3.2 交变电流的描述-2022-2023学年高二物理精讲与精练高分突破考点专题系列（人教版2019选择性必修第二册）

3.2：交变电流的描述 一：知识精讲归纳 考点一、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)：周期的倒数叫作频率，数值等于交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数． 3．周期和频率的关系：T＝或f＝. 4．角速度与周期、频率的关系：ω＝＝2πf. 二、峰值和有效值 1．峰值：交变电流的电压、电流能达到的最大数值叫峰值．电容器所能承受的电压要高于交流电压的峰值，否则电容器就可能被击穿． 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等，则此恒定电流的数值叫作交变电流的有效值． 3．在正弦式交变电流中，最大值与有效值之间的关系 E＝＝0.707Em，U＝＝0.707Um，I＝＝0.707Im 三、正弦式交变电流的公式和图像 1．正弦式交变电流的公式和图像可以详细描述交变电流的情况．若线圈通过中性面时开始计时，交变电流的图像是正弦曲线． 2．若已知电压、电流最大值分别是Um、Im，周期为T，则正弦式交变电流电压、电流表达式分别为u＝Umsin t，i＝Imsin t. 技巧归纳 有效值的理解计算 1．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，与电流的方向无关． (2)“等效”理解：相同电阻、相同时间，产生相同热量．交变电流与多大的直流电“效果”相同，有效值就是多大． 2．有效值的计算方法 (1)分段计算交变电流在一个周期内产生的热量Q. (2)让直流电流(实际上是恒定电流)通过相同的电阻，在交变电流一个周期内产生的热量等于Q.如Q＝I2RT或Q＝T，相对应的I、U即为交变电流、电压的有效值． 3．几种常见交变电流的有效值 交变电流名称 交变电流图象 有效值 正弦式交变电流 U＝Um 正弦半波交变电流 U＝Um 正弦单向脉冲电流 U＝ 矩形脉冲电流 U＝Um 非对称性交变电流 U＝ 交变电流的“四值”对比 物理含义 重要关系 适用情况 瞬时值 交变电流某一时刻的值 e＝Emsinωt i＝Imsinωt 计算线圈某一时刻的受力情况 最大值 最大的瞬时值 Em＝NBSω Im＝ 确定用电器的耐压值 有效值 跟交变电流的热效应等效的恒定电流值 E＝ U＝ I＝ (1)计算与电流热效应相关的量(如功率、热量) (2)交流电表的测量值 (3)电气设备标注的额定电压、额定电流 (4)保险丝的熔断电流 平均值 交变电流图象中图线与时间轴所夹面积与时间的比值 E＝n I＝ 计算通过电路截面的电荷量 二：考点题型归纳 题型一：交变电流的频率和峰值 1．（2022·山东·肥城市第一高级中学高二期末）如图所示，空间中分布着磁感应强度大小为B的匀强有界磁场，EF是其左边界，一面积为S的n匝圆形金属线框垂直于磁场放置，圆形线圈的圆心O在EF上，若线框以角速度ω绕EF匀速转动，并从图示位置开始计时，则（　　） A．t=时，线框中的感应电流最大 B．t=时，穿过线框的磁通量最大 C．线框中产生的交变电动势的最大值为 D．线框中产生的交变电动势的有效值为 2．（2022·全国·高二课时练习）如图所示，单匝矩形线圈ab边长为20cm，bc边长为10cm，绕垂直于磁场方向的轴OO′匀速转动，转速为，若磁感应强度为0.1 T，线圈电阻为1Ω，从中性面处开始计时，则（　　） A．转动过程中，线圈中磁通量的变化率恒定 B．1s内线圈中电流方向改变100次 C．线圈中感应电流的瞬时值表达式为 D．线圈消耗的电功率为 3．（2022·陕西渭南·高二期末）如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁场垂直的转轴匀速转动，产生的交变电动势的图像如图乙所示，则（　　） A．t=0.005s时，线框平面与中性面重合 B．线框产生的交变电动势频率为50Hz C．t=0.01s时，线框的磁通量变化率最大 D．线框产生的交变电动势有效值为311V 题型二：交变电流的瞬时值 4．（2022·河北·衡水市第二中学高二期中）一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图所示。由图可知（　　） A．该交流电的电压瞬时值的表达式为u=100sin（100πt）V B．该交流电的频率为25Hz C．该交流电的电压有效值为100V D．若将该交流电压加在阻值R=100Ω的电阻两端，则电流为1A 5．（2022·江苏·常熟市尚湖高级中学高二期中）一个矩形线圈在匀强磁场中转动，产生的感应电动势按正弦规律变化，其瞬时值，下列说法中不正确的是（　　） A．频率是50Hz B．当t=0时，线圈平面与中性面重合 C．当时，e的值最大，为 D．线圈转动的角速度为314rad/s 6．（2022·黑龙江·