2020高中物理选修3-2同步第五章 2 描述交变电流的物理量
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
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.
一、周期和频率 1.周期(T )
交变电流完成一次周期性变化所需的时间. 2.频率(f )
交变电流在1 s 内完成周期性变化的次数. 3.周期和频率的关系:T =1f 或f =1
T .
二、峰值和有效值
1.峰值:交变电流的电压、电流能达到的最大值.
2.有效值:让交流与恒定电流分别通过大小相同的电阻,如果在交流的一个周期内它们产生的热量相等,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 =
E m 2=0.707E m U =U m 2=0.707U m I =I m
2
=0.707I m 三、相位和相位差
1.定义:正弦式交变电流表达式u =U m sin (ωt +φ)中“ωt +φ”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u1=U m sin (ωt+φ1)和u2=U m sin (ωt+φ2)的相位差是φ1-φ2.
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I m=________ A,有效值I=________ A,周期T=________ s,频率f=________ Hz,初相位φ=________.
图1
答案2140.250
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?
答案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.
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=1
T,如图2为我国照明电路的e-t图象,则交流电的周期T=0.02 s,频率f=50 Hz.
图2
4.说明:交变电流的周期和频率跟发电机转子的角速度ω或转速n 有关.ω(n )越大,周期越短,频率越高,其关系为T =2πω,ω=2π
T
=2πf =2πn .
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()
图3
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.t=0.1 s时,线圈平面与磁场方向平行
D.1 s内线圈转5圈
答案BD
解析由题图知T=0.2 s,故f=1
T=
1
0.2Hz=5 Hz,即1 s内完成5个周期,线圈转5圈,每
转1圈电流方向改变2次,故A错误,B、D正确;在t=0.1 s时,e=0,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R=1 Ω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.
(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(1)Q=I12Rt1+I22Rt2=42×1×0.5 J+22×1×0.5 J=10 J.(2)根据交变电流有效值的定义可得:I2Rt=Q,解得I=10 A.
2.某交流电压的瞬时值表达式u=62sin (100πt) 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?
答案小灯泡不会被烧坏,交流电压的瞬时值表达式u=62sin (100πt) V中6 2 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.
1.有效值的计算
(1)对于正弦式交变电流,可先根据E m=nBSω求出最大值,然后根据E=E m
2
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Q=I2RT或Q=U2
R T,最后代
入数据求解有效值.
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.
(2)有效值:
①电气设备铭牌上标注的额定电压、额定电流.
②交流电压表和交流电流表的数值.
③保险丝的熔断电流.
例
2通过一阻值R=100 Ω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
A.12 V
B.410 V
C.15 V
D.8 5 V
答案 B
解析根据电流的热效应先计算电流的有效值.由(0.1 A)2R×0.4 s×2+(0.2 A)2R×0.1 s×2=
I2R×1 s,可得流过电阻的电流的有效值I=
10
25A,电阻两端电压的有效值为U=IR=410 V,
故B正确.