3.2 交变电流的描述-【帮课堂】2022-2023学年高二物理同步精品讲义（人教版2019选择性必修第二册）

3.2交变电流的描述 基础导学 要点一、周期和频率 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：ω＝＝2πf，T＝或f＝。 5．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。 ω＝100π rad/s，电流方向每秒钟改变100次。 要点二、峰值、有效值和相位 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相同的电阻，如果它们在交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，叫作这个交流的有效值。 (2)应用 ①交流用电设备上所标的额定电压和额定电流； 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＝。 要点突破 突破一：有效值的理解及计算 1．有效值的理解 交变电流的有效值是根据电流的热效应来定义的．让交变电流与恒定电流分别通过相同的电阻，如果在相同的时间内它们产生的热量相等，而这个恒定电流是I、电压是U，我们就把I、U叫做这个交变电流的有效值． (1)理解交变电流的有效值要注意三同：电阻相同，时间相同，产生热量相同． (2)通常所说的交变电流的电流、电压；交变电流电表的读数；交变电流用电器的额定电压、额定电流；保险丝的熔断电流等都是指有效值．在没有具体说明的情况下，所给出的交流电的数值都指有效值． 2．有效值的两种计算方法 (1)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)当电流是非正弦交变电流时，必须根据有效值的定义求解． 突破二：瞬时值、最大值、有效值、平均值区别与联系 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＝Emsin ωt i＝Imsin ωt 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＝ Im＝ (正弦式交变电流) (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 ＝n ＝ 计算通过电路截面的电荷量 典例精析 题型一：交变电流有效值的计算 例一．如图所示为一交变电流的图象，则该交变电流的有效值为多大？ 变式迁移1：如图所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为B。电阻为R、半径为L、圆心角为45°的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O轴以角速度ω匀速转动(O轴位于磁场边界)。则线框内产生的感应电流的有效值为(　　) A.　　　　 B. C. D. 题型二：交变电流四值的区分与计算 例二．如右图所示，在匀强磁场中有一个内阻r＝3 Ω、面积S＝0.02 m2的半圆形导线框可绕OO′轴旋转．已知匀强磁场的磁感应强度B＝ T．若线框以ω＝100 π rad/s的角速度匀速转动，且通过电刷给“6 V,12 W”的小灯泡供电，则： (1)若从图示位置开始计时，求线框中感应电动势的瞬时值表达式； (2)从图示位置开始，线框转过90°的过程中，流过导线横截面的电荷量是多少？该电荷量与线框转动的快慢是否有关？ (3)由题所给已知条件，外电路所接小灯泡能否正常发光？如不能，则小灯泡实际功率为多大？ 变式迁移2：一正弦交变电流的电压随时间变化的规律如图所示．由图可知(　　) A．该交变电流的电压瞬时值的表达式为u＝100 sin 25t V B．该交变电流的频率为25 Hz C．该交变电流的电压的有效值为100 V D．若将该交流电压加在阻值R＝100 Ω的电阻两端，则电阻消耗的功率为50 W 强化训练 1、 选择题 1、如图甲所示为一台小型发电机构造示意图。当线圈转动时，产生的电动势随时间变化的图像如图乙所示。发电机线圈的内阻为，外接灯泡的电阻为，则（       ） A．电压表的示数为 B．电流表的示数一直变化 C．小灯泡的功率为 D．在时刻，穿过线圈的磁通量最大 2、如图甲所示为交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向匀强磁场，A为理想电表。单匝线框绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，线框中的磁通量随时间t变化的关系如图乙所示。已知电阻R=10Ω，其余电阻忽略不计，下列判断正确的是（