第3章 第2节 交变电流的描述(Word教师用书)-【状元桥·优质课堂】2022-2023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 [学习目标] 1.知道交变电流周期、频率的含义及二者之间的关系(物理观念).2.知道峰值和有效值的含义及二者之间的关系(物理观念).3.能用图像识别周期、频率、电流(电压)的峰值(科学思维).4.经历根据电流的热效应推导交变电流有效值的过程，体会“等效”的科学方法(科学探究).5.了解我国家庭用电的频率和电压的有效值．知道家用电器的电压与电流的额定值是有效值(科学态度与责任).6.知道电感和电容对交流电的影响(物理观念)． 知识点一　周期和频率 1．周期：交变电流完成一次周期性变化的时间，通常用T表示． 2．频率：交变电流完成周期性变化的次数与所用时间之比，通常用f表示． 3．(1)周期与频率的关系：T＝. (2)周期与角速度的关系：T＝. 知识点二　峰值和有效值 1．峰值：交变电流的峰值Im或Um可以用来表示电流的强弱或电压的高低，如把电容器接在交流电路中，就需要知道电压的峰值. 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，如果在交变电流的一个周期内它们产生的热量相等，而这个恒定电流的电流与电压分别为I、U，就把I、U叫作这一交变电流的有效值． (2)应用 家用电路的电压是220 V，是指有效值；使用交流的电气设备上，标出的额定电压和额定电流都是有效值，一般交流电压表测量的数值也是有效值.以后提到的交变电流的数值，凡没有特别说明的，都指有效值. 3．正弦式交变电流的有效值I、U与峰值Im、Um之间的关系 I＝. U＝. 知识点三　电感器和电容器对交变电流的作用 1．感抗：线圈接入交流电路时，由于线圈与交变电流之间的电磁感应作用所引起的阻碍作用． 说明：线圈的自感越大，交流的频率越高，线圈的感抗就越大． 2．交流电能够通过电容器 当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． 3．容抗：电容器对交流阻碍作用的大小． 说明：电容器的电容越大，交流的频率越高，电容器对交流的阻碍作用就越小，即容抗越小． 1．判断下列说法的正误． (1)各国交变电流的周期都是0.02 s．(×) (2)我国提供市电的发电机转子的转速为3 000 r/min.(√) (3)一个正弦式电流的峰值与周期、频率一样是不变的，但有效值是随时间不断变化的．(×) (4)只要是交变电流，其峰值就是有效值的倍．(×) 2．如图所示是一个正弦式交变电流的图像，下列说法正确的是(　　) A．周期是0.2 s，电流的峰值是10 A B．周期是0.15 s，电流的峰值是10 A C．频率是5 Hz，电流的有效值是10 A D．频率是0.2 Hz，电流的有效值是7.07 A 答案　A 解析　由图像可知T＝0.2 s，Im＝10 A，故频率f＝＝5 Hz，有效值I＝＝5 A≈7.07 A，选项A正确． 考点一　对描述交变电流物理量的理解 【例题1】 如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速，绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图像如图乙中曲线a、b所示，则(　　) A．两次t＝0时刻线圈平面均与磁场方向平行 B．曲线a、b对应的线圈转速之比为3∶2 C．曲线a表示的交变电动势频率为50 Hz D．曲线b表示的交变电动势有效值为10 V 思维导引：(1)由E＝n知，t＝0时，线圈位于中性面，Φ最大，＝0，E＝0；(2)转速之比等于频率之比；(3)由Em＝NBSω＝NBS·2πn知，同一线圈以不同转速在同一磁场中转动时，Em之比等于转速n之比． 答案　B 解析　在t＝0时刻瞬时电动势为零，则磁通量最大，线圈平面均与磁场方向垂直，线圈一定处在中性面上，选项A错误；由题图可知，a的周期为4×10－2 s，b的周期为6×10－2 s，则由转速n＝可知，转速与周期成反比，故转速之比为3∶2，选项B正确；曲线a的交变电流的频率fa＝＝25 Hz，选项C错误；曲线a和b对应的线圈转速之比为3∶2，曲线a表示的交变电动势最大值是15 V，根据Em＝NBSω＝NBS·2πn得，曲线b表示的交变电动势最大值是10 V，而Eb＝＝5 V，选项D错误． 1．线圈转动一周，交变电流恰好完成一次周期性变化． 2．从线圈转动的角度来说，周期就是线圈在磁场中转动一周所用的时间；频率就是线圈在磁场中一秒钟内转动的圈数． 3．线圈在匀强磁场中转动一周，电动势、电流都按正(余)弦规律变化一次． 【变式1】 小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速运动，产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图所示．此线圈与一个R＝10 Ω的电阻构成闭合电路．不计电路的其他电阻，下列说法正确的是(　　) A．交变电流的周期为0.125 s B．交变电流的频率为8 Hz