第3章 2.交变电流的描述-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修 第二册同步课堂高效讲义教师用书（人教版）

2.交变电流的描述 【学习目标】 学科知识 学科能力 学科素养 1.周期和频率的理解 2．峰值和有效值的理解 3．交变电流图像的理解 1.知道描述交变电流的物理量，理解其物理意义，并会进行计算 2．能灵活利用交变电流有效值的定义来求其有效值 3．知道正弦式交变电流有效值与峰值的关系 4．掌握描述正弦式交变电流的公式和图像两种方式 1.物理观念：交变电流进行周期性变化，需用周期、频率、峰值、有效值描述其变化规律 2．科学思维：会用有效值的定义进行计算，并且知道它描述的是交变电流的热效应 3．科学探究：体会有效值的推导过程，其中运用了类比、等效等物理方法 知识点一　周期和频率 如图所示，交变电流的周期是多少？在1 s内完成多少次周期性变化？其频率是多少？ 提示：周期是0.02 s；在1 s内完成50次周期性变化；频率是50 Hz。 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)：交变电流完成周期性变化的次数与所用时间之比。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．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。 5．角速度与周期、频率及转速的关系：ω＝＝2πf＝2πn。 1．关于交变电流的周期和频率，下列说法正确的是(　　 ) A．正弦式交变电流最大值连续出现两次的时间间隔等于周期 B．1 s内交变电流出现最大值的次数等于频率 C．交变电流方向变化的频率为交变电流频率的2倍 D．频率为50 Hz的交变电流，其周期等于0.05 s C　[根据周期的定义知A、B错误；因为在一个周期的时间内，交变电流会出现正向和负向最大值各一次，相邻两个峰值的时间间隔为半个周期，所以交变电流在一个周期内方向改变两次，即方向变化的频率为交变电流频率的2倍，C正确；周期T＝＝ s＝0.02 s，D错误。] 2.(2022•吉林长春高二期末)矩形金属线圈共10匝，绕垂直磁场方向的转轴在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生的交流电动势e随时间t变化的情况如图所示。下列说法中正确的是(　　) A．此交流电的频率为0.2 Hz B．此交流电动势的有效值为1 V C．t＝0.1 s时，线圈平面与磁场方向平行 D．t＝0.1 s时，通过线圈的磁通量最大 D　[由题图知周期T＝0.2 s，所以频率f＝＝5 Hz，故A错误；由题图知电动势最大值是1 V，所以此交流电动势的有效值为U有＝＝ V，故B错误；t＝0.1 s时，电动势为零，线圈平面与磁场方向垂直，磁通量最大，故C错误，D正确。] 3．(多选)某正弦式交流电的方向在1 s内改变100次，则周期T和频率f分别是(　　)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 A．T＝0.01 s B．T＝0.02 s C．f＝50 Hz D．f＝100 Hz BC　[交变电流在一个周期内方向改变两次，1 s内电流的方向改变100次，知经历了50个周期，则T＝ s＝0.02 s，频率f＝＝50 Hz，故B、C正确，A、D错误。] 学生用书↓ 第76页 对交变电流的周期和频率的理解 1．周期和频率是描述交变电流变化快慢的物理量。 2．产生交变电流的线圈转动一周，交变电流恰好完成一次周期性变化。 3．交变电流的周期就是线圈在磁场中转动一周所用的时间；频率就是1 s内线圈在磁场中转动的圈数。 知识点二　峰值和有效值 如图甲、乙所示，同样的电炉分别使用恒定电流和交变电流烧水，设水的质量相等、初温相同，忽略热量散失。若使用恒定电流10分钟把水烧开，使用交变电流同样用10分钟把水烧开。 (1)两种情况下电阻、通电时间、产生的热量相同吗？ (2)该交变电流与4 A的恒定电流产生的效果相同吗？ (3)该交变电流相当于多大的恒定电流？怎样描述这种效果的意义？ 提示：(1)都相同　(2)相同　(3)4 A　交变电流的有效值 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，而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)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。 (3)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。 【判断正误】 1．正弦式交变电