2019-2020學(xué)年高中物理 第3章 3 交變電流學(xué)案 新人教版選修1-1

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1、三、交變電流 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識 脈 絡(luò) 1.知道交變電流是如何產(chǎn)生的．(難點) 2．知道交變電流的變化規(guī)律，會用圖象及特征物理量描述交變電流．(重點) 3．掌握正弦式交變電流的有效值．(重點) 4．理解交變電流通過電容器的原因．(難點) 一、交流發(fā)電機(jī)及交流的變化規(guī)律 1．構(gòu)造 發(fā)電機(jī)都由固定不動的定子和能夠連續(xù)轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子等部件構(gòu)成． 2．工作原理 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動使得穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，在線圈中激發(fā)出感應(yīng)電動勢，通過接線端引出，接在回路中，便產(chǎn)生了交變電流． 3．交變電流和直流 大小和方向隨時間做周期性變化的電流叫交變電流．簡稱交流(AC)．只沿一

2、個方向流動的電流叫直流(DC)． 4．正弦式電流的變化規(guī)律 (1)正弦式電流規(guī)律：i＝Imsin ωt，u＝Umsin ωt (2)波形如圖所示： 5．描述交變電流的物理量 (1)瞬時值：交流電在某一時刻的值． (2)峰值：電動勢、電流、電壓的最大值． (3)周期和頻率：表示交變電流變化的快慢，T＝. 我國使用的交流頻率為50 Hz. 二、交流與電容器　交流的有效值 1．當(dāng)電容器接到交流電路上，電容器交替進(jìn)行充電和放電，電路中形成電流． 2．電容器的電路特征：電容器能夠通交流、隔直流． 3．有效值：把交流和直流分別通過相同的電阻，如果在相等的時間內(nèi)它們產(chǎn)生的熱量相等

3、，這個直流電壓、電流的數(shù)值稱為交流電壓、電流的有效值． 4．正弦式電流的有效值 Ue＝≈0.707Um，Ie＝≈0.707Im. 1．思考判斷 (1)交流發(fā)電機(jī)可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能． (√) (2)家用照明電是交變電流． (√) (3)只要線圈在磁場中轉(zhuǎn)動，就可以產(chǎn)生交變電流． (×) (4)電容器在交流電路中對電流有阻礙作用． (√) (5)交變電流的有效值是以電流的熱效應(yīng)定義的． (√) (6)交流電、直流電都能通過電容器． (×) 2．(多選)如圖所示圖象中屬于交流電的有(　　) ABC　[D圖表示的電流大小發(fā)生了周期性變化，而方向沒有變化，A、B、C圖中

4、的電流大小、方向發(fā)生了周期性變化．] 3．有一臺使用交流電的電冰箱上標(biāo)有額定電壓為“220 V”的字樣，這“220 V”是指(　　) A．交流電電壓的瞬時值 B．交流電電壓的最大值 C．交流電電壓的平均值 D．交流電電壓的有效值 D　[若無特殊說明，各電器上標(biāo)的額定值都是有效值，故D正確．] 4．(多選)如圖所示，將電燈與電容器串聯(lián)接入通有交變電流的電路中，燈泡發(fā)光，則(　　) A．自由電荷通過了電容器兩極板間的絕緣電介質(zhì) B．自由電荷沒有通過電容器兩極板間的絕緣電介質(zhì) C．接入交變電源使電容器兩極板間的絕緣電介質(zhì)變成了導(dǎo)體 D．電容器交替進(jìn)行充放電，電路中就有電流，表現(xiàn)

5、為交變電流“通過”了電容器 BD　[電容器“通交流”是因為兩極板不斷地充、放電，從而使電路中有電流，而不是自由電荷通過了兩極板間的電介質(zhì)，所以B、D項正確．] 交變電流的變化規(guī)律 1.描述交變電流的物理量 (1)瞬時值：i＝Imsin ωt，u＝Umsin ωt. (2)峰值：電流和電壓的最大值，即Im和Um. (3)周期和頻率 ①周期：交流完成一次周期性變化所用的時間叫做交流的周期，用T表示． ②頻率：交流在1 s內(nèi)發(fā)生周期性變化的次數(shù)，叫做交流的頻率，用f表示．單位是赫茲，符號Hz. 周期與頻率的關(guān)系：T＝.角速度與周期、頻率的關(guān)系：ω＝＝2πf. 2．圖象

6、交變電流的變化規(guī)律可以用示波器顯示出來，正弦式電流的變化規(guī)律圖象如圖所示． 【例1】　(多選)一個按正弦規(guī)律變化的交變電流的i-t圖象如圖所示，根據(jù)圖象可以斷定(　　) A．交變電流的頻率f＝0.2 Hz B．交變電流的有效值I有＝14.14 A C．交變電流瞬時值表達(dá)式i＝20sin(0.02t) A D．在t＝時刻，電流的大小與其有效值相等 思路點撥：解此題要把握兩點： ①圖象提供的信息及和瞬時值的對應(yīng)關(guān)系． ②最大值和有效值之間的關(guān)系． BD　[從圖中可以看出，交變電流的最大值為Im＝20 A．有效值為I有＝＝ A＝10 A＝14.14 A 交變電流的周期為T

7、＝0.02 s 所以f＝＝50 Hz 交變電流的瞬時值表達(dá)式為 i＝Imsin ωt＝Imsin(2πft)＝20sin(314t) A 在t＝時，交變電流的瞬時值為i＝Imsin t＝Imsin ＝(A)，所以答案為B、D.] [注意事項]　 (1)利用有效值U＝≈0.707Um，I＝≈0.707Im計算只適用正弦交流電． (2)理解圖象的物理意義，從圖象中找出周期和最大值，寫出瞬時表達(dá)式． 1．已知交變電壓瞬時值的表達(dá)式為u＝311sin 100πt V，從t＝0到第一次電壓出現(xiàn)峰值的時間(　　) A．0.005 s　　　　　 B．0.001 s C．0.02 s

8、D．0.01 s A　[交變電壓按正弦規(guī)律變化，當(dāng)?shù)谝淮坞妷撼霈F(xiàn)峰值時，sin 100πt＝1，即100πt＝，t＝0.005 s，故A正確．] 交變電流有效值的理解 1.在定義有效值時要注意：三同 2．公式Ue＝、Ie＝僅適用于正弦式電流． 3．在計算交變電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量和電功率以及確定保險絲的熔斷電流時，只能用交變電流的有效值．如電功率的計算式：P＝IU中，U、I均為有效值． 4．在交流電路中，電壓表、電流表等電工儀表的示數(shù)均為交變電流的有效值．在沒有具體說明情況下，所給出的交變電流的電壓、電流指的都是有效值． 5．各種使用交變電流用電器銘牌上標(biāo)出的額定電壓、額

9、定電流均指有效值． 【例2】　如圖所示為一交流電隨時間變化的圖象，其中電流的正值為正弦曲線的正半周，其最大值為Im；電流的負(fù)值的強(qiáng)度為Im，則該交流電的有效值為 (　　) A．　　　 B．Im C．Im D．Im D　[交變電流一個周期內(nèi)通過電阻R產(chǎn)生的熱量為R×1×10－2＋I(xiàn)R×1×10－2，直流電流I通過R相同時間產(chǎn)生的熱量為I2R×2×10－2. 由有效值的定義知：R×1×10－2＋I(xiàn)R×1×10－2＝I2R×2×10－2，得I＝Im.] 在有效值的計算中要掌握的原則是：認(rèn)清交變電流的變化規(guī)律，分清每一階段的電流的特征，確定每一階段電流的有效值，一定要在

10、一個周期內(nèi)使用焦耳定律來計算有效值． 2．如圖表示一交變電流的電流隨時間而變化的圖象．此交變電流的有效值是(　　) A．5 A B．5 A C．3.5 A D．3.5 A B　[使此交變電流通過電阻R，在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q交＝IR·＋I(xiàn)R·＝(I＋I(xiàn))R·. 式中I1＝4 A，I2＝3 A，T＝0.02 s. 設(shè)另一直流電I，通過同樣的電阻在同樣時間(T＝0.02 s)內(nèi)產(chǎn)生的熱量則為： Q直＝I2RT 根據(jù)有效值的定義，由Q直＝Q交，即 I2RT＝(I＋I(xiàn))R· 得I＝＝ A＝5 A 這個直流電流值，就稱為此交變電流的有效值．] 1．目前，我國照

11、明電路的電壓瞬時值表達(dá)式為u＝311·sin 100πt V，則我國照明電路的電壓有效值與頻率分別為(　　) A．220 V，50 Hz　 B．311 V，50 Hz C．220 V，60 Hz D．311 V，60 Hz A　[由電壓表達(dá)式知Um＝311 V， ω＝100π rad/s，則U＝＝220 V， f＝＝Hz＝50 Hz，故選項A正確．] 2．(多選)一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中以角速度4π rad/s勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的交變電動勢的圖象如圖所示，則(　　) A．交變電流的頻率是4π Hz B．交變電動勢的最大值是10 V C．當(dāng)t＝0.5 s時，e有最大值 D．交變

12、電流的周期是0.5 s BD　[由于線圈轉(zhuǎn)動的角速度試題中已給出，所以線圈的轉(zhuǎn)動頻率可以由公式直接求出，線圈的頻率和交變電流的頻率是相同的，ω＝4π rad/s，而ω＝2πf，故f＝2 Hz，T＝＝0.5 s．由圖象可看出：電動勢最大值為10 V，t＝0.5 s時，ωt＝2π，e＝0.] 3．關(guān)于電容對交變電流的影響，以下說法中正確的是(　　) A．電容對交變電流有阻礙作用 B．電容對交變電流的阻礙作用越小，容抗就越大 C．電容具有“通直流、隔交流，通低頻、阻高頻”的作用 D．電容器的電容越小，交變電流的頻率越低，電容器對交變電流的阻礙作用就越小 A　[很明顯，A項對；電容對交變

13、電流的阻礙作用越小，容抗就越小，B項錯；電容具有“通交流、隔直流，通高頻、阻低頻”的作用，C項錯；電容器的電容越小，交變電流的頻率越低，電容器對交變電流的阻礙作用就越大，D項錯．] 4．在相同時間內(nèi)，某正弦交變電流通過一阻值為100 Ω的電阻產(chǎn)生的熱量，與一電流為3 A的直流電通過同一阻值的電阻產(chǎn)生的熱量相等，則(　　) A．此交變電流的有效值為3 A，最大值為3 A B．此交變電流的有效值為3 A，最大值為6 A C．電阻兩端的交變電壓的有效值為300 V，最大值為600 V D．電阻兩端的交變電壓的有效值為300 V，最大值為600 V A　[根據(jù)交變電流有效值的定義方法，易知交變電流的有效值為3 A；根據(jù)最大值與有效值的倍關(guān)系，易知交變電流的最大值為3 A；根據(jù)歐姆定律U＝IR，則有U有效＝I有效R，Um＝ImR，得電阻兩端的交流電壓的有效值為300 V，最大值為300 V．] - 7 -