5.2 描述交变电流的物理量
5.2描述交变电流的物理量
三、情感态度与价值观 1 通过对描述交变电流的物理量的学习，体会事物的态度。 2 联系日常生活中的交变电流知识， 培养学生将物理知识应用于生活和 生产实际的意识，鼓励学生勇于探究与日常生活有关的物理学问题。
教学重点 难点 教学方法 教学手段
重点：周期、频率的概念，有效值的概念和计算 难点：有效值的概念和计算 诱思探究教学法 小灯泡（6V、0.3A） 手摇交流发电机模型 多媒体投影仪
启发式提问 我们以前学过 那种典型的周期 性运动？在周期 和频率的定义上 有什么区别和联 系。 通过与匀速圆周 运动的比较，让 学生感受物理规 律内在的和谐与 同一性。
通过实验激发兴 趣，让学生体会到 “学有所用”的乐 趣。培养正确的科 学态度。
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教学过程 ２．交变电流的峰值和有效值 （1）交变电流峰值（Im、Em、Um） ：指交变电流各个参 量一个周期内所能达到的最大值。表示交变电流的强弱或 电压的高低。实际中需要考虑。 例如：电容器接在交流电路中，应需要知道交变电压的最 大值，电容器的额定电压应高于交变电压的最大值，否则 电容器有可能被击穿。 （2）交变电流有效值（I、E、U） ： [思考与讨论] 如图所示的电流通过一个R=1Ω 的电阻，它不是恒定电流。
教法运用
结合［思考与讨 论］进行自主探 究式学习
(a)、怎样计算通电1s内电阻R中产生的热量? 解析： 图象反映的交变电流可以分为4段。 前半个周期中， 0---0.2S内，可看成电流大小为1A的恒定电流，0.2S---0.5S内， 放手让学生思考 与讨论，找学生 可看成电流大小为2A的恒定电流.后半个周期的电流与前半个 说出自己的分析 思路。教师再略 周期方向相反，但产生热量相同。 做点评。最后由 交流电的热量： 学生独立完成该 题。
5.2描述交变电流的物理量
e Em sin t
i I m sin t
３、周期和频率：
（1）周期：完成一次周期性变化所需的时间。 （2）频率：一秒内完成周期性变化的次数。 （3）角频率：线圈在磁场中转动的角速度。 （4）关系：
1 f T
2 T
2f
我国交流电的周期和频率 我国工农业生产和生活所用的交流电，周 期是0.02 s，频率是50 Hz . 在每秒钟内，电流
第五章 交变电流
5.2描述交变电流的物理量
交变电流：
大小和方向随时间作周期性变化的电流
其中按正弦规律变化的交流电叫正弦交流电。
规律：
函数表达式：从中性面开始计时
Em NBS
e Em sin t
一、描述交流电的物理量：
1、最大值（峰值）： Em , Um , Ｉm
Em NBS２、瞬时值： e来自, u , i４、平均值
交变电流的图象中，图线与横轴(t轴)所围的面积跟时间的 比值，称为交变电流的平均值． (1) 平均值与交变电流的方向及所取时间长短均有关． (2)在计算通过导体某一截面的电荷量时，只能用交变电流
的平均值．
ΔΦ q＝ I ·Δt＝ ·Δt＝n . R R
E
的方向变化100次．
４、有效值
根据电流的热效应来规定，让 交流电和直流通过相同阻值的电阻， 如果他们在一个周期内产生的热量 相等，就把这一直流电的数值叫做 这一交流电的有效值。
正弦交流电的有效值与最大值
E Em 2
I
Im 2
说明：
A、在求交流电的功、功率或电热时必 须用交流电的有效值。 B、交流用电器的额定电压和额定电流 指的是有效值； C、交流电流表和交流电压表的读数是 有效值 D、对于交流电若没有特殊说明的均指 有效值
5.2描述交变电流的物理量
请同学们阅读教材34页，回答下列 问题： （1）什么叫交变电流的周期？ （2）什么叫交变电流的频率？ （3）周期、频率、角速度的关系是 什么？ （4）我国使用的交变电流的周期和 频率各是多大？
一、描述交变电流变化快慢的物理量
1、 周期：符号是T 单位为S 交变电流完成一次周期性变化所需的时间。 2、频率: 符号是f 单位为Hz 交变电流一秒内完成周期性变化的次数。 3、关系：
5.2 描述交变电 流的物理量
复习回顾 (一)交变电流： 大小和方向随时间做周期性变化 的电流;简称交流。 其中按正弦规律变化的交流电叫 正弦交流电。
(二)正弦交流电的产生及变化规律 1、产生： 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场 方向的轴匀速转动时，产生正弦交流 电。 2、中性面：
跟磁场方向垂直的平面叫做中性面。 这一位置穿过线圈的磁通量最大，磁通量 变化率为零，线圈中无感应电动势。
下列各种情况中所指的数值，哪些是交流电的有 效值（ AB ）
A.交流电路中交流电压表所指示的数值。
B.家用电器（如灯泡）上标明的额定电压值。
C.闭合矩形导线框在匀强磁场中绕垂直于磁感线 的某一匀速转动过程中，转到线框平面与磁感线 平行的位置时的感应电动势的数值。
D.电工工具上标明的耐压值。
练习：如图表示一交流随时间变化 的图像，求此交流的有效值。
在应用上的区别。
A.求电容器的耐压值时要用交流的峰值. B.求交流的功、功率和电热时必须用交 流的有效值.
C.求通过某导体横截面的电量一定要用交 流的平均值.
电容器的耐压值
耐压值 （最大值）
电容
220V
练习： 关于交变电流的几种说法正确的是(C ) A．使用交变电流的电气设备上所标 的电压电流值是指峰值 B．交流电流表和交流电压表测得的 值是电路中的瞬时值 C．跟交变电流有相同热效应的直流 电的值是交流的有效值 D．通常照明电路的电压是220伏， 指的是峰值。
5.2_描述交变电流的物理量
5.1 5.2交变电流的物理量一、周期和频率：二、峰值和有效值：1、峰值：2、有效值：3、有效值与峰值的关系：4、下列几种情况都要用交流电的有效值(1) 交流用电设备上所标的额定电压和额定电流是有效值；(2) 交流电压表和交流电流表的示数是有效值；(3) 交变电流的数值在无特别说明时都是有效值（如照明电压220V 和动力用电380V ）。
(4) 计算交流电通过导体产生的热量、热功率及保险丝的熔断电流时为有效值；5、有效值与平均值的区别：在计算交变电流通过导体产生热量、热功率时只能用交变电流的有效值，不能用平均值； 在计算通过导体的电荷量时，只能用交变电流的平均值，而不能用有效值。
【典型例题】【例1】 如图5-2-5所示为照明用交流电压e 与时间t 的关系图象．电压的最大值为 ______V ．有效值为_______V .电压变化周期为____s ．频率为_____Hz 角速度为_____rad/s ．瞬时值表达式____________V ． t =s 3001时刻电压瞬时值为______V ．此时线圈平面与中性面的夹角为________ ．【例2】一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图5-2-4所示，则A ．该交流电的电压瞬时值的表达式为u ＝100sin(25t)VB ．该交流电的频率为25 HzC ．该交流电的电压的有效值为D ．若将该交流电压加在阻值R ＝100 Ω的电阻两端，则电阻消耗的功率时50 W【例3】如图5-2-3所示，交流发电机矩形线圈的边长 ab =cd =40cm ，bc =ad =20cm ，共50匝，线圈电阻r =1 Ω。
线圈在B =0.2T 的匀强磁场中，绕垂直磁场方向的轴OO ’以 100r/s 的转速匀速转动，外接电阻R =9Ω。
求：（1）电压表读数；（2）电阻R 上的电功率（3）从图示位置转过900时，通过R 的电量多少？一、选择题1、一个电阻接在10V 的直流电源上，它的发热功率是P ，当接到电压为u =10sin ωt V 的交流电源上，它的发热功率是A ．0.25PB ．0.5PC ．PD ．2P2、一电热器接在10V 的直流电源上产生一定的热功率，把它改接在交流电源上要使产生的热功率是原来的两倍，则交流电压的最大值应是A ．20VB ．7.1VC ．10VD ．14V3、如图5-2-7所示，交变电流电源的电压是6 V ，它跟电阻R 1、R 2及电容C 、电压表一起连成如图电路.忽略电源内阻，为保证电容器不击穿，电容器耐压值U 2和电压表示数U 1分别为A ．U 1=62 VB ．U 2=6 VC ．U 1=6 VD ．U 2≥62V 4、电阻R 1、R 2交流电源按照图所示方式连接，R 1=10Ω，R 2=20Ω。
第2节描述交变电流的物理量导学案
主备人：张西永 审核： 授课时间： 班级： 姓名：
1.理解什么是交变电流的最大值和有效值，知道它们之间的关系. 【学习目标】 2.理解交变电流的周期、 频率以及它ห้องสมุดไป่ตู้之间的关系.知道我国生产和生活用电 的周期(频率)的大小. 【学习重点】 【学习难点】 交变电流有效值概念 对交变电流有效值的理解和相关的计算
探究 3 相位 【思考与讨论 5】 如图所示， 为 一交变电流的 u-t 图像。 1．写出甲、乙两交流电的表达 式分别为： u 甲＝ u 乙＝ 2．该交变电流的相位是多少？ 3．该交变电流的初相位是多少？ 4．什么叫交变电流的相位差？ 错题整理 课堂检测案 1．关于正弦交流电的有效值，正确的说法是 A．给定的交流电数值，在没有特别说明的情况下，都是指有效值 B．保险丝的熔断电流指交流电的有效值 C．交流用电器设备铭牌所标的额定电压、额定电流都是有效值． D．电容器的击穿电压指交流电的有效值 2．一个照明电灯两端允许加的最大交流电压为 311V，当它接入 220V 照明电 路上，这个灯将 A．灯不亮 C．只能暗淡发光 ( ) B．灯丝将烧断 D．能正常发光 ) ；
【练 1】两个相同电阻分别通以如图所示两种电流，在一个周期内产生的热量 QA∶QB= 。
每天都要- 2 -进步一点！
【思考与讨论 4】交变电流的平均值 1．交变电流的平均值有何应用？ 2．如图所示，矩形线圈的匝数为 n，线圈面积为 S，线圈 电阻为 r，在磁感应强度为 B 的匀强磁场中绕 OO′轴以角速 度 ω 匀速转动，外电路电阻为 R，在线圈由图示位置转过 90° 的过程中，通过电阻 R 的电荷量 q 是多大？
1 s 时刻电压瞬时值为______V，此时 300
5.2描述交变电流的物理量(刘玉兵)
随 堂 练 习
8. 一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦 规律图象如图甲所示.已知发电机线圈内阻为5.0 Ω， 规律图象如图甲所示.已知发电机线圈内阻为5.0 Ω， 现外接一只电阻为95.0 Ω的灯泡 如图乙所示， 的灯泡， 现外接一只电阻为95.0 Ω的灯泡，如图乙所示，则 ( ) D
A.电压表V的示数为220 V A.电压表V的示数为220 电压表 B.电路中的电流方向每秒钟改变50次 电路中的电流方向每秒钟改变50 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 灯泡实际消耗的功率为484 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 发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2 D.发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2 J
E m = nBS ω
例2、某线圈在匀强磁场中转动所产生的电动 势变化规律为e=E sinωt，保持其它条件不变， 势变化规律为e=Emsinωt，保持其它条件不变， 使该线圈的转速和匝数同时增加一倍， 使该线圈的转速和匝数同时增加一倍，则此时 所产生的电动势的瞬时表达式为（ 所产生的电动势的瞬时表达式为（ A.e=2Em sin2ωt B.e=2Em sinωt C.e=4Em sin2ωt D.e=4Em sinωt ） C
8
6
随 如图所示的电表均为理想的交流电表， 11. 如图所示的电表均为理想的交流电表，保险 堂 的熔断电流为2 A，电容器的击穿电压为300 练 丝P的熔断电流为2 A，电容器的击穿电压为300 习 V，若在a、b间加正弦交流电压，并适当地调节R， 若在a 间加正弦交流电压，并适当地调节R
随 7.在阻值为70Ω的电阻中通以正弦交流电 在阻值为70Ω的电阻中通以正弦交流电， 堂 7.在阻值为70Ω的电阻中通以正弦交流电， 练 测得在10 min内放出热量为2.1×104 J，则此 测得在10 min内放出热量为2.1× 内放出热量为2.1 习 交流电的峰值电流为( 交流电的峰值电流为D ) ( A.0.24 A C.0.707 A B.0.5 A D.1 A
高二物理描述交变电流的物理量2
如何描述正弦交流电的变化规律呢？
1.公式法：从中性面开始计时
瞬时电动势 e=Emsinω t Em=NBSω
瞬时电流 i=Imsinω t
2.图象法：如图所示
瞬时电压 u=Umsinω t
二、讲解新课
1．交变电流的周期和频率
交变电流跟别的周期性过程一样，是用周期或频率来表示变化快 慢的 。
CD
A.U1=6 2 V
B.U2=6V
C.U1=6 V
D.U2≥6 2V
问题5. 如图所示矩形线圈面积为S，匝数为N，线圈电阻为r， 在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度 ω 匀速 转动，外电路电阻为R。当线圈由图示位置转过一周 的过程 中求：
（１）流过R的平均电流
（２）电流的有效值是多少
u/V
20 0.01 0.02
0 t/S
-20
例2. 表示交变电流随时间变化图象.如图所
示，则交变电流有效值为( B )
A.5 A2
B.5 A
C.3.5 2A
D.3.5 A
i/A
42
0
3 2
0.04
0.02
t/S
例3.如图所示表示一交流电随时间而变化的图像，其中电 流的正值为正弦曲线的正半周，其最大值为Im ;电流的负 值的强度为Im ,则该交流电的有效值为（ D ）
A. I m 2
B. 2Im C.Im
3 D. 2 I m
例4. 下列各种情况中所指的数值，哪些是交流电的有效值（AB）
A.交流电路中交流电压表所指示的数值。
B.家用电器（如灯泡）上标明的额定电压值。
C.闭合矩形导线框在匀强磁场中绕垂直于磁感线的某一匀速转动 过程中，转到线框平面与磁感线平行的位置时的感应电动势的数 值。
5、2 描述交变电流的物理量
5.2 描述交变电流的物理量一、教学目标：１、知道交变电流的周期、频率的含义，以及它们相互间的关系。
知道我国生产、生活所使用的交流电的周期和频率。
２、知道交变电流的峰值和有效值的意义，会计算某些交流电的有效值。
３、会应用正弦式交流电的有效值进行有关的计算。
二、复习引入：正弦式交流电是如何产生的，它的瞬时值表达式是怎么样的？所对应的图像又是怎么样的？三、自主学习：问题１：在上一节的学习中我们看见交流电的变化是有规律的，请你定义一下交流电的周期与频率，它们之间的关系是如何的？问题２：一个周期内，电流的方向发生几次变化，几次达到最大值？问题３：观察交流电的瞬时值表达式，如何找出交流电的最大值，如何计算交流电的平均值？问题４：什么叫做交流电的有效值?如何计算有效值？四、跟踪练习：1．某交变电压随时间的变化规律如图3所示，则此交变电流的频率为________Hz .线圈转动的角速度是________rad /s .若将此电压加在10 μF 的电容器上，则电容器的耐压值不应小于________V .图32．我国照明电压的瞬时值表达式为e ＝2202sin 100πt V ，它的周期是________，频率是________，在1 s 内电流的方向改变________次，电压最大值为________． 知识点二 交变电流的峰值和有效值3．关于交变电流的感应电动势的有效值U 和最大值U m ，下列说法中正确的是( )A ．任何形式的交变电流都具有U ＝U m /2的关系B ．只有正(余)弦交变电流才具有U ＝Um 2的关系 C ．照明电压220 V 、动力电压380 V 指的都是最大值D ．交流电压表和交流电流表测的都是最大值4．电阻R 1、R 2与交流电源按照图4(a )方式连接，R 1＝10 Ω，R 2＝20 Ω.合上开关S 后，通过电阻R 2的正弦交变电流i 随时间t 变化的情况如图(b )所示．则( )A ．通过R 1的电流有效值是1.2 AB ．R 1两端的电压有效值是6 VC ．通过R 2的电流最大值是1.2 2 AD ．R 2两端的电压最大值是6 2 V【方法技巧练】 图4一、有效值的计算方法5．如图5所示为一交变电流的图象，则该交变电流的有效值为多大？图56．某一交流电的电压波形如图6所示，求这一交流电的电压有效值U.图6二、瞬时值、最大值、有效值与平均值应用的技巧7．如图7所示，矩形线圈的匝数为n，线圈面积为S，线圈电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω匀速转动，外电路电阻为R，在线圈由图示位置转过90°的过程中，求：(1)通过电阻R的电荷量q.(2)电阻R上产生的焦耳热Q.图7 8．在水平方向的匀强磁场中，有一正方形闭合线圈绕垂直于磁感线方向的轴匀速转动，已知线圈的匝数为n＝100匝，边长为20 cm，电阻为10 Ω，转动频率f＝50 Hz，磁场的磁感应强度为0.5 T．求：(1)外力驱动线圈转动的功率．(2)转至线圈平面与中性面的夹角为30°时，线圈产生的感应电动势及感应电流的大小．(3)线圈由中性面转至与中性面成30°夹角的过程中，通过线圈横截面的电荷量．。
江苏省泰州中学高二物理选修3-2同步检测5-2描述交变电流的物理量
第二节描述交变电流的物理量基础夯实1．一个照明电灯两端允许加的最大交流电压为311V，当它接入220V照明电路上，这个灯将()A．灯不亮B．灯丝将烧断C．只能暗淡发光D．能正常发光答案：D解析：电灯的额定电压为U＝U m2＝3112V＝220V，当它接入220V的照明电路上时能正常发光．2．一个矩形线圈在匀强磁场中转动，产生的感应电动势e＝2202 sin100πt，则()A．交流电的频率是100πB．t＝0时，线圈位于中性面C．交流电的周期是0.02sD．t＝0.05s时，e有最大值答案：BC解析：由瞬时值表达式知：角速度ω＝100πrad/s，感应电动势是按正弦规律变化．所以t＝0时，线圈平面位于中性面．因ω＝2πf，所以f＝ω2π＝100π2π＝50Hz；由T＝1f得T＝150s＝0.02s当t＝0.05s时，e＝2202sin5π＝0故B、C选项正确．3．(2011·深圳模拟)交流电源输出的电压U随时间t变化的图线如图所示，则下列说法正确的是()A．交变电流的频率为50HzB．交变电流的周期为2sC．交变电压的最大值为2202VD．交变电压的有效值为2202V答案：AC解析：由图象可知，交流电的周期为T＝2×10－2s，频率f＝1 T＝50Hz，交变电压最大值为2202V，有效值为220V，故选项A、C正确．4．(2010·天津一中高二期中)电阻R1、R2与交流电源按照图甲方式连接，R1＝10Ω，R2＝20Ω，合上开关S后，通过电阻R2的正弦交变电流i随时间t变化的情况如图乙所示，则()A ．通过R 1的电流有效值为1.2AB ．R 1两端的电压有效值为6VC ．通过R 2的电流最大值是1.22AD ．R 2两端的电压最大值是62V 答案：B解析：由i －t 图象可知，电流最大值I m ＝0.62A ，有效值I ＝I m2＝0.6A ，因R 1与R 2串联，则I 1＝I ＝0.6A ，U 1＝IR 1＝6V ，I 2m ＝I m ＝0.62A ，U 2m ＝I m R 2＝122V ，故A 、C 、D 错，B 正确．5．下图表示一交流电的电流随时间而变化的图象．此交流电的有效值是( )A ．52AB ．5A C.722A D.72A 答案：B解析：本题要求的是矩形交变电流的有效值，与平时所熟知的正弦交变电流的有效值(即I 有效＝I m /2)不同，因此，有的学生对这样的题目感到无从下手．本题只能从有效值的定义出发，才能顺利解答．该交变电流通过阻值为R 的电阻一个周期的时间(即0.02s)内所产生的热量为：Q 交＝(42)2×R ×0.01＋(32)2×R ×0.01设直流电流I 通过电阻R 一个周期的时间(即0.02s)内产生的热量为Q 直＝I 2R ×0.02由交流的有效值定义得Q 直＝Q 交，即 50×0.01R ＝I 2×0.02R则I ＝5A ，即交变电流的有效值为5A.6．(2011·余高中学高二期末)如图所示为交流发电机示意图，匝数为n ＝100匝的矩形线圈，边长分别为10cm 和20cm ，内阻为5Ω，在磁感应强度B ＝0.5T 的匀强磁场中绕OO ′轴以502rad/s 的角速度匀速转动，线圈外部与20Ω的电阻R 相接．求：(1)S 断开时，电压表示数．(2)电键S 合上时，电压表和电流表示数．答案：(1)50V (2)40V 2A 解析：(1)感应电动势最大值E m ＝nBSω＝100×0.5×0.1×0.2×502V ＝502V S 断开时，电压表示数为电源电动势有效值E ＝E m2＝50V .(2)电键S 合上时，由闭合电路欧姆定律I ＝E R ＋r ＝5020＋5A ＝2.0AU ＝IR ＝2×20V ＝40V即电流表示数为2A ，电压表示数为40V .7．如图所示，线圈abcd 的面积是0.05m 2，共100匝，线圈电阻为1Ω，外接电阻R ＝9Ω，匀强磁场的磁感应强度为B ＝1πT ，当线圈以300r/min 的转速匀速旋转时，求：(1)若从线圈处于中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式．(2)线圈转过130s 时电动势的瞬时值为多大？ (3)电路中电压表和电流表的示数各是多少？答案：(1)e ＝50sin10πt V (2)43.3V (3)31.86V 3.54A解析：分别把E m 、ω的数值推算出来，代入一般表达式 E m sin ωt 就得出了感应电动势的瞬时值表达式，求瞬时值时，只需要把t 的值代入表达式就可以了，最后一问是求线圈中的电流和线圈的端电压，注意应为有效值．(1)e ＝E m sin ωt ＝NBS 2πn sin(2πnt )＝100×1π×0.05×2π×30060sin(2π×30060t )V ＝50sin10πt V .(2)当t＝130s时，电动势的瞬时值e＝50sin(10π×130)V＝43.3V.(3)电动势的有效值E＝E m2＝502V＝35.4V，电流表的示数I＝ER＋r＝35.49＋1A＝3.54A；电压表的示数U＝IR＝3.54×9V＝31.86V在求解交变电动势瞬时值时，首先要确定线圈转动从哪个位置开始，以便确定瞬时值表达式是按正弦规律变化还是按余弦规律变化；其次是确定线圈转动的角带度ω(以rad/s作单位)；最后是确定感应电动势瞬时值表达式．能力提升1．好多同学家里都有调光电灯和调速风扇，过去是用变压器来实现的．缺点是成本高、体积大、效率低，且不能任意调节灯的亮度或电风扇的转速，现在的调光灯和调速电风扇是用可控硅电子元件来实现的．如图所示为经一双向可控硅调节后加在电灯上的电压，即在正弦式交变电流的每个二分之一周期内，前14周期被截去，调节台灯上旋钮可以控制截去的多少，从而改变电灯两端的电压，那么现在电灯两端的电压为()A．U m/2B．U m/ 2C．U m/2 2 D.2U m答案：A解析：每个二分之一周期被截去14周期，原电源为正弦交流电，一个周期可以看成只剩半个周期的电压，利用有效值的定义，得(U m 2)2×1R×12T ＝U 2R ×T ，所以U ＝U m2，故A 正确． 2.(2011·汕头模拟)如图所示，电阻为r 的矩形线圈面积为S ，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以角速度ω匀速转动．匀强磁场的磁感应强度为B ，t ＝0时刻线圈平面与磁场垂直，各电表均为理想交流电表，则( )A ．滑片P 下滑时，电压表的读数不变B ．图示位置线圈中的感应电动势最大C ．线圈从图示位置转过180°的过程中，流过电阻R 的电荷量为2BS RD ．1s 内流过R 的电流方向改变ωπ次答案：D解析：滑片P 下滑时，外电阻增大，电压表的读数变大，选项A 错误；图示位置，穿过线圈的磁通量最大，感应电动势为零，选项B错误；线圈从图示位置转过180°的过程中，流过电阻R的电荷量为2BSR＋r，选项C错误；一个周期内两次通过中性面，电流方向改变两次，交流电的频率为ω2π，1s内流过R的电流方向改变ωπ次，选项D正确．3．(2011·温州高二检测)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，如图甲所示．已知发电机线圈内阻为5.0Ω，外接一只电阻为95.0Ω的灯泡，如图乙所示，则()A．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：电动势的有效值为E＝22E m＝220V，所以电流的有效值为I＝ER＋r＝22095＋5＝2.2(A)所以电压表示数应为U＝2.2×95＝209(V)，选项A错；交流电的频率为f＝1T＝50 Hz，每个周期内电流方向改变2次，故每秒钟内电流方向改变100次，选项B错；灯泡实际消耗的功率为P灯＝I2R＝2.22×95.0 W＝459.8 W，故选项C错；发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为Q ＝I 2rt ＝2.22×5.0×1J ＝24.2J ，选项D 对.4．将硬导线中间一段折成半圆形，使其半径为R (m)，让它在磁感应强度为B (T)、方向如图所示的匀强磁场中绕轴MN 匀速转动，转速为n (r/s)．导线在a 、b 两处通过电刷与外电路连接，外电路接有额定功率为P (W)的小灯泡并正常发光，电路中除灯泡外，其余部分的电阻不计，则灯泡的电阻为( )A.(2πR 2nB )2PB.(π2R 2nB )22PC.2(πR 2nB )2PD.π(R 2nB )22P答案：B解析：由线圈在磁场中匀速转动所产生的感应电动势的最大值E m＝BSω和ω＝2n π可知，E m ＝B ·12πR 2·2n π＝π2R 2nB ，所以有效值E ＝π2R 2nB2. 由于小灯泡正常发光，所以R ＝E 2P ＝(π2R 2nB )22P ，B 正确．5．如图甲为电热毯的电路图，把电热毯接在U ＝311sin100πt V 的电源上，电热毯被加热到一定温度后，通过装置P 使输入电压变为乙所示的波形，从而进入保温状态，若电热丝电阻保持不变，此时交流电压表的读数是：________.答案：156V解析：电压表的示数为有效值 据有效值的定义有：U2R ·T ＝(U m 2)2R ·T 2∴U ＝U 2m4＝U m 2＝156V . 6．一个电阻为r 、边长为L 的正方形线圈abcd 共N 匝，线圈在磁感应强度为B 的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO ′以如图所示的角速度ω匀速转动，外电路电阻为R .(1)在图中标出此刻线圈感应电流的方向． (2)线圈转动过程中感应电动势的最大值有多大？ (3)线圈平面与磁感线夹角为60°时的感应电动势为多大？(4)设发电机由柴油机带动，其他能量损失不计，线圈转一周，柴油机做多少功？(5)从图示位置开始，线圈转过60°的过程中通过R 的电量是多少？(6)图中电流表和电压表的示数各是多少？答案：(1)电流方向沿dcba (2)E m ＝NBωL 2(3)e ＝12NBωL 2 (4)W ＝πN 2B 2ωL 4R ＋r (5)q ＝3NBL 22(R ＋r ) (6)I ＝NBωL 22(R ＋r ) U ＝NBωL 2R 2(R ＋r )解析：(1)由右手定则可判定电流的方向沿dcba .(2)E m ＝NBSω＝NBωL 2(3)线圈平面与B 成60°角时的瞬时感应电动势e ＝E m ·cos60°＝12NBωL 2. (4)电动势的有效值E ＝E m 2电流的有效值I ＝E R ＋r，柴油机做的功转化为电能，线圈转一周柴油机做的功W ＝EIt ＝E 2R ＋r t ＝(NBωL 22)2R ＋r ·2πω＝πN 2B 2ωL 4R ＋r. (5)因为I 平均＝E 平均R ＋r ＝N ·ΔΦΔt (R ＋r )， 故电量q ＝I 平均·Δt ＝NBS ·sin60°R ＋r ＝3NBL 22(R ＋r ). (6)电流表显示干路电流的有效值，则读数为I ＝I m 2＝NBωL 22(R ＋r ). 电压表显示路端电压的有效值，则读数为U ＝IR ＝NBωL 2R 2(R ＋r ).。
2023年高考物理热点复习：交变电流的产生和描述(附答案解析)
第1页（共21页）2023年高考物理热点复习：交变电流的产生和描述
【2023高考课标解读】
1．掌握交变电流、交变电流的图象
2．掌握正弦交变电流的函数表达式，峰值和有效值
【2023高考热点解读】
一、交变电流的产生
1．产生
如图所示，将闭合线圈置于匀强磁场中，并绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。
2．交变电流
(1)定义：大小和方向都随时间做周期性变化的电流。
(2)按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流。
3．正弦式交变电流
(1)产生：在匀强磁场里，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。
(2)函数表达式(线圈在中性面位置开始计时)
①电动势e 随时间变化的规律：e ＝E m sin ωt 。
②负载两端电压u 随时间变化的规律：u ＝U m sin_ωt 。
③电流i 随时间变化的规律：i ＝I m sin_ωt 。
其中ω等于线圈转动的角速度，E m ＝nBl 1l 2ω＝nBSω。
(3)图象(如图所示
)
甲乙
丙。
选修3-2 5.2描述交变电流的物理量1
恒定电流的热量
有效值
（1）定义：使交变电流和恒定电流通过相同阻值的 电阻，如果它们在一个周期内产生的热量相等 ,就把 这一恒定电流的数值叫做这一交变电流的有效值．
（2）方法：交变电流的有效值是根据电流的热 ２ i/A 效应来规定的。 Q(交流)=Q(直流)
－１ －２ １
Q(直流)=I2 RT
t/s
练习１
现有一交变电流随时间而变化的图象，计算此交流 电的电流有效值。
5
i/A
0
1
2
3
4
t/s
正弦交流电的有效值与最大值之间的关系
不特别强调，交流电的电 压与电流都指有效值； 用电器标出的电压与电流 都为有效值(电容器标的 是最大电压) ； 交流电压表、电流表测量 的计数均为有效值。
描述交变电流的物理量
周期( T )
定义：交变电流完成一次周 期性变化所需的时间。 也是线圈转动一周的时间
u/v
Um
0 0.02 0.04 t/s
频率
定义：交变电流在一秒内完成周期性变化的 次数。
解析: 1 图象反映的交变电流可以分为4段.前 半个周期中,0---0.2S内,可看成电流大小为1A 的恒定电流,0.2S---0.5S内，可看成电流大小 为 2A 的恒定电流 . 后半个周期的电流与前半个 周 期 方 向 相 反 ， 但 产 生 热 量 相 同 .
练习 2
交流电源的电压为6V，它和电阻R、电容器 C 、电压表 V 组成如三所示的电路，设电压表 的示数为U1，电容器的耐压值为U2，则( BC） A. B. V
～
R
C.
D.
练习3
如图所示的交流为u=311sin314tV，接在阻值 220Ω的电阻两端，则 【 CD】
【创新设计】2021-2022学年高二物理人教版选修3-2学案：5.2 描述交变电流的物理量
第2讲 描述交变电流的物理量[目标定位] 1.把握交变电流的周期、频率、线圈转动角速度三者间的关系.2.理解交变电流有效值的含义，会进行有效值的相关计算.3.知道正弦式交变电流有效值与峰值的关系及在生活中的应用.4.了解相位及相位差的概念.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，用T 表示，单位是秒．2．频率(f )：交变电流在1 s 内完成周期性变化的次数，用f 表示，单位是赫兹，符号是Hz. 3．周期和频率关系：T ＝1f 或f ＝1T.4．在i ＝I m sin ωt 中，ω等于频率的2π倍，即ω＝2πf .想一想 如图1所示，这个交变电流的周期是多少？频率是多少？图1答案 周期T ＝0.02 s ；频率f ＝50 Hz. 二、峰值和有效值1．峰值：交变电流的电压、电流所能达到的最大数值．电容器所能承受的电压要高于(填“高于”、“等于”或“低于”)沟通电压的峰值，否则电容器就可能被击穿．2．有效值：让交变电流和恒定电流分别通过大小相同的电阻，在沟通的一个周期内，它们产生的热量相等，这个恒定电流、电压叫做这个沟通的有效值． 3．正弦式交变电流的有效值和最大值之间的关系是I ＝I m 2，U ＝U m2. 4．(1)人们通常说家庭电路电压是220 V ，指的是有效值．(2)沟通用电设备上所标的额定电压和额定电流是有效值；沟通电压表测量的数值是有效值． (3)交变电流的数值在无特殊说明时都指有效值．想一想 是不是全部的交变电流的有效值与最大值都满足I ＝I m2？ 答案 不是，此公式仅适用于正弦沟通电． 三、相位1．如图2所示，甲、乙两支沟通的周期相等，但不能同时达到最大值，我们说它们的“相位”不同．图22．甲、乙两沟通电的表达式分别为： u 甲＝U m sin_ωt ；u 乙＝U m sin(ωt ＋φ)．其中“ωt ＋φ”叫做交变电流的相位，φ是t ＝0时的相位，叫做交变电流的初相位．一、对描述交变电流物理量的生疏 1．周期和频率的关系：T ＝1f ，f ＝1T .即沟通电变化越快，周期越短，频率越大． 2．角速度与周期、频率的关系：ω＝2πT＝2πf .3．转速(n )：线圈单位时间内转过的圈数，单位是r /s 或r/min.角速度与转速的关系：ω＝2πn (n 的单位为r/s)或ω＝2πn60(n 的单位为r/min)．4．峰值：也叫最大值，是全部瞬时值中的最大值． (1)表达式：E m ＝nBSω.(2)电容器接在沟通电路中，沟通电压的最大值不能超过电容器的耐压值． 5．有效值正弦式沟通电的有效值E ＝E m2. 例1 小型沟通发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间成正弦函数关系，如图3所示，此线圈与一个R ＝10 Ω的电阻构成闭合电路，不计电路的其他电阻．下列说法正确的是( )图3A ．交变电流的周期为0.125 sB ．交变电流的频率为8 HzC ．交变电流的有效值为 2 AD．交变电流的最大值为4 A解析由e－t图象可知，交变电流的周期为0.25 s，故频率为4 Hz，选项A、B错误；依据欧姆定律可知交变电流的最大值为2 A ，故有效值为 2 A，选项C正确，D错误．答案C二、交变电流有效值的计算1．对有效值的进一步理解(1)交变电流的有效值是依据电流的热效应定义的．(2)理解有效值重点在“等效”上，“效果”相同在定义中体现为相同电阻、相同时间、产生相同热量，交变电流与多大的直流电“效果”相同，有效值就是多大．2．有效值的计算(1)对于正弦式交变电流，可先依据E m＝nBSω求出最大值，然后依据E＝E m2求出其有效值．(2)当电流是非正弦式交变电流时，必需依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Q＝I2RT或Q＝U2R T，最终代入数据求解有效值．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4A．12 V B．410 VC．15 V D．8 5 V解析依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＝1025A，再由电阻两端电压的有效值为U＝IR＝410 V，可得B正确．答案B三、瞬时值、最大值、有效值、平均值的区分及应用对比物理含义重要关系适用状况瞬时值交变电流某一时刻的值e＝E m sin ωt计算线圈某一时刻的受力状况最大值最大的瞬时值E m＝nBSω确定用电器的耐压值有效值跟交变电流的热效应等效的恒定电流值E＝E m2(正弦式交变电流)(1)计算与电流热效应相关的量(如功率、热量)(2)沟通电表的测量值(3)电气设备标注的额定电压、额定电流(4)保险丝的熔断电流平均值E＝nΔΦΔt计算通过电路横截面的电荷量例3如图5所示，试验室一台手摇沟通发电机，内阻r＝1 Ω，外接R＝9 Ω的电阻．闭合开关S，当发动机转子以某一转速匀速转动时，产生的电动势e＝102sin (10πt) V，则()图5A．该交变电流的频率为10 HzB．该电动势的有效值为10 2 VC．外接电阻R所消耗的电功率为10 WD．电路中抱负沟通电流表○A 的示数为1 A解析由发电机产生的感应电动势的表达式e＝102sin(10πt) V可知，该沟通电为正弦式交变电流，其感应电动势的瞬时值表达式为e＝E m sin ωt，由两式对比可知E m＝10 2 V，ω＝10π rad/s，又由于ω＝2πf，解得f＝5 Hz，故选项A错误；依据正弦式交变电流有效值与峰值的关系可知，该电动势的有效值为E＝E m2＝10 V，故选项B错误；抱负沟通电流表测量的是电路中总电流的有效值，依据闭合电路欧姆定律有I＝ER＋r＝1 A，外接电阻R所消耗的功率为P＝I2R＝9 W，故选项C错误，选项D正确．答案D针对训练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6甲所示．已知发电机线圈内阻为5 Ω，现外接一只电阻为95 Ω的灯泡，如图乙所示，则()图6A ．电压表○V 的示数为220 VB ．电路中的电流方向每秒钟转变50次C ．灯泡实际消耗的功率为484 WD ．发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2 J 答案 D解析 由题图甲可知电动势的有效值为220 V ，而电压表测量的是路端电压，其大小为U ＝E R ＋r R ＝22095＋5×95V ＝209 V ，选项A 错误；由题图甲读出交变电流的周期为T ＝0.02 s ，则频率f ＝1T＝50 Hz ，一个周期内电流的方向要转变2次，故每秒钟电流方向要转变2×50＝100(次)，选项B 错误；灯泡的实际功率为P ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫E R ＋r 2R＝⎝ ⎛⎭⎪⎫22095＋52×95 W ＝459.8 W ，选项C 错误；由焦耳定律得Q ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫E R ＋r 2rt ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫22095＋52×5×1 J ＝24.2 J ，选项D 正确.对描述交变电流物理量的生疏1．某小型发电机产生的感应电动势为e ＝50sin (100πt )V.对此电动势，下列表述正确的有( ) A ．最大值是50 2 V B ．频率是100 Hz C ．有效值是25 2 V D ．周期是0.02 s答案 CD解析 从中性面开头计时，感应电动势的表达式为e ＝E m sin ωt ，因e ＝50sin (100πt )V ，所以最大值E m ＝50 V ，A 错误；由ω＝2πf ＝100π rad/s 得f ＝50 Hz ，B 错误；有效值E ＝E m 2＝25 2 V ，C 正确；T ＝1f ＝0.02 s ，D 正确．交变电流有效值的计算2．如图7所示的(a)、(b)两图分别表示两个沟通电压，比较这两个沟通电压，它们具有共同的( )图7 A ．有效值 B ．频率 C ．最大值 D ．均不一样答案 BC解析 由题图可知，两个沟通电压最大值均为2 V ，周期均为0.4 s ，可知B 、C 正确．题图(a)中电压有效值U a ＝U m2，题图(b)中电压有效值U b ＝U m ，A 错．3．如图8所示是一交变电流随时间变化的图象，求此交变电流的有效值．图8 答案 5 A解析 设该交变电流的有效值为I ′，直流电的电流为I ，让该交变电流和直流电分别通过同一电阻(阻值为R )，在一个周期(T ＝0.2 s)内，该交变电流产生的热量：Q ′＝I 21Rt 1＋I 22Rt 2在一个周期内直流电通过该电阻产生的热量 Q ＝I 2RT由Q ＝Q ′，代入数据，解得I ＝5 A ，即此交变电流的有效值I ′＝I ＝5 A. 最大值、有效值和平均值的区分及应用4．如图9所示，单匝矩形闭合导线框abcd 全部处于磁感应强度为B 的水平匀强磁场中，线框面积为S ，电阻为R .线框绕与cd 边重合的竖直固定转轴以角速度ω匀速转动，线框中感应电流的有效值I ＝________.线框从中性面开头转过π2的过程中，通过导线横截面的电荷量q ＝________.图9答案2BSω2RBSR解析感应电动势最大值E m＝BSω，感应电动势的有效值E＝E m2，感应电流的有效值I＝ER＝2BSω2R，q＝IΔt＝ERΔt＝ΔΦRΔtΔt＝ΔΦR＝BSR.(时间：60分钟)题组一对描述交变电流物理量的生疏1．下列提到的沟通电，不是指有效值的是()A．沟通电压表的读数B．保险丝熔断电流C．电容器击穿电压D．220 V沟通电压答案C解析电容器击穿电压指电容器两端允许加的电压的最大值．2．下列关于交变电流的说法正确的是()A．若交变电流的峰值为5 A，则它的最小值为－5 AB．用沟通电流表测交变电流时，指针来回摇摆C．我国工农业生产和生活用的交变电流频率为50 Hz，故电流方向每秒转变100次D．正弦交变电流i＝20sin (10πt) A的峰值为20 A，频率为100 Hz答案C解析电流的负值表示电流方向与原来方向相反，不表示大小，A项错误；沟通电流表测交变电流时，指针不会来回摇摆，B项错误；我国工农业生产和生活用的交变电流的周期为0.02 s，沟通电方向一个周期转变两次，所以每秒转变100次，C项正确；由ω＝2πf得正弦交变电流i＝20sin (10πt) A的频率为5 Hz，D项错误．3．图1甲、乙分别表示两种电压的波形，其中图甲所示电压按正弦规律变化，下列说法正确的是()图1A ．图甲表示沟通电，图乙表示直流电B ．两种电压的有效值相等C ．图甲所示电压的瞬时值表达式为u ＝311sin (100πt ) VD ．两种电压的周期相同 答案 CD解析 图甲、乙都表示沟通电，图甲中有效值U ＝3112 V ≈220 V ，而图乙中的有效值不存在这一关系，所以它们的有效值不相同．由图甲看出T ＝2×10－2s ，ω＝2πT ＝100π rad/s ，所以u ＝311sin (100πt ) V ．由图象可知两种电压的周期都是2×10－2 s. 题组二 非正弦式沟通电有效值的计算4．阻值为1 Ω的电阻上通以交变电流，其it 关系如图2所示，则在0～1 s 内电阻上产生的热量为( )图2A ．1 JB ．1.5 JC ．2 JD ．2.8 J答案 D解析 由于所加的电流为交变电流，大小在变化，所以只能分时间段来求热量．在0～1 s 内有效电流为1 A 和2 A 的时间段分别为t 1＝0.4 s ，t 2＝0.6 s ，所以Q ＝I 21Rt 1＋I 22Rt 2＝2.8 J.5．夏天空调正常工作时，制冷状态与送风状态交替运行．一空调在不同工作状态下电功率随时间变化的关系如图3所示，此空调运转1 h 用电( )图3 A ．1度 B ．1.5度 C ．2度 D ．2.5度答案 B解析 由题图知，电功率随时间变化的周期为15 min ，前5 min 为0.5 kW ，后10 min 为2 kW.设电功率的有效值为P ，周期为T ，依据有效值定义有P 1·T 3＋P 2·2T3＝PT .将P 1＝0.5 kW ，P 2＝2 kW 代入得：P ＝1.5 kW.此空调1 h 用电W ＝Pt ＝1.5度．故选B.6．如图4甲所示，调光台灯是通过双向可控硅电子器件来实现无级调整灯的亮度的．现将某无级调光台灯接在220 V 的正弦交变电流上，经过可控硅调整后加在灯管两端的电压如图乙所示，则此时电压表的示数是( )图4 A ．220 V B ．156 V C ．110 V D ．78 V答案 B解析 虽然图示电流不是正弦交变电流，依据正弦式交变电流的图象对称性可知，只要有14T 的图线就满足最大值是有效值的 2 倍，依据电流有效值定义有：U 2R T ＝⎝⎛⎭⎫U m 2R2·T2. 解得U ＝110 2 V ≈156 V ，故B 对． 题组三 正弦式沟通电有效值的理解和应用7．一个照明电灯，其两端允许加的最大电压为311 V ．当它接入220 V 的照明电路时，这盏灯( ) A ．将不亮 B ．灯丝将烧断 C ．只能暗淡发光 D ．能正常发光答案 D解析 220 V 的照明电路其有效值为220 V ，最大值为311 V ，正好适合．8．把一只电热器接在100 V 的直流电源上，在t 时间内产生的热量为Q ，若将它分别接到U 1＝100sin ωt V和U 2＝50sin 2ωt V 的沟通电源上，仍要产生Q 的热量，则所需时间分别是( )A ．t,2tB ．2t,8tC ．2t,2tD ．t,4t答案 B解析 计算电热器在t 时间内产生的热量时应当用电压的有效值，对U 1＝100sin ωt V ，电压的有效值为1002 V ，故(100)2R t ＝(1002)21R t ′，所以t ′＝2t ；对U 2＝50sin 2ωt V ，电压的有效值为502 V ，故(100)2R t ＝(502)21R t ″，所以t ″＝8t .9．电阻R 1、R 2与沟通电源依据图5甲所示的方式连接，R 1＝10 Ω，R 2＝20 Ω.合上开关S 后，通过电阻R 2的正弦交变电流i 随时间t 变化的状况如图乙所示，则( )图5A ．通过R 1的电流有效值是1.2 AB ．R 1两端的电压有效值是6 VC ．通过R 2的电流最大值是1.2 2 AD ．R 2两端的电压最大值是6 2 V 答案 B解析 R 1与R 2串联，R 1与R 2中的电流变化状况应相同，电流有效值I 1＝I 2＝0.6 A ，电流最大值I 1m ＝I 2m ＝0.6 2A ，电压有效值U 1＝I 1R 1＝6 V ，U 2＝I 2R 2＝12 V ，电压最大值U 1m ＝2U 1＝6 2 V ，U 2m ＝2U 2＝12 2 V ．综上所述，B 项正确．题组四 瞬时值、峰值、有效值、平均值的区分及应用10．如图6所示，有一矩形线圈，面积为S ，匝数为N ，整个线圈的电阻为r ，在磁感应强度为B 的磁场中，线圈绕OO ′轴以角速度ω匀速转动，外电阻为R ，当线圈由图示位置转过90°的过程中，下列说法中正确的是( )图6A ．磁通量的变化量为ΔΦ＝NBSB ．平均感应电动势为E ＝2NBSωπC ．电阻R 所产生的焦耳热为Q ＝(NBSω)22RD ．通过电阻R 的电荷量为q ＝NBSR ＋r答案 BD解析 逐项分析如下：选项诊断结论A线圈在图示位置时磁通量Φ＝0，转过90°后磁通量Φ′＝BS ，该过程中磁通量的变化量为ΔΦ＝Φ′－Φ＝BS ，与线圈匝数无关 ×B该过程中所用时间Δt ＝θω＝π2ω，所以平均感应电动势E ＝N ΔΦΔt ＝2NBSωπ√C电路中的感应电流有效值I ＝E R ＋r ＝NBSω2(R ＋r )，所以电阻R 所产生的焦耳热Q ＝I 2R Δt ＝πRωN 2B 2S 24(R ＋r )2× D电路中的感应电流的平均值I ＝ER ＋r ＝2NBSωπ(R ＋r )，所以通过电阻R 的电荷量q ＝I ·Δt ＝NBSR ＋r√11.如图7所示是某正弦交变电流的图象，依据图象求其峰值、周期和角速度，并写出交变电流的瞬时值表达式．图7答案 2 A 0.02 s 100π rad/s i ＝2sin (100πt ) A解析 由题图可知，交变电流的周期为T ＝0.02 s ，角速度为ω＝2πT＝100π rad/s故其瞬时值表达式为i ＝I m sin (100πt ) A当t ＝0.002 5 s 时，i ＝1.414 A所以I m sin (100π×0.002 5)＝1.414 A ，解得I m ＝2 A 所以i ＝2sin (100πt ) A12．如图8所示，线圈abcd 的面积是0.05 m 2，共100匝，线圈电阻为1 Ω，外接电阻R ＝9 Ω，匀强磁场的磁感应强度为B ＝1πT ，当线圈以300 r/min 的转速匀速转动时，求：图8(1)电路中沟通电压表和沟通电流表的示数；(2)线圈从图示位置转过90°的过程中通过电阻R 的电荷量． 答案 (1)4522 V 522 A (2)12π C解析 (1)E m ＝nBSω＝100×1π×0.05×2π×30060 V ＝50 VE ＝E m2＝25 2 V 电流表示数I ＝E R ＋r＝522 A ，电压表示数U ＝IR ＝522×9 V ＝4522 V.(2)从图示位置转过90°的过程中，E ＝n ΔΦΔt ，又由于I ＝ER ＋r ，q ＝I Δt ， 联立得q ＝n ΔΦR ＋r ＝nBS R ＋r ＝12π.。
【赢在课堂】2014年高中物理(新课标人教版)选修3-2配套课件 5.2
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迁移与应用 1 如图所示为一交变电流随时间变化的图象,求此交变电流的有效 值。
答案: 5A 解析:由有效值的定义可得 I2R·T=I1 2 R· + I2 2 R·
2 2 1 2 4 2 1 2 T 2 T 2
即 I2=( )2· A2+( )2· A2 解得 I= 5A。
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计算交变电流有效值的依据是电流的热效应,解题时,还要注意以 下几个问题: 1.交变电流产生的热量,与电流的方向无关。 2.求解有效值时,时间一般只选取一个周期。 3.计算有效值的基础是求恒定电流产生的热量和交变电流产生的 热量,这类题的图象都是由矩形波或正弦波组合而成的,交变电流在一 个周期内产生的热量,等于各部分电流产生的热量之和。
C。
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正弦交流电四值的比较
物理含义 瞬 时 值 最 大 值 交变电流某一时刻的 值 最大的瞬时值 重要关系 e=Emsinωt i=Imsinωt Em=nBSω Im=
������m ������+������
适用情况 分析线圈某一时刻的受力情 况 确定用电器的耐压值
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(1)计算与电流热效应相关 有效 值 跟交变电流的热效应等效的 恒定电流值 E=Em/ 2 U=Um/ 2 I=Im/ 2 的量(如功率、热量) (2)交流电表的测量值 (3)电气设备标注的额定电 压、额定电流 (4)保险丝的熔断电流
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1 ������
T,当线圈以 300 r/min
答案:(1)35.4 V (3)0.16 C
(2)31.86 V
1 ������
3.54 A
300 V=50 60
解析:(1)Em=NBSω=100× ×0.05×2π× E=
5.2描述交变电流的物理量
高二物理组15.2描述交变电流的物理量教学目标：1.知道交变电流的周期、频率的含义，以及它们相互间的关系。
知道我国生产和生活用电的周期（频率）的大小2.知道交变电流的峰值和有效值的意义。
能利用有效值定义计算某些交变电流的有效值3.会应用正弦式交变电流有效值公式进行有关计算4.具有运用类比、迁移的科学方法分析新问题的意识和能力 教学重难点：交变电流的有效值理解及相关计算 基础知识导学：阅读教材的相关内容回答下列问题 一、描述交变电流变化快慢的物理量（1）什么是交流电的周期？什么是交流电的频率？它们之间的关系是什么？（2）我国使用的交变电流的周期和频率？二、峰值和有效值（1）峰值： （2）有效值： 有效值的计算应用了什么原理： （3）正弦交变电流的有效值和最大值的关系：（4）、什么情况下用交变电流的有效值，什么时候考虑峰值，用公式计算功率是有有效值还是峰值？【例1】下列说法正确的是（ ）A 交变电流在一个周期内电流方向改变两次B 交变电流的有效值总是最大值的21倍C 因为有效值表示交流产生的平均效果，所以有效值与平均值相同D 若正弦交流电流的最大值是10A ，则它的最小值是－10A【例2】通过某电阻的周期性交变电流的图象如图所示。
求该交变电流的有效值I 。
【相关练习】 1、如图所示，表示一交流电的电流随时间的变化图象，其中电流正值为正弦曲线的正半周，则该交流电的有效值为多少？2．图a 为某型号电热毯的电路图，将电热丝接在u ＝156sin120πt V的电源上，电热毯被加热到一定温度后，由于P 的作用使输入的正弦交流电仅有半个周期能够通过，即电压变为图b 所示波形，从而进入保温状态，则此时交流电压表的读数是 ( ) A ．156V B ．110V C ．78 V D ．55 V25-52s3、如图表示一交变电流的电流随时间而变化的图象，此交变电流的有效值（ ）A 25 AB 、5AC 、25.3 AD 、3.5A4、如图2所示表示一交变电流随时间变化的图象，其中，从t ＝0开始的每个T /2时间内的图象均为半个周期的正弦曲线。
高中物理选修3-2-描述交变电流的物理量
描述交变电流的物理量知识元描述交变电流的物理量知识讲解描述交变电流的物理量1．周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间，用T 表示，单位是s．2．频率：1s 内交变电流完成周期性变化的次数，用f 表示，单位是Hz．二者关系：我国工农业及生活用电的周期为0.02s，频率为50Hz，电流方向每秒改变100次．3．峰值:峰值在实际中有一定的指导意义，所有使用交流的用电器，其最大耐值应大于其使用的交流电压的峰值，电容器上的标称电压值是电容器两极间所允许电压的最大值．线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速旋转时，电动势的最大值E m =nBωS ．4．瞬时值:它是反映不同时刻交流电的大小和方向，正弦交流瞬时值表达式为：e=E m sin ωt ，i =I m sin ωt .应当注意必须从中性面开始．5．有效值：使交变电流和恒定电流通过相同阻值的电阻，如果它们在一个周期内产生的热量相等，就把这一恒定电流的电流值I 与电压值U 叫做这一交变电流的电流与电压的有效值．正弦交变电流的有效值与最大值之间的关系：任何交变电流都有有效值，但上述关系只限于正弦交变电流，对其他形式的交变电流并不适用．6．平均值：交变电流的平均值其数值可用计算．强调：a．各种使用交变电流的电器设备上所示值为有效值.b．交流电表（电压表或电流表）所测值为有效值.c．计算交变电流的功、功率、热量等用有效值.例题精讲描述交变电流的物理量例1.如图所示为一交变电流随时间变化的图象，此交变电流的有效值是（）A．5A B．A C．3.5D．A例2.关于交流电的下列说法正确的是（）A．在一个周期内交流电的方向只改变一次B．交流电器设备上标出的电压和电流值都是指有效值C．某正弦交流电压的最大值为311V，则该交流电压最小值为-311VD．用交流电流表和交流电压表测交流电流或电压时，应测得交流电流或电压的最大值例3.实验室里的交流发电机可简化为如图所示的模型，正方形线圈在水平匀强磁场中，绕垂直于磁感线的OO′轴匀速转动。
描述交流电的物理量
练习2:如图表示一交流随时间变化 练习2 的图像,求此交流的有效值. 的图像,求此交流的有效值.
i A
T T 2 I RT = I R× + I2 R× 2 2 2o
2 2 1
1
2
3
4
t s
2 2 1 4 2 14 I = ( ) × +( ) × 2 2 2 2
2
∴I = 5A
例4.图中两交变电流通过相同的电阻R.求: 4.图中两交变电流通过相同的电阻R 图中两交变电流通过相同的电阻 分别写出它们的有效值,周期和频率. (1)分别写出它们的有效值,周期和频率. 计算它们在R上产生的功率之比. (2)计算它们在R上产生的功率之比.
E
U
I
等效的思 想
根据电流的热效应来规定, 根据电流的热效应来规定,让交流电和 电流的热效应来规定 直流通过相同阻值的电阻, 直流通过相同阻值的电阻,如果他们在一个 周期内产生的热量相等, 周期内产生的热量相等,就把这一直流电的 数值叫做这一交流电的有效值. 数值叫做这一交流电的有效值. (2)正弦交流电的有效值与最大值的关系: 正弦交流电的有效值与最大值的关系: 的有效值与最大值的关系
25 3 V
(3)电路中电压表和电流表示数 (3)电路中电压表和电流表示数 各是 多少 22.5 2V 2.5 2A (4) 线圈每转过一周,外力所做的功. 线圈每转过一周,外力所做的功.
25 J
例5.如图所示,矩形线圈的匝数为n,线圈面 5.如图所示,矩形线圈的匝数为n 如图所示 积为S 线圈内阻为r 在磁感应强度为B 积为S,线圈内阻为r,在磁感应强度为B的匀强 磁场中绕OO 轴以角速度ω匀速转动, OO'轴以角速度 磁场中绕OO 轴以角速度ω匀速转动,外电路 电阻为R.在线圈由图示位置转过90°的过程 电阻为R 在线圈由图示位置转过90° 90 中,求: (1)通过电阻R的电量q (1)通过电阻R的电量q; 通过电阻
描述交变电流的物理量(刘玉兵)
Em = NBSω
例2、某线圈在匀强磁场中转动所产生的电动势变化规律 sinωt，保持其它条件不变， 为e=Emsinωt，保持其它条件不变，使该线圈的转速和匝数同 时增加一倍， 时增加一倍，则此时所产生的电动势的瞬时表达式为 A.e=2Em sin2ωt B.e=2Em sinωt C.e=4Em sin2ωt D.e=4Em sinωt
例6、如图所示，匀强磁场的磁感应强度B=0．5T，边长L=10cm的正方 如图所示，匀强磁场的磁感应强度B=0．5T，边长L=10cm的正方 B=0 L=10cm 形线圈abcd共100匝 线圈电阻r 1Ω，线圈绕垂直与磁感线的对称轴OO 形线圈abcd共100匝，线圈电阻r＝1Ω，线圈绕垂直与磁感线的对称轴OO′匀 abcd 速转动，角速度为ω 2πrad／ 速转动，角速度为ω＝2πrad／s，外电路电阻R＝4Ω，求： 外电路电阻R 4Ω， （1）转动过程中感应电动势的最大值． 转动过程中感应电动势的最大值． （2）由图示位置（线圈平面与磁感线平行）转过600时的即时感应电动势 由图示位置（线圈平面与磁感线平行）转过60 （3）由图示位置转过600角时的过程中产生的平均感应电动势． 由图示位置转过60 角时的过程中产生的平均感应电动势． （4）交流电电表的示数． 交流电电表的示数． （5）转动一周外力做的功． 转动一周外力做的功． （6）周期内通过R的电量为多少？ 周期内通过R的电量为多少？
(1)3.14V (2)1.57V (3)2.6V (4)1.78V (5)0.99 J (6)0.087C
周期和频率
1．周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间，用 周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间， T表示，单位是s． 表示，单位是s 2．频率：1s内交变电流完成周期性变化的次数，用f 表 频率：1s内交变电流完成周期性变化的次数， 内交变电流完成周期性变化的次数 单位是Hz Hz． 示，单位是Hz．
高中物理选修课件描述交变电流的物理量
电感对交变电流具有阻碍作用， 这种阻碍作用称为感抗。感抗的 大小与电感器的自感系数和交变
电流的频率成正比。
相位差
电感器中的电流滞后于电压90度相 位差，即电流的相位比电压的相位 落后90度。
储能元件
电感器是一种储能元件，它能够将 电能转换为磁场能并储存起来。
电容对交变电流的导通作用
容抗
电容对交变电流具有导通作用，这种导通作用称为容抗。 容抗的大小与电容器的电容和交变电流的频率成反比。
周期、频率和角频率
周期
交变电流完成一次周期性变化所 需的时间，用T表示，单位为秒 （s）。周期反映了交变电流变
化的快慢。
频率
交变电流在1s内完成周期性变化 的次数，用f表示，单位为赫兹（ Hz）。频率与周期互为倒数关系
，即f=1/T。
角频率
交变电流在单位时间内所转过的 角度，用ω表示，单位为弧度/秒 （r性变 化的电流叫做交变电流，简称交 流。
特点
交变电流的大小和方向都随时间 作周期性变化，而且在一周期内 电流的方向改变两次。
正弦式交变电流产生原理
01
线圈在匀强磁场中匀速转动产生 正弦式交变电流。
02
中性面：线圈平面每经过中性面 一次，感应电流与感应电动势方 向均改变一次，转动一周，感应 电流方向改变两次。
周期性变化规律
电动势e随时间变化的规律
01
e=E(m)sinωt，其中E（m）为电动势的最大值，ω为线圈转动
的角速度。
负载上电压u随时间变化的规律
02
u=U(m)sinωt，其中U（m）为电压的最大值。
负载上电流i随时间变化的规律
03
i=I(m)sinωt，其中I（m）为电流的最大值。
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答案：156V
3.有效值 定义：E、U、I
根据电流的热效应来规定，让交流与 直流分别通过相同的电阻，如果在交流的 一个周期内它们产生的热量相等，就把这 个直流的数值叫做这个交流的有效值。
4.正弦交流电的有效值与最大值的关系：
E Em 2
I Im 2
说明：
（1）以上关系式只适用于正弦交流电； （2）交流用电器的额定电压和额定电流指的
第五章 交变电流
二、描述交变电流的物理量
课标解读
1.理解交变电流的周期、频率； 2.知道交变电流峰值和有效值的意义； 3.会用正弦式交变电流有效值公式进行
有关计算.
瞬时值表达式：从中性面开始计时
e Em sin t
最大值（峰值）： Em NBS
一、周期和频率
物理意义：表示交流电变化的快慢
1.周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间。 2.频率：交变电流一秒内完成周期性变化的次数。 3.角频率：线圈在磁场中转动的角速度
f 1 2 2f
T
T
一个周期内电流方向改变两次。
二、峰值和有效值
1.瞬时值： e 、i 、u
e Em sin t
2.峰值：电流或电压所能达到的最大值。
Em NBS
电容器的耐压值
耐压值 （最大值）
电容
(1)Q
2I12
Rt1
2
I
2 2
Rt
2
2.8J
(2)Q I 2Rt
I 2.8A
是有效值； （3）交流电表的读数是有效值； （4）若没有特别说明交流电的均指有效值。
有效值、平均值的应用： 1.在求交流电的功、功率或电热时必须用
交流电的有效值。 2.求通过某导体截面的电量一定要用平均值。
平均值：
E N t
例1：一矩形金属框在匀强磁场如图乙所示，则 （ A ）
A．t＝0.01 s时线框平面与中性面重合 B．t＝0.005 s时线框的磁通量变化率为零
C．线框产生的交变电动势频率为100 Hz D．线框产生的交变电动势有效值为311 V
例2.如图甲为电热毯的电路图，把电热毯接
在U＝311sin100πtV的电源上，电热毯被加热 到一定温度后，通过装置P使输入电压变为乙所