高中物理 第五章 交變電流 2 描述交變電流的物理量課件 新人教版選修3-2.ppt

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自主學(xué)習(xí)·基礎(chǔ)知識(shí),2 描述交變電流的物理量 [學(xué)習(xí)目標(biāo)] 1.知道描述交變電流的物理量有峰值、有效值、瞬時(shí)值、平均值、周期、頻率．理解這些物理量的意義．(重點(diǎn)) 2.會(huì)利用有效值的定義求交變電流的有效值．(難點(diǎn)) 3.會(huì)應(yīng)用正弦式電流的峰值與有效值的關(guān)系進(jìn)行有關(guān)計(jì)算．(難點(diǎn)),合作探究·重難疑點(diǎn),解題技巧·素養(yǎng)培優(yōu),1．周期 交變電流完成_______________所需的時(shí)間，用T表示，單位是___． 2．頻率 交變電流在1 s內(nèi)完成周期性變化的_____，用f表示，單位是______，符號(hào)____． 3．二者關(guān)系：T＝____或f＝____．,一次周期性變化,秒,次數(shù),赫茲,Hz,某交變電流的瞬時(shí)表達(dá)式為i＝10sin100πt(A)，如何確定其交變電流的周期和頻率．,1．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接交流電頻率f＝50 Hz時(shí)，打點(diǎn)周期為T＝0.02 s．( ) 2．交變電流的周期越大，交變電流的變化就越快．( ) 3．我國(guó)電網(wǎng)中交流電的頻率是100 Hz.( ),×,×,√,1．峰值 (1)定義：交變電流的電壓、電流所能達(dá)到的 __________． (2)應(yīng)用：電容器所能承受的電壓要高于交流電壓的峰值．,最大數(shù)值,2．有效值 (1)定義：讓交變電流和恒定電流分別通過_________的電阻，在交流的一個(gè)周期內(nèi)，它們產(chǎn)生的______相等，這個(gè)恒定電流的電流、電壓，叫做這個(gè)交變電流的電流、電壓的有效值． (2)應(yīng)用 ①交流用電設(shè)備上所標(biāo)的額定電壓和額定電流． ②交流電壓表測(cè)量的數(shù)值． ③無特別說明時(shí)提到的交變電流的數(shù)值．,大小相同,熱量,3．關(guān)系：對(duì)于正弦式交變電流，有效值I、U與峰值 Im、Um之間的關(guān)系：I＝_____，U＝_____．,所有交變電流的峰值和有效值之間都滿足倍的關(guān)系嗎？,1．某段時(shí)間內(nèi)的交流電平均值等于這段時(shí)間始末時(shí)刻瞬時(shí)值的算術(shù)平均值．( ) 2．我國(guó)民用交變電流，照明電壓為220 V和動(dòng)力電壓380 V都是指有效值．( ) 3．交變電流的有效值即為一個(gè)周期內(nèi)的平均值．( ),×,√,×,1．相位與初相位：如圖5-2-1所示，甲、乙兩交流電的表達(dá)式分別為： 圖5-2-1,u甲＝___________； u乙＝_______________； 其中“ωt＋φ”叫做交變電流的相位，φ是t＝0時(shí)的相位，叫做交變電流的________． 2．相位差：兩支交流的__________叫做它們的相位差．,U m sinωt,U m sin(ωt＋φ),初相位,相位之差,,如圖5-2-2所畫兩個(gè)交流電，其中i1比i2超前還是滯后？它們相位差是多少？ 圖5-2-2 【提示】 i1比i2超前Δφ＝φ1－φ2，或者i2比i1滯后Δφ.,1．如果兩個(gè)頻率相同的交流電的相位差是π或π的奇數(shù)倍，則它們反相，即變化步調(diào)始終相反．( ) 2．初相位的大小沒有什么實(shí)際意義．( ),×,√,預(yù)習(xí)完成后，請(qǐng)把你認(rèn)為難以解決的問題記錄在下面的表格中,學(xué)生分組探究一 對(duì)有效值的理解與計(jì)算 第1步探究——分層設(shè)問，破解疑難 1．某用電器銘牌上標(biāo)有“額定電壓220 V”和“工作頻率50 Hz”的字樣，其中“220 V”有什么含義？ 【提示】 220 V是指該用電器所使用的電源電壓有效值為220 V.,2．試探究分析計(jì)算交變電流的有效值應(yīng)注意哪幾個(gè)方面的問題？,第2步結(jié)論——自我總結(jié)，素能培養(yǎng) 1．有效值的理解 (1)交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)定義的，與電流的方向無關(guān)． (2)“等效”理解：相同電阻、相同時(shí)間，產(chǎn)生相同熱量．交變電流與多大的直流電“效果”相同，有效值就是多大．,3．幾種常見交變電流的有效值,第3步例證——典例印證，思維深化 電阻R1、R2與交流電源按照?qǐng)D5-2-3(1)方式連接，R1＝10 Ω， R2＝20 Ω.合上開關(guān)S后，通過電阻R2的正弦式交變電流i隨時(shí)間t變化的情況如圖5-2-3(2)所示．則( ) 圖(1) 圖(2) 圖5-2-3,【答案】 B,計(jì)算有效值的注意事項(xiàng) 1．方波式交變電流正負(fù)半周期最大值不相等時(shí)，分段計(jì)算電熱． 2．應(yīng)取一個(gè)周期或周期的整數(shù)倍計(jì)算電熱．,第4步巧練——精選習(xí)題，落實(shí)強(qiáng)化 1. 5-2-4 (2013·海南高考)通過一阻值R＝100 Ω的電阻的交變電流如圖5-2-4所示，其周期為1 s．電阻兩端電壓的有效值為( ),【答案】 B,2．兩個(gè)完全相同的電熱器分別通過如圖5-2-5甲和乙所示的電流最大值相等的方波式交變電流和正弦式交變電流，則這兩個(gè)電熱器功率Pa、Pb之比為( ) 圖5-2-5 A．1∶1 B．2∶1 C．1∶2 D．4∶1,【答案】 B,學(xué)生分組探究二 交變電流的“四值”對(duì)比 第1步探究——分層設(shè)問，破解疑難 1．交變電流的有效值是不是其在某一段時(shí)間的平均值？ 【提示】 不是．有效值不同于平均值，有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)定義的，而平均值是平均效果．,2．試分析一個(gè)擊穿電壓為250 V，電容為6×10－7 F的電容器能否連接到“220 V 50 Hz”的正弦式交變電源上？,第2步結(jié)論——自我總結(jié)，素能培養(yǎng),第3步例證——典例印證，思維深化,(1)轉(zhuǎn)動(dòng)中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值和有效值； (2)寫出從圖中位置開始計(jì)時(shí)的交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式； (3)電路中交流電壓表和電流表的示數(shù)； (4)線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過90°的過程中通過電阻R的電荷量． 【思路點(diǎn)撥】 (1)線圈在磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的是正弦式電流． (2)電表的示數(shù)應(yīng)為交流電的有效值． (3)求解電荷量應(yīng)用交流電的平均值．,【答案】 (1)50 V 35.4 V (2)e＝50 sin 10πt(V) (3)31.86 V 3.54 A (4)0.16 C,計(jì)算電荷量只能用平均值；計(jì)算電功、電功率、電熱等與熱效應(yīng)有關(guān)的量必須用有效值；電壓表、電流表所測(cè)量到的也是有效值．,第4步巧練——精選習(xí)題，落實(shí)強(qiáng)化 1．(2014·天津高考)(多選)如圖5-2-7(1)所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一矩形金屬線圈兩次分別以不同的轉(zhuǎn)速，繞與磁感線垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)圖象如圖5-2-7(2)中曲線a、b所示，則( ) 圖5-2-7,A．兩次t＝0時(shí)刻線圈平面均與中性面重合 B．曲線a、b對(duì)應(yīng)的線圈轉(zhuǎn)速之比為2∶3 C．曲線a表示的交變電動(dòng)勢(shì)頻率為25 Hz D．曲線b表示的交變電動(dòng)勢(shì)有效值為10 V 【解析】 由題圖2知t＝0時(shí)兩次轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)都等于零，故A正確．由圖2知兩次轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)的周期之比Ta∶Tb＝2∶3，再由周期與轉(zhuǎn)速的關(guān)系,【答案】 AC,2．如圖5-2-8所示，一交流發(fā)電機(jī)線圈共N＝50匝，ab＝0.2 m，ab＝0.1 m，總電阻r＝10 Ω，在B＝0.5 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中從磁通量最大位置開始以n＝100 r/s的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，外電路中接有R＝40 Ω的電阻．當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過1/4周期時(shí)，求： (1)在外電阻R上產(chǎn)生的電熱Q； (2)這段時(shí)間內(nèi)通過外電阻R的電荷量．,【答案】 (1)1.97 J (2)0.01 C,在水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一正方形閉合線圈繞垂直于磁感線方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，已知線圈的匝數(shù)為n＝100匝，邊長(zhǎng)為20 cm，電阻為10 Ω，轉(zhuǎn)動(dòng)頻率f＝50 Hz，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5 T．求： (1)外力驅(qū)動(dòng)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的功率； (2)線圈平面由中性面轉(zhuǎn)至與中性面的夾角為30°時(shí)，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及感應(yīng)電流的大?。?(3)線圈由中性面轉(zhuǎn)至與中性面成30°夾角的過程中，通過線圈橫截面的電荷量．,【答案】 (1)1.97×104 W (2)31.4 A (3)0.027 C,[先看名師指津] 在法拉第電磁感應(yīng)的概念中，電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與穿過這一電路的磁通量的變化率成正比，即E＝NΔΦ/Δt(N為線圈匝數(shù))，此電動(dòng)勢(shì)為平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．又根據(jù)歐姆定律，閉合電路中的電流與這段電路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)成正比，所以I＝E/R＝NΔΦ/Δt·R.此為平均電流，它是電流瞬時(shí)值在時(shí)間上的平均值．只有當(dāng)磁通量隨時(shí)間做線性變化時(shí)，電流瞬時(shí)值恒定，并與電流平均值、有效值相等．,[再演練應(yīng)用]如圖5-2-9所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)B＝ T，所用矩形線圈的匝數(shù)N＝ 5-2-9 100，面積是0.05 m2，電阻R＝10 Ω，以300 r/min的轉(zhuǎn)速繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．求： (1)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值； (2)線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過90°的過程中通過線圈的平均電流．,【答案】 (1)50 V (2)3.18 A,