耐壓值不應(yīng)小于_________V;交流電壓的有效值等于________V
物理教案表征交變電流的物理量
教學(xué)目標(biāo)
一、知識(shí)目標(biāo)
1、復(fù)習(xí)上節(jié)課知識(shí),并推出;.
2、理解交變電流的周期、頻率含義,掌握它們相互間關(guān)系,知道我國(guó)生產(chǎn)和生活用電的周期(頻率)的大?。?/p>
3、理解交變電流的最大值和有效值的意義,知道它們之間的關(guān)系,會(huì)應(yīng)用正弦式交變電流有效值公式進(jìn)行有關(guān)計(jì)算.
4、能利用有效值定義計(jì)算某些交變電流的有效值
二、能力目標(biāo)
1、培養(yǎng)學(xué)生閱讀、理解及自學(xué)能力.
2、培養(yǎng)學(xué)生將知識(shí)進(jìn)行類(lèi)比、遷移的能力.
3、使學(xué)生理解如何建立新的物理概念而培養(yǎng)學(xué)生處理解決新問(wèn)題能力.
4、培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)工具處理解決物理問(wèn)題的能力.
5、訓(xùn)練學(xué)生由特殊到一般的歸納、演繹思維能力.
6、培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手操作能力.
三、情感目標(biāo)
1、由用電器銘牌,可介紹我國(guó)近幾年的經(jīng)濟(jì)騰飛,激發(fā)學(xué)生愛(ài)國(guó)精神和為建設(shè)祖國(guó)發(fā)奮學(xué)習(xí)的精神.
2、讓學(xué)生體會(huì)對(duì)稱(chēng)美.
教學(xué)建議
教材分析及相關(guān)教法建議
1、要讓學(xué)生知道,由于交變電流的電壓、電流等的大小和方向都隨時(shí)間作周期性變化,就需要多一些物理量來(lái)描述它不同方面的特性.如:周期和頻率表示交變電流周期性變化的快慢,最大值表明交變電流在變化過(guò)程中所能達(dá)到的最大數(shù)值,反映了交變電流的變化范圍.
2、交變電流的有效值表示交變電流產(chǎn)生的平均效果,是教學(xué)的重點(diǎn),也是教學(xué)的難點(diǎn).首先要使學(xué)生明白引入有效值的必要:由于交變電流的大小和方向隨時(shí)間變化,它產(chǎn)生的效果也隨時(shí)間而變化,而實(shí)用中常常只要知道它的平均效果就可以了.為此引入有效值的概念;進(jìn)而讓學(xué)生知道怎樣衡量交變電流的平均效果,即用與交變電流有相同熱效應(yīng)的直流來(lái)表示交變電流的平均效果,從而明確有效值的物理意義.
3、要讓學(xué)生知道,提到交變電流的電壓、電流、電動(dòng)勢(shì)時(shí),如果不加特別說(shuō)明,通常指的都是交變電流的有效值,電表測(cè)量的數(shù)值,也都是有效值.
正弦電流的有效值和最大值的關(guān)系,課本中是直接給出的,不要求加以證明.但它十分有用,應(yīng)要求學(xué)生記住.還要讓學(xué)生明確地知道,這一關(guān)系只對(duì)正弦式電流成立,對(duì)其他波形的交變電流并不成立。
教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)、疑點(diǎn)及解決辦法
1、交變電流有效值概念既是重點(diǎn)又是難點(diǎn),通過(guò)計(jì)算特殊形式的交變電流的有效值來(lái)體會(huì)和掌握它的定義
2、交變電流瞬時(shí)值確定使學(xué)生感到困難,通過(guò)例題分析使學(xué)生學(xué)會(huì)借助數(shù)學(xué)工具處理解決物理問(wèn)題的能力。
--方案
表征交變電流物理量
教學(xué)目的:
l、掌握表征交變電流大小物理量.
2、理解有效值的定義并會(huì)用它解決相關(guān)問(wèn)題.
3、掌握表征交變電流變化快慢的物理量.
教學(xué)重點(diǎn):表征交流電的幾個(gè)物理量,特別是“有效值”
教學(xué)難點(diǎn):有效值的理解
教學(xué)方法:?jiǎn)l(fā)式綜合教學(xué)法
教學(xué)用具:幻燈片、交流發(fā)電機(jī)模型、演示電流表、
教學(xué)過(guò)程:
一、知識(shí)回顧
(一)、交變電流:
大小和方向都隨時(shí)間作周期性變化的電流叫做交變電流,簡(jiǎn)稱(chēng)交流.如圖所示(b)、(c)、(e)所示電流都屬于交流,其中按正弦規(guī)律變化的交流叫正弦交流.如圖(b)所示.而(a)、(d)為直流,其中(a)為恒定電流.
(二)、正弦交流的產(chǎn)生及變化規(guī)律.
1、產(chǎn)生:當(dāng)線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),線(xiàn)圈中產(chǎn)生的交流是隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的.即正弦交流.
2、中性面:勻速旋轉(zhuǎn)的線(xiàn)圈,位于跟磁感線(xiàn)垂直的平面叫做中性面.這一位置穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量最大,但各邊都未切割磁感線(xiàn),或者說(shuō)這時(shí)線(xiàn)圈的磁通量變化率為零,線(xiàn)圈中無(wú)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).
3、規(guī)律:
(1)函數(shù)表達(dá)式:匝面積為的線(xiàn)圈以角速度轉(zhuǎn)動(dòng),從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí),則.用表示峰值,則在純電阻電路中,
電流:.
電壓:.
(2)圖象表示:
二、新課教學(xué):
1、表征交變電流大小物理量
①瞬時(shí)值:對(duì)應(yīng)某一時(shí)刻的交流的值,用小寫(xiě)字母表示,,,.
②峰值:即最大的瞬時(shí)值用大寫(xiě)字母表示,,,.
,.
注意:線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線(xiàn)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),所產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值為,即僅由匝數(shù),線(xiàn)圈面積,磁感強(qiáng)度和角速度四個(gè)量決定.與軸的具體位置,線(xiàn)圈的形狀及線(xiàn)圈是否閉合都是無(wú)關(guān)的.
③有效值:
ⅰ、意義:描述交流電做功或熱效應(yīng)的物理量
ⅱ、定義:跟交流熱效應(yīng)相等的恒定電流的值叫做交流的有效值.
ⅲ、正弦交流的有效值與峰值之間的關(guān)系是;.
注意:正弦交流的有效值和峰值之間具有;的關(guān)系,非正弦(或余弦)交流無(wú)此關(guān)系,但可按有效值的定義進(jìn)行推導(dǎo),如對(duì)于正負(fù)半周最大值相等的方波電流,其熱效應(yīng)和與其最大值相等的恒定電流是相同的,因而其有效值即等于其最大值.即.
ⅳ、交流用電器的額定電壓和額定電流指的是有效值;交流電流表和交流電壓表的讀數(shù)是有效值.對(duì)于交流電若沒(méi)有特殊說(shuō)明的均指有效值.
ⅴ、在求交流電的功、功率或電熱時(shí)必須用交流電的有效值.
④峰值、有效值、平均值在應(yīng)用上的區(qū)別.
峰值是交流變化中的某一瞬時(shí)值,對(duì)純電阻電路來(lái)說(shuō),沒(méi)有什么應(yīng)用意義.若對(duì)含電容電路,在判斷電容器是否會(huì)被擊穿時(shí),則需考慮交流的峰值是否超過(guò)電容器的耐壓值.
交流的有效值是按熱效應(yīng)來(lái)定義的,對(duì)于一個(gè)確定的交流來(lái)說(shuō),其有效值是一定的.而平均值是由公式確定的,其值大小由某段時(shí)間磁通量的變化量來(lái)決定,在不同的時(shí)間段里是不相同的.如對(duì)正弦交流,其正半周或負(fù)半周的平均電動(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)算交流通過(guò)電阻產(chǎn)生的熱功率時(shí),只能用有效值,而不能用平均值.在計(jì)算通過(guò)導(dǎo)體的電量時(shí),只能用平均值,而不能用有效值.
在實(shí)際應(yīng)用中,交流電器銘牌上標(biāo)明的額定電壓或額定電流都是指有效值,交流電流表和交流電壓表指示的電流、電壓也是有效值,解題中,若題示不加特別說(shuō)明,提到的電流、電壓、電動(dòng)勢(shì)都是指有效值.
2、表征交變電流變化快慢的物理量
①周期:電流完成一次周期性變化所用的時(shí)間.單位:s.
②頻率:一秒內(nèi)完成周期性變化的次數(shù).單位:HZ.
③角頻率:就是線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度.單位:rad/s.
④、角速度、頻率和周期的關(guān)系:
3、疑難辨析
交流電的電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值和穿過(guò)線(xiàn)圈面積的磁通量的變化率成正比.當(dāng)線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),線(xiàn)圈磁通量也是按正弦(或余弦)規(guī)律變化的,若從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí),時(shí),磁通量最大,應(yīng)為余弦函數(shù),此刻變化率為零(切線(xiàn)斜率為零),時(shí),磁通量為零,此刻變化率最大(切線(xiàn)斜率最大),因此從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)表達(dá)式是正弦函數(shù),如上圖(a)(b)所示分別是和
高考物理第一輪描述交變電流的物理量專(zhuān)項(xiàng)復(fù)習(xí)
第二課時(shí):描述交變電流的物理量電感和電容對(duì)交變電流的影響
【基礎(chǔ)知識(shí)回顧】
一.描述交變電流的物理量
1.瞬時(shí)值:交流電的瞬時(shí)值反映的是不同時(shí)刻交流電的大小和方向,瞬時(shí)值是時(shí)間的函數(shù),其關(guān)系式如e=Emsin(t+φ)
2.最大值:交流電的最大值反映的是交流電大小的變化范圍,當(dāng)線(xiàn)圈平面和磁感線(xiàn)平行時(shí),交流電動(dòng)勢(shì)最大,,瞬時(shí)值與最大值的關(guān)系是。
3.交流電的有效值:
(1)定義:交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)規(guī)定的:讓交流和直流通過(guò)相同阻值的電阻,如果它們?cè)谙嗤臅r(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等,就把這一直流的數(shù)值叫做這一交流的有效值。
(2)正弦交流電的有效值與最大值的關(guān)系是:
(3)說(shuō)明:
①各種交流電器上所標(biāo)的額定電壓、電流均指有效值
②交流電表的示數(shù)全為有效值
③電器元件(如電容)的擊穿電壓(耐壓值)指的是最大值,但保險(xiǎn)絲熔斷電流為有效值
④一般所說(shuō)交流電的值,均為有效值
⑤求解交流電產(chǎn)生的熱量問(wèn)題時(shí),必須用有效值,不能用平均值。
⑥中各量均為有效值。
4.平均值:交流電的平均值是交流電圖象中波形與橫軸(t軸)所圍的面積跟時(shí)間的比值,其數(shù)值可用計(jì)算。某段時(shí)間內(nèi)交流電的平均值不等于這段時(shí)間始、終時(shí)刻瞬時(shí)值的算術(shù)平均值。在T/4時(shí)間內(nèi)。若計(jì)算通過(guò)電路某一截面的電量,需用電流的平均值。
5.周期和頻率
描述交變電流變化快慢的物理量。
(1)周期T:交變電流完成一次周期性變化所需的時(shí)間。單位:秒。
在一個(gè)周期里,交變電流的方向變化2次。
(2)頻率f:單位時(shí)間內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)。單位:赫茲,Hz.
頻率越大,交變電流變化越快。f=1/T
二.電感和電容對(duì)交變電流的影響
1.感抗
a.感抗是電感對(duì)交變電流阻礙作用的大小,用XL表示。
b.影響感抗的因素:線(xiàn)圈的自感系數(shù)(L),交流電的頻率(f)。L越大、f越高,XL越大
c.應(yīng)用:(1)低頻扼流圈:作用“通直流、阻交流”
(2)高頻扼流圈:作用“通低頻、阻高頻”
2.容抗
a.容抗是電容對(duì)交流的阻礙作用大小,用XC表示.
b.影響容抗的因素:電容器的電容和交變電流的頻率,電容越大,頻率越高,容抗越小
c.電容器的特性
隔直電容器——通交流、隔直流.
旁路電容器——通高頻、阻低頻.
【要點(diǎn)講練】
例1.一小型發(fā)電機(jī)內(nèi)的矩形線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以恒定的角速度ω繞垂直于磁場(chǎng)方向的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng),線(xiàn)圈匝數(shù)n=100,穿過(guò)每匝線(xiàn)圈的磁通量φ隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化,如圖所示,發(fā)電機(jī)內(nèi)阻r=5Ω,外電路電阻R=95Ω,已知感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Em=nωφm,其中φm為穿過(guò)每匝線(xiàn)圈磁通量的最大值,求串聯(lián)在外電路中的交流電流表(理想電表)的讀數(shù)。
例2.勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B,邊長(zhǎng)L的正方形線(xiàn)圈abcd共N匝,線(xiàn)圈電阻為r,線(xiàn)圈繞垂直于磁感線(xiàn)的軸OO’以如圖所示的角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng),外電路電阻為R.
(1)在答卷圖中標(biāo)出此刻線(xiàn)圈感應(yīng)電流的方向.
(2)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值有多大?
(3)線(xiàn)圈平面與磁感線(xiàn)成60°時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)多大?
(4)設(shè)發(fā)電機(jī)由柴油機(jī)帶動(dòng),其他能量損失不計(jì),線(xiàn)圈轉(zhuǎn)一周,柴油機(jī)要做多少功?
(5)從圖示位置開(kāi)始,線(xiàn)圈轉(zhuǎn)過(guò)600的過(guò)程中通過(guò)電阻R的電量是多少?
例3.多數(shù)同學(xué)家里都有調(diào)光臺(tái)燈、調(diào)速電風(fēng)扇.過(guò)去是用變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)的,缺點(diǎn)是成本高、體積大、效率低,且不能任意調(diào)節(jié)燈的亮度或電風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速.現(xiàn)在的調(diào)光臺(tái)燈、調(diào)速電風(fēng)扇是用可控硅電子元件來(lái)實(shí)現(xiàn)的.如圖所示為經(jīng)過(guò)一個(gè)雙向可控硅調(diào)節(jié)后加在電燈上的電壓.即在正弦交流電的每一個(gè)二分之一周期中,前面四分之一周期被截去.調(diào)節(jié)臺(tái)燈上的旋鈕可以控制截去的多少,從而改變電燈上的電壓.那么現(xiàn)在電燈上的電壓為_(kāi)___.
例4.如圖所示為電子技術(shù)中常用的電路之一.“~”表示低頻交流,“”表示高頻交流,“—”表示直流,則下列敘述正確的是()
A.圖a中后級(jí)輸入只有交流成分
B.圖b中后級(jí)輸入只有直流成分
C.圖c中后級(jí)輸入只有低頻交流成分
D.圖c中后級(jí)輸入只有高頻交流成分
【強(qiáng)化練習(xí)】
1、一根電阻絲接入100v的直流電,1min產(chǎn)生的熱量為Q,同樣的電阻絲接入正弦交變電壓,2min產(chǎn)生的熱量為0.5Q,那么該交變電壓的最大值為()
A、50vB、100vC、50vD、50v
2.甲、乙兩電爐的電阻值相等,把甲和乙兩電爐分別接到如圖(a)和(b)所示的方形波交變電壓和正弦波交變電壓下,兩種電壓的周期和峰(最大)值都相等,則()
A.用電壓表測(cè)量甲電爐兩端電壓大
B.用電壓表測(cè)量甲、乙兩電爐兩端電壓一樣大
C.兩電爐消耗的電功率之比
D.兩電爐消耗的電功率之比
3.如圖所示,線(xiàn)圈的自感系數(shù)和電容器的電容都很小(如L=1mH,C=200pF),此電路的重要作用是()
A.阻直流通交流,輸出交流
B.阻交流通直流,輸出直流
C.阻低頻通高頻,輸出高頻交流
D.阻高頻通低頻,輸出低頻交流和直流
4.N匝矩形線(xiàn)圈長(zhǎng)L1、寬L2,電阻為r,通過(guò)滑環(huán)P、Q和電刷a、b連接電阻R,組成閉合電路。線(xiàn)圈處在圖示勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。軸OO′與磁場(chǎng)方向垂直,現(xiàn)線(xiàn)圈以角速度繞軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng),求:
(1)電流表的示數(shù);
(2)使線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周,外力所做的功。
5.在相同時(shí)間內(nèi),某正弦交流電通過(guò)一阻值為100歐的電阻產(chǎn)生的熱量與一電流強(qiáng)度為3A的直流電通過(guò)同一阻值的電阻產(chǎn)生的熱量相等,則()
A.此交流電的電流強(qiáng)度的有效值為3AB.此交流電的電流強(qiáng)度的有效值為3A
C.電阻兩端的交流電壓的有效值為300vD.電阻兩端的交流電壓的有效值為300v
6.一個(gè)矩形線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的交流電動(dòng)勢(shì)為e=220sin100πt,關(guān)于這個(gè)交流電的說(shuō)法正確的是()
A.交流電的頻率是100Hz,B.電動(dòng)勢(shì)的有效值是220v
C.電動(dòng)勢(shì)的最大值是311vD.線(xiàn)圈每秒鐘轉(zhuǎn)50周
7.如圖電路中,已知交流電源電壓V,電阻R=100Ω。電流表和電壓表讀數(shù)分別為()
A.l.41A,200VB.1.4lA,141VC.2A,200VD.2A,141V
8.把一個(gè)電熱器接到10V直流電源上,產(chǎn)生的熱量為Q,若把它接到正弦交流電源上,在相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q/2.則該交流電的()
A.峰值是10VB.角速度一定是100πrad/s
C.峰值是10VD.有效值是10V
9.某交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與時(shí)間的關(guān)系如圖所示.如果其他條件不變,僅使線(xiàn)圈的轉(zhuǎn)速加倍,則交流電動(dòng)勢(shì)的最大值和周期分別變?yōu)?)
A.400V,0.02sB.200V,0.02s
C.400V,0.08sD.200V,0.08s
10.如左圖為電熱毯的電路圖,電熱絲接在u=311sin100πtV的電源上,電熱毯被加熱到一定溫度后,通過(guò)裝置P使輸入電壓變?yōu)橛覉D所示的波形,從而進(jìn)入保溫狀態(tài).若電熱絲電阻保持不變,此時(shí)交流電壓表的讀數(shù)是()
A.110VB.156V
C.220VD.311V
11.如圖所示,把電阻、電感器、電容器并聯(lián)接到一交流電源上,三個(gè)電流表的示數(shù)相同.若保持電源電壓不變,而將頻率加大,則三個(gè)電流表的示數(shù)I1、I2、I3大小的關(guān)系是()
A.I1=I2=I3B.I1>I2>I3
C.I2>I1>I3D.I3>I1>I2
12.如圖所示,電路中,L為一自感線(xiàn)圈,兩支路電阻相等,則()
A.閉合開(kāi)關(guān)S時(shí),穩(wěn)定前電流表A1的示數(shù)小于電流表A2的示數(shù)
B.閉合開(kāi)關(guān)S時(shí),穩(wěn)定前電流表A1的示數(shù)等于電流表A2的示數(shù)
C.閉合開(kāi)關(guān)S時(shí),穩(wěn)定前電流表A1的示數(shù)大于電流表A2的示數(shù)
D.斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S時(shí),穩(wěn)定前電流表A1的示數(shù)小于電流表A2的示數(shù)
13.通過(guò)某電阻的周期性交變電流的圖象如圖所示。求該交流電的有效值I=。
14.(09天津9)(1)如圖所示,單匝矩形閉合導(dǎo)線(xiàn)框abcd全部處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,線(xiàn)框面積為S,電阻為R。線(xiàn)框繞與cd邊重合的豎直固定轉(zhuǎn)軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng),線(xiàn)框中感應(yīng)電流的有效值I=。線(xiàn)框從中性面開(kāi)始轉(zhuǎn)過(guò)的過(guò)程中,通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)橫截面的電荷量q=。