10第三章 2. 交变电流的描述（教师用书word）-2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第二册【精讲精练】人教版 江苏专版

#2　交变电流的描述 [学业要求] 1．掌握交变电流的周期、频率、线圈转动角速度三者之间的关系。 2．能理解电流的有效值，知道有效值是与热效应有关的量。 3．掌握交变电流有效值与峰值的关系，会进行有效值的计算。 4．理解交变电流的图像意义，能从图像中获取相关信息。 5．了解电感、电容对交变电流的作用。 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。 2．频率(f)：交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数。 3．T＝或f＝，T＝。 二、峰值和有效值 1．峰值：交变电流的电压、电流能达到的最大值叫作峰值。 2．有效值：让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果在交变电流的一个周期内它们产生的热量相同，则此恒定电流的数值叫作交变电流的有效值。 (1)正弦式交变电流有效值和峰值的关系： U＝Um＝0.707Um，I＝Im＝0.707Im。 (2)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。 三、正弦式交流电的公式和图像 1．正弦式交流电的公式 e＝Emsin_ωt　Em＝NBSω。 u＝Umsin_ωt　Um＝。 i＝Imsin_ωt　Im＝。 2．交变电流的图像 (1)正弦式交变电流随时间变化的图像是一条正弦曲线，如图所示。从图中可以知道正弦式交变电流的最大值Im和周期T。 (2)交变电流的共同特点是方向做周期性变化，大小可以变，也可以不变。 四、电感器和电容器对交变电流的作用 1．电感器对交变电流的阻碍作用 (1)电感器的感抗是由线圈与变化的电流的电磁感应作用所引起的阻碍作用，是表征电感器对交变电流的阻碍作用大小的物理量。 (2)线圈的自感系数越大，交流电的频率越高，电感线圈对交变电流的阻碍作用越大。 (3)电感线圈在电路中的作用：通直流，阻交流；通低频，阻高频。 2．电容器对交变电流的阻碍作用 (1)电容器接到交流电源两端时，由于电容器两端电压不断变化而不断地充电和放电，电路中就有了充、放电的电流，表现为交流“通过”了电容器。 (2)电容器在电路中的作用：通交流，隔直流；通高频，阻低频。 (3)电容器的电容越大，交流电的频率越高，电容器对交变电流的阻碍作用越小。 1．下列说法正确的是(　　) A．正弦式交变电流的正负两部分是对称的，所以有效值为零 B．交变电流的有效值就是一个周期内的平均值 C．一个正弦式交变电流的峰值同周期、频率一样是不变的，但有效值是随时间不断变化的 D．交流电路中，电压表、电流表的测量值都是有效值 答案　D 2．我国电网中交流电的频率为50 Hz，则我国提供市电的发电机转子的转速为3_000r/min。 知识点一　交变电流的有效值的理解与计算 [问题探究] 现在的可调节台灯、调速电风扇，多用可控硅电子元件来实现的。如图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？ 答：(1)不是正弦式交变电流。 (2)根据电流的热效应可求得该电流的有效值。 [归纳升华] 1．对有效值的理解 (1)交变电流的有效值是根据电流的热效应定义的，理解有效值重点在“等效”，“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“效果”相同，有效值就是多大。 (2)如果没有特别说明，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，都是指其有效值。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。 2．有效值的两种计算方法 (1)特殊值法：若按正(余)弦规律变化的电流，可利用交变电流的有效值与峰值间的关系求解，即E＝，U＝，I＝。 (2)定义法：当电流是非正弦式交变电流时，必须根据有效值的定义求解。 3．几种常见交变电流的有效值： 电流名称 电流图线 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＝ 　如图所示的交变电流由正弦式交变电流的一半和反向脉冲电流组合而成，则这种交变电流的有效值为(　　) A.I0　　　　　　　　　 B.I0 C.I0 D.I0 [解析]　由i t图像知交变电流的周期T＝2 s。一个周期内，前半个周期电流的有效值I1＝，后半个周期电流的有效值：I2＝I0。设交变电流的有效值为I，据交变电流有效值的定义有I2RT＝IR＋IR＝2R＋IR，解得I＝I0。故选项C正确。 [答案]　C 核心素养·思维升华 　　(1)U＝、I＝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。 　　(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)