第3章 第2节 交变电流的描述（Word教参）-【优化指导】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第二册(人教版2019)

第2节　交变电流的描述 课程内容要求 核心素养提炼 1.知道描述交变电流的物理量，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．掌握描述正弦式交变电流的公式和图像两种方式． 1.物理观念：借助周期、频率、峰值、有效值等概念，体会物理观念的形成过程． 2．科学思维：交变电流有效值的推导及公式和图像的描述，体会物理模型建立在物理规律形成中的作用． 3．科学态度与责任：通过交变电流在生产、生活中的应用，体会科技发展对社会进步的推动作用． [对应学生用书P45] 1．物理意义：描述交变电流变化快慢的物理量． 2．周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间，用T表示，单位是秒(s). 3．频率：交变电流完成周期性变化的次数与所用时间之比，用f表示，单位是赫兹(Hz). 4．ω、T、f的关系：T＝或f＝ , ω＝2πf． [思考] 我国民用交变电流的周期T＝0.02 s，频率是多少？电流方向每秒钟改变多少次？ 提示　我国民用的交变电流频率是50 Hz，电流方向每秒改变100次． 1．峰值 (1)意义：表示电流的强弱或电压的高低． (2)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：让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果它们在交变电流的一个周期内产生的热量相等，则这个恒定电流的电流I、电压U，叫作这一交变电流的有效值． (2)下列情形均指有效值： ①交流用电设备上所标的额定电压和额定电流； ②交流电压表测量的数值； ③无特别说明时提到的交变电流的数值． 3．正弦式交变电流峰值和有效值的关系：I＝，U＝． [判断] 　(1)我国家庭电路电压为220 V和动力电路电压为380 V，它们都是指有效值．(√) (2)关系式I＝ 和U＝ 适用于任意的交变电流．(×) (3)交流电的有效值是指相同时间内，产生相同热量的直流电的值．(×) 1．公式描述：已知交变电流的周期T或频率f，又知电压的有效值或峰值，可表示为u＝Umsint＝U_sin__t． 2．图像描述：电压随时间变化的图像如图所示． 正弦式交变电流u­t图像 [思考] 正弦式交变电流的图像一定是正弦函数曲线吗？ 提示　不一定，若选择不同的计时起点，则图像可能是余弦函数曲线． [对应学生用书P46] 探究点一　对交变电流有效值的理解和计算 现在的调光台灯多是用可控硅电子元件来实现亮度调节功能的．经过一个双向可控硅电子元件调节后，加在电灯两端的电压随时间变化的图像如图所示，该交变电流是正弦式交变电流吗？如何求得该交流电压的有效值？ 提示　不是正弦式交变电流．设该交流电压有效值为U，根据有效值的定义可得：＝T可求得有效值U＝. 1．计算交变电流有效值的两种方法 (1)对于正弦式交变电流，可利用交变电流的有效值与峰值的关系求解，即E＝，U＝，I＝. (2)对于非正弦式交变电流，必须根据有效值的定义进行计算． 第一步：计算交变电流在一个周期内通过电阻R产生的热量Q交； 第二步：将热量Q用相应的物理量的有效值表示Q＝I2RT或Q＝T； 第三步：根据Q交＝Q列式，求解有效值． 2．几种常见电流有效值的计算 电流名称 i­t图像 有效值 正弦式 交变电流 I＝ 正弦半 波电流 I＝ 正弦单向 脉动电流 I＝ 矩形脉 动电流 I＝ 续表 电流名称 电流图线 有效值 矩形非对 称交变电 流　　　 I＝ 下图为一交变电流的i­t图像，则该交变电流的有效值为(　　) A．I0　　　　　　　　　　 B．I0 C．I0 D．I0＋I0 [思路点拨]　 B　[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＝R·＝，它在后半个周期内产生的热量Q2＝IR·＝，故在一个周期内产生的热量Q交＝Q1＋Q2＝IRT，设某一恒定电流I在相同的时间T内通过该电阻产生的热量为I2RT，由有效值的定义有IRT＝I2RT，得I＝I0，故B正确．] [题后总结]　求解有效值的一般方法与技巧 (1)首先要分析交变电流的变化规律，明确交变电流在一个周期内存在哪些形式的交变电流． (2)根据交变电流中存在的几种形式，首先在一个周期内分段求出产生的热量，然后求其和，最后列算式Q交＝Q热求解有效值． (3)正弦式交变电流的最大值和有效值的关系是I＝，U＝，非正弦式交变电流不一定符合此关系． [训练1]　(2021·湖南长沙高二检测)一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，周期为T.从中性面开始计时，当t＝T时，线圈中感应电动势的瞬时值为2 V，则此交变电压的有效值为(　　) A．2 V B．2 V C． V