2021學(xué)年2 交變電流的描述優(yōu)秀學(xué)案-學(xué)案下載-教習(xí)網(wǎng)

3.2 交變電流的描述學(xué)案一、自主預(yù)習(xí) 1. 周期(T)：交變電流完成__________變化(線圈轉(zhuǎn)一周)所需的時間，單位是秒(s)，公式T＝eq \f(2π,ω)。 2．頻率(f)：交變電流在1 s內(nèi)完成周期性變化的__________。單位是赫茲(Hz)。課堂探究情景設(shè)問正弦式交變電流的大小和方向都隨時間發(fā)生周期性變化，那么我們?nèi)绾蚊枋鲞@ 種電流的變化特征呢？新知探究考點一：周期和頻率 1．交變電流的周期和頻率。交變電流跟別的周期性過程一樣，是用周期或頻率來表示變化快慢的。（1）周期：交變電流完成一次周期性變化所需的時間，叫做交變電流的周期。周期用T表示，單位是s。（2）頻率：交變電流在1s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，叫做交變電流的頻率。頻率用f表示，單位是Hz。（3）周期和頻率的關(guān)系是：說明：① 我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中用的交變電流周期是0.02S，頻率是50Hz，電流方向每秒鐘改變100次。 ② 交變電流的周期和頻率跟發(fā)電機轉(zhuǎn)子的角速度有關(guān)。越大，周期越短、頻率越高。（4）角速度：產(chǎn)生交變電流的線圈單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度，用符號ω表示。單位是：弧度每秒（rad/s）。（5）相位：t+ψ，t=0時的相位稱為初相。思考與討論：一交變電流的電壓隨時間的變化圖像如圖 3.2-1所示，這個交變電流的周期是多少？頻率是多少？解析：周期T=0.02s；頻率f=10.02=50HZ 考點二：峰值和有效值 1.交變電流峰值（Im、Em、Um）：指交變電流各個參量一個周期內(nèi)所能達到的最大值。表示交變電流的強弱或電壓的高低。實際中需要考慮。 2.交變電流有效值（I、E、U）：讓交流和恒定電流分別通過相同阻值的電阻，如果在交流的一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，而這個恒定電流是 I ，電壓是 U，我們就把 I、U 叫作這個交流的有效值。（1）“有效”指的是電流熱效應(yīng)的等效（2）正(余)弦交變電流，有效值與峰值的關(guān)系為： E＝eq \f(Em,\r(2))，U＝eq \f(Um,\r(2))，I＝eq \f(Im,\r(2)). （3）計算有效值的兩種方式：第一種：按正弦規(guī)律變化的交變電流，可利用交變電流的有效值與峰值的關(guān)系求解，即E=Em2，U=Um2，I=Im2。第二章：對于非正弦式交變電流，必須根據(jù)有效值的定義進行計算。第一步：計算交變電流在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q；第二步：將熱量Q用相應(yīng)的有效值表示Q=I2RT；第三步：代入數(shù)值，求解有效值。 3.“瞬時值、最大值、有效值、平均值”含義、計算關(guān)系、適用范圍：思考與討論：如圖所示的電流通過一個R=1Ω的電阻，它不是恒定電流。 (a)怎樣計算通電1s內(nèi)電阻R中產(chǎn)生的熱量? 解析：圖象反映的交變電流可以分為4段。前半個周期中，0---0.2S內(nèi)，可看成電流大小為1A的恒定電流，0.2S---0.5S內(nèi)，可看成電流大小為2A的恒定電流.后半個周期的電流與前半個周期方向相反，但產(chǎn)生熱量相同。交流電的熱量： Q1=(I12RT1+I22RT2)×2=（12×1×0.2+22×1×0.3）×2J=2.8J （b）如果有一個大小、方向都不變的恒定電流通過電阻R，也能在1s內(nèi)產(chǎn)生同樣的熱，這個電流是多大? 恒定電流的熱量： Q2=Q 1 I2RT=2.8J I=2.81×1A=1.7A 總結(jié)： 1）有效值：（抓三個相同）讓交流與恒定電流通過相同的電阻，如果它們在一個周期內(nèi)內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，把恒定電流的值叫做這個交變電流的有效值。 2）正弦交流電有效值與最大值之間的關(guān)系 E=Em2=0.707Em U=Um2=0.707Um I=Im2=0.707Im 說明：交流用電設(shè)備上所標(biāo)的額定電壓和額定電流是有效值；交流電壓表和交流電流表的示數(shù)是有效值；交變電流的數(shù)值在無特別說明時都是指有效值。交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來規(guī)定的。引入有效值的的概念便于把處理恒定電流的一些方法拓展到交流電中。考點三：正弦式交變電流的公式和圖像詳細描述交變電流公式：u=Umsinωt 圖像：想一想：下圖是一個正弦式交變電流的波形圖。根據(jù)i-t圖像求出它的周期、頻率、電流的峰值、電流的有效值。解析：周期0.2s；頻率5Hz；電流的峰值10A；電流的有效值5 A 總結(jié)以上兩種情況下交流電的表達式：考點四：電感器和電容器對交變電流的作用按如圖所示的電路圖，將燈泡與帶鐵心線圈L串聯(lián)后分別連接在直流（DC）交流（AC）電路中，觀察燈泡的亮度。觀察：電感器對交變電流的作用觀察發(fā)現(xiàn)：甲圖中的小燈泡更亮；改變圖乙中交流電的頻率：繼續(xù)觀察小燈泡的亮度：觀察發(fā)現(xiàn)：當(dāng)交流電的頻率增大時，小燈泡變暗，頻率減小時小燈泡變亮。總結(jié)：由于線圈與交變電流之間的電磁感應(yīng)作用所引起的阻礙作用，這叫感抗。電感器的作用：實驗和理論分析都表明，線圈的自感越大、交流的頻率越高，線圈的感抗就越大。觀察：電容器對交變電流的作用按如圖所示的電路圖，將燈泡與電容器串聯(lián)后分別連接在直流（DC）與交流（AC）電路中，觀察燈泡的亮度。觀察發(fā)現(xiàn)：閉合開關(guān)后發(fā)現(xiàn)甲圖中的小燈泡不亮；乙圖中的小燈泡變亮；改變圖乙中交流電的頻率：繼續(xù)觀察小燈泡的亮度：觀察發(fā)現(xiàn)：當(dāng)交流電的頻率增大時，小燈泡變亮，頻率減小時小燈泡變暗。總結(jié)：電容器對交流阻礙作用的大小叫容抗。電容器的作用：實驗和理論分析都表明，電容器的電容越大，交流的頻率越高，電容器對交流的阻礙作用就越小，即容抗越小。三、典例精講例1．交流發(fā)電機在工作時的電動勢為e＝Emsin ωt，若將其電樞的轉(zhuǎn)速提高1倍，其他條件不變，則其電動勢變?yōu)?　　) A．Emsineq \f(ωt,2) B．2Emsineq \f(ωt,2) C．Emsin 2ωt D．2Emsin 2ωt 例2阻值不計的矩形線圈在勻強磁場中，繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動，線圈兩端的電壓隨時間的變化規(guī)律如圖所示。下列說法中，正確的是(　　) A．線圈兩端電壓的平均值為10 V B．電壓表連接在線圈兩端時，其示數(shù)為20 V C．在0.01 s時，線圈平面與磁場垂直 D．當(dāng)接外電路時，線圈內(nèi)的電流方向1 s內(nèi)改變50 次四、核心素養(yǎng)專練 1. 如圖11所示，矩形線圈abcd在勻強磁場中可以分別繞垂直于磁場方向的軸P1和P2以相同的角速度勻速轉(zhuǎn)動，當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到與磁場方向平行時(　　) 圖11 A．線圈繞P1轉(zhuǎn)動時的電流等于繞P2轉(zhuǎn)動時的電流 B．線圈繞P1轉(zhuǎn)動時的電動勢小于繞P2轉(zhuǎn)動時的電動勢 C．線圈繞P1和P2轉(zhuǎn)動時電流的方向相同,都是a→b→c→d D．線圈繞P1轉(zhuǎn)動時cd邊受到的安培力大于繞P2轉(zhuǎn)動時cd邊受到的安培力 2．如圖10甲所示，一矩形閉合線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的轉(zhuǎn)軸OO′以恒定的角速度ω轉(zhuǎn)動．當(dāng)從線圈平面與磁場方向平行時開始計時，線圈中產(chǎn)生的交變電流按照圖乙所示的余弦規(guī)律變化，則在t＝eq \f(π,2ω)時刻(　　) 圖10 A．線圈中的電流最大 B．穿過線圈的磁通量為零 C．線圈所受的安培力為零 D．線圈中的電流為零 3. 一矩形線框在勻強磁場內(nèi)繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動的過程中，線框輸出的交流電壓隨時間變化的圖象如圖所示，下列說法中正確的是(　　) A．t＝0時刻線框平面與磁場平行 B．交流電壓的頻率為4 Hz C．1 s末線框平面垂直于磁場，通過線框的磁通量變化最快 D．2 s末線框平面垂直于磁場，通過線框的磁通量最大 4. 交變電流通過一段長直導(dǎo)線時，電流為I，如果把這根長直導(dǎo)線繞成線圈，接入原電路，通過線圈的電流為I′，則(　　) A．I′>I B．I′

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