1、,第五章交变电流,2描述交变电流的物理量,学科素养与目标要求,物理观念：,1.建立描述交变电流的物理量周期、频率、峰值、有效值、相位的概念. 2.熟记正弦式交变电流的有效值和峰值之间的关系.,科学思维：,1.根据电流热效应计算有效值，体会等效思维方法的运用. 2.通过特殊形式电流的有效值的计算培养综合分析能力.,NEIRONGSUOYIN,内容索引,自主预习 预习新知 夯实基础,重点探究 启迪思维 探究重点,达标检测 检测评价 达标过关,自主预习,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. 3.周期和频率的关系：T 或f .,一、周
2、期和频率,周期性,周期性,1.峰值：交变电流的电压、电流能达到的 值. 2.有效值：让交流与恒定电流分别通过 的电阻，如果在交流的_ 内它们产生的 相等，而这个恒定电流是I、电压是U，我们就把I、U叫做这个交流的有效值. 3.正弦式交变电流有效值与峰值之间的关系 E EmU UmI Im,二、峰值和有效值,最大,大小相同,一个,周期,热量,0.707,0.707,0.707,1.定义：正弦式交变电流表达式uUmsin (t)中“ ”叫做交变电流的相位.两支交变电流的相位之差叫做它们的相位差. 2.正弦式交流电u1Umsin (t1)和u2Umsin (t2)的相位差是 .,三、相位和相位差,t
3、,12,即学即用,1.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.图1是一个正弦式交变电流的图象，由图可知，电流的峰值Im_ A，有效值I_ A，周期T_ s，频率f_ Hz，初相位_. 图1,1,4,0.25,0,重点探究,一、周期和频率,如图所示的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？,导学探究,答案完成一次周期性
4、变化需要0.02 s；在1 s内完成50次周期性变化.,1.周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间.在交变电流的图象中，一个完整的正弦波形对应的时间为一个周期T. 2.频率：1 s内完成周期性变化的次数. 3.周期和频率的关系：f ，如图2为我国照明电路的et图象，则交流电的周期T0.02 s，频率f50 Hz. 图2,知识深化,例1(多选)矩形金属线圈共10匝，绕垂直于磁场方向的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3所示.下列说法中正确的是 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
5、.1 s内线圈转5圈,图3,在t0.1 s时，e0，所以线圈平面与磁场方向垂直，故C错误.,二、峰值和有效值,1.如图是通过一个R1 的电阻的电流i随时间t变化的图象. (1)试计算1 s内电阻R中产生的热量.,导学探究,答案QI12Rt1I22Rt24210.5 J2210.5 J10 J.,(2)如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通过这个电阻R，也能在1 s内产生同样的热量，这个电流是多大？,答案根据交变电流有效值的定义可得：I2RtQ，解得I A.,2.某交流电压的瞬时值表达式u6 sin (100t) V，把标有“6 V2 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
6、在此电源上会不会被击穿？,答案小灯泡不会被烧坏，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 V2 W”的小灯泡中的6 V是有效值.电容器会被击穿.,1.有效值的计算 (1)对于正弦式交变电流，可先根据EmnBS求出最大值，然后根据E 求出其有效值. (2)当电流是非正弦式交变电流时，必须根据有效值的定义求解.先计算交变电流在一个周期内产生的热量Q，再将热量Q用相应的物理量的有效值表示，即 QI2RT或Q ，最后代入数据求解有效值.,知识深化,2.峰值和有效值的应用 (1)峰值：电容器所能承受的电压应高于交流电压的峰值，否则电容器可能被击穿
7、. (2)有效值： 电气设备铭牌上标注的额定电压、额定电流. 交流电压表和交流电流表的数值. 保险丝的熔断电流.,例2通过一阻值R100 的电阻的交变电流如图4所示，其周期为1 s.电阻两端电压的有效值为 图4,例3(多选)图5甲、乙分别为两种电压的波形，其中图甲所示的电压按正弦规律变化，图乙所示的电压的波形是正弦函数的一部分.下列说法正确的是 A.图甲、图乙均表示交流电 B.图甲所示电压的瞬时值表达式为 u20sin 100t (V) C.图甲所示电压的有效值为10 V D.图乙所示电压的有效值为10 V,图5,解析根据交变电流的定义，题图甲、乙均表示交流电，题图甲所示电压的瞬时值表达式为u
8、20sin 100t (V)，选项A、B正确；,例4(2018中山市第一中学高二第一次段考)如图6甲所示，标有“220 V40 W”的灯泡和标有“350 V20 F”的电容器并联到交流电源上， 为交流电压表，交流电源的输出电压如图乙所示，闭合开关.下列判断正确的是 图6 A.t 时刻， 的示数为零B.灯泡不能正常发光 C.电容器一定被击穿D. 的示数保持220 V不变,交流电源输出电压的有效值为220 V，故灯泡能正常发光，B错误； 交流电压的最大值约为311 V，没有超过电容器的击穿电压，故电容器不会被击穿，C错误.,学科素养通过以上例题，进一步建立有效值的概念，掌握利用电流的热效应计算有效
9、值的方法，区分峰值、有效值的适用情况，锻炼了学生归纳思维的能力，较好地体现了“物理观念”和“科学思维”的学科素养.,达标检测,1.(对描述交变电流物理量的理解)如图7所示，实验室一台手摇交流发电机，内阻r1.0 ，外接R9.0 的电阻.闭合开关S，当发电机转子以某一转速匀速转动时，产生的电动势e10sin 10t (V)，则 图7 A.该交变电流的频率为10 Hz B.该电动势的有效值为10 V C.电路中理想交流电流表 的示数为 A D.若将“10 V100 F”的电容器并联在发电机两端，则电容器可能被击穿,1,2,3,4,1,2,3,4,2.(有效值的计算)如图8所示是一交变电流随时间变化
10、的图象，则此交变电流的有效值为 A.4 A B.3 A C.5 A D. A,图8,解析设该交变电流的有效值为I，让该交变电流和直流分别通过同一电阻(阻值为R)，在一个周期(T0.2 s)内，该交变电流产生的热量：QI12Rt1I22Rt2 在一个周期内直流通过该电阻产生的热量QI2RT 由QQ，代入数据，解得I5 A，故选C.,1,2,3,4,3.(有效值的计算)(2018咸阳市高二下学期期末)如图9所示，甲图为正弦式交流电，乙图正值部分按正弦规律变化，负值部分电流恒定，丙图为方波式交流电，三个图中的I0和周期T相同.三种交流电的有效值之比为 图9,1,2,3,4,1,2,3,4,4.(有效值的应用)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10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 图10 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,1,2,3,4,由题图甲知T0.02 s，一个周期内电流方向变化两次，可知1 s内电流方向变化100次，B错误；,1,2,3,4,