3.2交变电流的描述-2022-2023学年高二物理素养提升学案（人教版2019选择性必修第二册）

选择性必修二学案 第三章 交变电流 2　交变电流的描述 一、新课标要求 1．知道描述交变电流的峰值、瞬时值、平均值、周期、频率等物理量，并理解这些物理量的意义。知道交变电流的周期、频率、角速度三者间的关系。 2．理解交变电流有效值的含义，会根据有效值的定义求交变电流的有效值。 3．会用正弦式交变电流的公式和图像解决周期、频率、峰值、瞬时值和有效值的相关问题。 二、科学素养要求 1.物理观念：描述交变电流的物理量。 2.科学思维：体会根据有效值的定义求交变电流的有效值的方法，培养归纳总结、分析推理能力。 3.科学探究：通过正弦式交变电流的产生、公式和图像，学会获取和处理信息。 4.科学态度与责任：培养科学精神和实事求是的科学态度，培养探究科学的兴趣。 三、教材研习 知识点一　周期和频率 [情境导学] 右图为线框在磁场中转动产生交变电流的示意图。 图中电流表指针左、右摇摆说明了什么问题？ 提示：说明了线框在磁场中转动产生的交变电流具有周期性。 [知识梳理] 1．周期 交变电流完成一次周期性变化所需的时间，叫作交变电流的周期，通常用T表示，单位是秒。 2．频率 交变电流完成周期性变化的次数与所用时间之比，叫作交变电流的频率，通常用f表示，单位是赫兹。 3．角速度ω (1)定义：产生交变电流的线圈单位时间内转过的角度。 (2)单位：弧度每秒(rad/s)。 (3)意义：角速度越大，则交变电流变化越快。 4．周期(T)、频率(f)及角速度(ω)之间的关系 (1)周期和频率之间的关系为T＝或f＝。 (2)角速度与周期、频率之间的关系为ω＝＝2πf。 5．转速n (1)定义：产生交变电流的线圈单位时间内转过的圈数。 (2)单位：转每秒(r/s)。 (3)意义：转速越大，交变电流变化越快。 6．我国民用交变电流的周期和频率 (1)周期：T＝0.02 s。 (2)频率：f＝50 Hz。 [初试小题] 1．判断正误。 (1)各国交变电流的周期都是0.02 s。(×) (2)若交变电流是线圈在匀强磁场中匀速转动形成的，则交变电流的周期也是线圈做圆周运动的周期。(√) (3)我国提供市电的发电机转子的转速为3 000 r/min。(√) (4)交变电流的周期越大，交变电流变化就越快。(×) 2．[多选]一矩形线圈在匀强磁场中以角速度4π rad/s匀速转动，产生的交变电动势的图像如图所示，则(　　) A．交变电流的频率是4π Hz B．当t＝0时，线圈平面与磁感线垂直 C．当t＝0.5 s时，e有最大值 D．交变电流的周期是0.5 s 知识点二　峰值和有效值 [情境导学] 如图1、2所示，两个电炉烧水，设其他条件都相同，水的质量相等，水的初温相同。若I＝3 A的恒定电流用10分钟把水烧开，而交变电流也用10分钟把水烧开。 (1)两种情况的通电时间内，电阻产生的热量相同吗？ (2)交变电流的有效值是多少？ 提示：(1)产生的热量相同。 (2)恒定电流3 A能等效替代交变电流计算热量，所以交变电流的有效值为3 A。 [知识梳理] 1．峰值 (1)定义：交变电流的电压、电流所能达到的最大数值。 (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，如果在交变电流的一个周期内它们产生的热量相等，则把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)应用 ①交流用电设备上所标的额定电压和额定电流都是有效值。 ②交流电压表测量的数值为有效值。 ③无特别说明时，提到的交变电流的数值为有效值。 3．正弦式交变电流的有效值与峰值的关系 (1)电动势的有效值：E＝＝0.707Em。 (2)电流的有效值：I＝＝0.707Im。 (3)电压的有效值：U＝＝0.707Um。 [初试小题] 1．判断正误。 (1)交变电流的有效值即为一个周期内的平均值。(×) (2)我国民用交变电流的照明电压为220 V,220 V是指有效值。(√) (3)交变电流的有效值总是小于峰值。(×) (4)交变电流的峰值为有效值的 倍。(×) 2．下列说法正确的是(　　) A．使用交流电的用电器铭牌上所标示的额定电压、额定电流的数值均为最大值 B．用交流电流表和电压表测得的数值是瞬时值 C．照明电路电压220 V指的是有效值 D．所有交变电流的有效值和最大值之间均存在E＝、U＝和I＝的关系 知识点三　正弦式交变电流的公式和图像 [情境导学] 通过上节的学习，我们知道正弦式交变电流的表达式为u＝umsin ωt，i＝Imsin ωt。 将正弦式交变电流的有效值U＝，I＝以及ω＝代入后写出正弦式交变电流的表达式。 提示：u＝Usint，i＝Isint。 [知识梳理] 物理量 函数表达式 图像 峰值和有效值的