2.2描述交流电的物理量 学案(2020年教科版高中物理选修3-2)

2.2描述交流电的物理量学案（2020年教科
版高中物理选修3-2）
2描述交流电的物理量描述交流电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.有效值的概念.
2.熟记正弦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交变电流作一次周期性变化所需的时间2频率f交变电流在1s内完成周期性变化的次数3T1f或f1T.
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有效值让交变电流与恒定电流分别通过同一电阻，在相同的时间内所产生的热量相等，则此恒定电流的数值叫做交变电流的有效值3在正弦式交变电流中，最大值与有效值之间的关系EEm
20.707Em，UUm
20.707Um，IIm
20.707Im.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像，由图可知，电流的峰值Im________A，有效值I________A，周期
T________s，频率f________Hz.图1答案2140.25
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1s内完成多少次周期性变化答案完成一次周期性变化需要0.02s；在1s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像中，一个完整的正弦波形对应的时间为一个周期T.2频率1s内完成周期性变化的次数3周期和频率的关系f1T，如图2为我国照明电路的et图像，则交流电的周期T0.02s，频率f50Hz.图24说明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T2，2T2f2n.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3A此交变电流的频率为0.2HzB1s内电流方向变化10次Ct0.1s 时，线圈平面与磁场方向平行D1s内线圈转5圈答案BD解析由题图知T0.2s，故f1T10.2Hz5Hz，即1s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t0.1s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如图所示是通过一个R1的电阻的电流i 随时间t变化的图像1试计算1s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1s内产生同样的热量，这个电流是多大答案1QI12Rt1I22Rt242
10.5J22
10.5J10J2根据交变电流有效值的定义可得I2RtQ，解得I10
A.2某交流电压的瞬时值表达式u62sin100tV，把标有
“6V2W”的小灯泡接在此电源上会不会被烧坏把标有6V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u62sin100tV中62V是峰值，其有效值为6V，而标有“6V2W”的小灯泡中的6V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求出峰值，然后根据EEm2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QU2RT，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1s电阻两端电压的有效值为图
4A12VB410VC15VD85V答案B解析根据电流的热效应先计算电流的有效值由0.1A2R0.4s
20.2A2R0.1s2I2R1s，可得流过电阻的电流的有效值I1025A，电阻两端电压的有效值为UIR410V，故B正确例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图5A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
u20sin100tVC图甲所示电压的有效值为10VD图乙所示电压的有效值为10V答案ABD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u20sin100tV，故选项
A.B正确；题图甲所示电压的有效值U甲Um2202V102V，故选项C错误；根据有效值的定义得1022RT2U乙2RT，解得题图乙所示电压的有效值U乙10V，故选项D正确例4xx中山市第一中学高二第一次段考如图6甲所示，标有“220V40W”的灯泡和标有“350V20F”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6AtT2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220V不变答案D解析交流电压表示数为交流电压的有效值，大小为U22022V220V，数值保持不变，A错误，D正确；交流电源输出电压的有效值为220V，故灯泡能正常发光，B 错误；交流电压的最大值约为311V，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.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r
1.0，外接R
9.0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e10sin10tV，则图7A该交变电流的频率为
10HzB该电动势的有效值为10VC电路中理想交流电流表的示数为22AD若将“10V100F”的电容器并联在发电机两端，则电容器可能被击穿答案C解析因e10sin10tV，故10rad/s，f25Hz，选项A错误；Em10V，故其有效值EEm2102V52V，选项B错误；交流电表的示数为有效值，理想交流电流表的示数IERr22A，选项C正确；路端电压的最大值UmImREmRrR
9.0V，小于“10V100F”的电容器的击穿电压，所以电容器不能被击穿，选项D错误2对描述交变电流物理量的理解多选
A.B两个完全相同的金属线圈，在同一匀强磁场中分别以不同的转速，绕垂直于磁场的转轴匀速转动，
A.B两个金属线圈产生的交变电动势的et图像分别如图8中曲线a.b所示则图8AA线圈产生交变电动势的频率为50HzB
A.B两线圈转速之比为32CB线圈的电动势最大值为
1.0VDB线圈的电动势有效值为
1.0V答案BC解析由题图可知曲线a周期为0.04s，曲线b的周期为0.06s，故A线圈产生的交变电动势频率为25Hz，A错误；转速之比与周期成反比，则
A.B两线圈的转速之比为32，B正确；由题图可知A线圈的电动势为
1.5V，根据电动势EmNBSNBS2n，
A.B两线圈的转速之比为32，所以
A.B两线圈产生的电动势之比为32，则B线圈的电动势为
EB23EA2
31.5V
1.0V，有效值为12V22V，C正确，D错误3有效值的计算如图9所示是一交变电流随时间变化的图像，则此交变电流的有效值为图9A4AB3AC5AD52A答案C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T0.2s 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I5A，故选项C 正确4有效值的计算xx咸阳市高二下学期期末如图10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10
A.232
B.232
C.322
D.223答案A解析题图甲中交流电的有效值为I122I0；对题图乙22I02RT2I02RT2I22RT，解得I232I0；对题图丙有效值为
I3I0；则三种交流电的有效值之比为I1I2I322321232，A正确5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像如图11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11A电压表的示数为220VB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484WD发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为
24.2J答案D解析电压表示数为灯泡两端电压的有效值，由题图甲知电动势的最大值Em2202V，有效值E220V，灯泡两端电压URERr209V，A错误；由题图甲知T0.02s，一个周期内电流方向变化两次，可知1s内电流方向变化100次，B错误；灯泡的实际功率PU2R209295W4
59.8W，C错误；电流的有效值IERr
2.2A，发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为QrI2rt
2.2251J
24.2J，D正确。