3.2 描述交变电流的物理量（word教参）-【优化探究】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第二册（粤教版）

第二节　描述交变电流的物理量 学习目标 核心素养 1.知道描述交变电流的物理量有峰值、有效值、瞬时值、平均值、周期、频率，理解其物理意义，并会进行计算。 2.能灵活利用交变电流有效值的定义来求其有效值。 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.理解正弦式交变电流的公式和图像，并能解答相关问题。 物理观念：峰值、有效值、瞬时值、平均值、周期、频率 科学思维：区别有效值和平均值，体会等效思想方法的应用，能利用交流电的“四值”解答相关问题 科学探究：探究交流电的有效值 授课提示：对应学生用书第53页 [知识梳理] 一、周期和频率 1．周期 交变电流完成一次周期性变化的时间称为交变电流的周期，用符号T表示，单位是秒。 2．频率 交变电流的频率是反映交变电流做周期性变化快慢的物理量，用交变电流在一段时间内做周期性变化的次数与所用时间之比来表示。用f表示，单位是赫兹，符号是Hz。 3．二者关系 T＝。或f＝ 4．ω与f的关系：ω＝2πf。 二、峰值和有效值 1．峰值 (1)定义：交变电流的峰值是指在一个周期内所能达到的最大数值。 (2)意义：用来表示电流的强弱或电压的高低。 (3)应用：电容器所能承受的电压要高于交流电压的峰值。 2．有效值 (1)定义：让交变电流和恒定电流分别通过相同阻值的电阻，如果在交变电流的一个周期内它们产生的热量相等，那么这一恒定电流的数值称为交变电流的有效值。 (2)定义方法：“有效”指的是电流在一个周期内的热效应(选填“化学效应”或“热效应”)相等。 (3)应用：电气设备铭牌上标注的额定电压、额定电流都是有效值。 交流电压表和交流电流表测量的也是有效值。以后提到交变电流的数值，凡没有特别说明的，都指有效值。 3．有效值与峰值的关系 对于正弦式交变电流，有效值I、U与峰值Im、Um之间的关系：I＝＝0.707Um。＝0.707Im，U＝ 三、用图像描述交变电流 公式 图像 瞬时电动势： e＝Emsin_ωt 瞬时电压： u＝Umsin_ωt 瞬时电流： i＝Imsin_ωt [自主评价] 1．判断正误 (1)打点计时器所接交流电频率f＝50 Hz时，打点周期为T＝0.02 s。(√) (2)我国电网中交流电的频率是100 Hz。(×) (3)某段时间内的交流电的平均值等于这段时间初、末时刻瞬时值的算术平均值。(×) (4)我国民用交变电流的照明电压为220 V和动力电压为380 V都是指有效值。(√) (5)交变电流的有效值即为一个周期内的平均值。(×) 2．情景思考 我国民用交变电流的周期和频率是多少？电流方向每秒钟改变多少次？ 提示：我国民用交变电流的周期是0.02 s，频率是50 Hz，电流方向每秒改变100次。 授课提示：对应学生用书第54页 要点一　对交变电流有效值的理解和计算 　现在的调光台灯、调速电风扇，多是用可控硅电子元件来实现的。图示是经过一个双向可控硅电子元件调节后加在电灯上的电压。请思考： (1)如图所示的交变电流是正弦式交变电流吗？ (2)如何求得该交流电压的有效值？ 提示：(1)不是正弦式交变电流。 (2)根据电流的热效应即可求得有效值。 1．对交变电流有效值的理解 (1)交变电流的有效值是根据电流的热效应来定义的。 (2)恒定电流和交变电流的“三同原则”(即相同时间、相同阻值电阻和产生相同热量)。 (3)没有特别说明都指有效值，如交变电流的电压、电流以及用电器上标出的额定电压、额定电流，都是指有效值。 2．交变电流有效值的求解 (1)若是正弦式交变电流，可利用交变电流的有效值与峰值间的关系求解，即E＝。，I＝，U＝ (2)若不是正弦式交变电流，则必须根据电流的热效应来求解其有效值，且时间取一个周期。具体做法：假设让交变电流通过电阻R，计算交变电流在一个周期内产生的热量Q(可分段计算)，其中热量Q用相应的物理量I或U来表示(如Q＝I2Rt或Q＝)，则I或U为交变电流的相应有效值。 3．几种常见脉冲直流电的有效值 正弦半波电流 I＝ 正弦单向脉冲电流 I＝ 矩形脉冲电流 I＝Im (1)E＝只适用于正弦式交变电流，对于按其他规律变化的交变电流，上述关系式一般不再适用。、I＝ (2)对于非正弦式交变电流有效值的计算，时间一般选取一个周期。 (3)凡涉及能量、电功以及电功率等物理量时均用有效值，在确定保险丝的熔断电流时也用有效值。 　如图所示为一交变电流的图像，其中前半个周期为正弦波，则该交变电流的有效值为多大？ [思路点拨]　电流在前半个周期内按正弦式电流变化，后半个周期内为恒定电流，按电流的热效应分段计算求电流的有效值。 [解析]　令该交变电流通过一电阻R，它在前半个周期内通过该电阻产生的热量 Q1＝(，＝)