(教用word)第3章 第1节 交变电流的特点-【提分教练】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第二册(鲁科版2019)

第1节　交变电流的特点 学业要求＋核心素养 1．知道恒定电流、交变电流的特点，并会区分。(物理观念) 2．知道交变电流的周期、频率以及它们之间的关系。(物理观念) 3．理解交变电流的最大值和有效值，能利用有效值的定义计算常见交变电流的有效值。(科学思维) 一、恒定电流和交变电流的比较 1．基础梳理 (1)恒定电流：电源有正负极，电流大小和方向不随时间变化。 (2)交变电流：电源没有正负极，电流大小和方向随时间周期性变化。 2．尝试探究 准备学生示波器1台，学生电源1台、交流电压表1只、1.5V电池1节、导线若干。将1.5V电池接入示波器的输入端，观察并记录电流波形如图甲所示。将学生电源的交流输出电压调节至1.5V，接入示波器的输入端，观察并记录电流波形如图乙所示。 　　　　 甲　　　　　　　　　　乙 (1)比较两种电流波形特点，说说它们有什么区别？ 提示：直流电源提供的电流大小和方向都不随时间变化；交流电源提供的电流大小和方向随时间做周期性变化。 (2)观察一下交变电流的图像有什么规律。 提示：电流的大小和方向随时间按照正弦规律变化，这种电流叫作正弦式交变电流。 (3)想一想：是不是所有的交变电流都是按照正弦规律变化呢？ 提示：不是，如图所示。 二、交变电流的周期和频率 1．基础梳理 (1)周期：交变电流完成一次周期性变化所需要的时间，用符号T表示，单位是秒(s)。 (2)频率：交变电流在1s内完成周期性变化的次数，用符号f表示，单位是赫兹(Hz)。 (3)关系：f＝。 2．尝试探究 (1)电磁打点计时器接到干电池上怎样调整也不打点，而接到学生电源的低压交流挡上就顺利打点，每隔0.02 s打一个点。打点计时器为什么打点时间间隔为0.02 s？其时间间隔由什么决定？ 提示：电磁打点计时器的打点频率与工作电流频率相同，学生电源的低压交流挡的频率为50 Hz，所以打点计时器的打点时间间隔T＝＝0.02 s；时间间隔由电源的频率决定。 (2)那你知道我国使用的交流电的频率和周期是多少吗？ 提示：我国使用的交流电的周期是0.02s，频率是50Hz。 三、交变电流的最大值和有效值 1．基础梳理 (1)最大值：交变电流在1个周期内所能达到的电压和电流的最大值叫作交变电流的最大值，又称峰值。交变电流的电流、电压的峰值分别用Im和Um表示。 (2)有效值：让交变电流和恒定电流分别通过相同阻值的电阻，如果它们在相同时间内产生的热量相等，则该恒定电流的数值就叫作交变电流的有效值。交变电流的电流、电压的有效值分别用I、U表示。 (3)正弦式交变电流的有效值和最大值的关系 U＝≈0.707Um，I＝≈0.707Im。 2．尝试探究 如图所示，用电炉烧水，设其他条件都相同，水的质量相等，水的初温相同。若恒定电流用10 min 把水烧开，而交变电流也用10 min把水烧开。 (1)两种情况的通电时间、电阻产生的热量相同吗？ 提示：相同。 (2)图中交变电流的有效值是多少？ 提示：3 A。 (3)交变电流的有效值是根据什么定义的？定义中包含三个“相同”具体指的是什么？ 提示：交变电流的有效值是根据电流的热效应来定义的；定义中应特别注意三个“相同”，即相同电阻、相同时间、相同热量。 (4)具体说明一般在什么情况下需要用有效值？ 提示：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。 (5)探讨求解有效值的一般方法。 提示：①首先要分析交变电流的变化规律，正弦式交变电流的最大值和有效值的关系是I＝，U＝，非正弦式交变电流一般不符合此关系。 ②对于非正弦式交变电流，可在一个周期内分段求出产生的热量，再求出热量的总和Q。将总热量Q用相应的物理量I或U来表示，则I或U为其交变电流的有效值。 1．判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)交变电流的周期越大，交变电流的变化就越快。 (　　) ×　提示：交变电流的周期越大，交变电流的变化就越慢。 (2)交变电流在1 s内电流方向变化的次数就是它的频率。 (　　) ×　提示：交变电流在1 s内电流方向变化的次数是它的频率的2倍。 (3)交变电流的有效值就是一个周期内的平均值。 (　　) ×　提示：有效值和平均值物理意义不同，有效值不等于平均值。 (4)交变电流的峰值可以用来表示电流的强弱或电压的高低。 (√) 2．如图所示的各图像中表示交变电流的是(　　) A　　　　B　　　　C　　　　D D　解析：A、B、C三图像中，虽然电流大小随时间做周期性变化，但方向不变，故不是交变电流；D图中，电流的大小、方向均做周期性变化，是交变电流，故选D。 3．2 A的直流电流通过电阻R时，t时间内产生的热量为Q。现让一正弦式交变电流通过电阻R，若2t时间内产生的热量为Q，则该交变电流的最大值为