第3章 2 交变电流的描述-【精讲精练】2023-2024学年高中物理选择性必修第二册人教版（教师用书）

2　交变电流的描述 [学业要求] 1．掌握交变电流的周期、频率、线圈转动角速度三者之间的关系。 2．能理解电流的有效值，知道有效值是与热效应有关的量。 3．掌握正弦式交变电流有效值与峰值的关系，会进行有效值的计算。 4．理解交变电流的图像意义，能从图像中获取相关信息。 5．了解电感、电容对交变电流的作用。 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)：交变电流在单位时间内完成__周期性__变化的次数。 3．T＝或f＝，T＝。 二、峰值和有效值 阅读教材，并回答。 1．根据教材图3.2­2，回答“思考与讨论”中的问题。 答：(1) 通电1 s内电阻R中产生的热量：Q＝IRt1＋IRt2＝12×1×0.4＋22×1×0.6＝2.8 J。 (2) 由Q＝I2Rt，得I＝＝A＝1.67 A。 2．若把求得的电流1.67 A叫做图示交变电流的有效值，你能说出交变电流有效值的定义吗？ 答：见教材 [概念·规律] 1．峰值：交变电流的电压、电流能达到的__最大值__叫作峰值。 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__相同，则此恒定电流的数值叫作交变电流的有效值。 (1)正弦式交变电流有效值和峰值的关系： U＝__Um__＝0.707Um，I＝__Im__＝0.707Im。 (2)应用：电气设备铭牌上标注的额定电压、额定电流都是有效值，交流电压表和交流电流表测量的也是__有效值__。 三、正弦式交流电的公式和图像 1．正弦式交流电的公式 e＝__Emsin_ωt__　Em＝__NBSω__。 u＝__Umsin_ωt__　Um＝____。 i＝__Imsin_ωt__　Im＝____。 2．交变电流的图像 (1)正弦式交变电流随时间变化的图像是一条__正弦__曲线，如图所示。从图中可以知道正弦式交变电流的__最大值__Im和__周期T__。 (2)交变电流的共同特点是__方向__做周期性变化，大小可以变，也可以不变。 四、电感器和电容器对交变电流的作用 1．电感器对交变电流的阻碍作用 (1)电感器的感抗是由线圈与__变化的电流__的电磁感应作用所引起的阻碍作用，是表征电感器对交变电流的__阻碍作用大小__的物理量。 (2)线圈的自感系数越__大__，交流电的频率越__高__，电感线圈对交变电流的阻碍作用越大。 (3)电感线圈在电路中的作用：通__直__流，阻__交__流；通__低__频，阻__高__频。 2．电容器对交变电流的阻碍作用 (1)电容器接到交流电源两端时，由于电容器两端电压不断变化而不断地__充电__和__放电__，电路中就有了充、放电的电流，表现为交流“__通过__”了电容器。 (2)电容器的电容越__大__，交流电的频率越__高__，电容器对交变电流的阻碍作用越__小__。 (3)电容器在电路中的作用：通__交__流，隔__直__流；通__高__频，阻__低__频。 探究点一　交变电流的有效值的理解与计算 [交流讨论] 1．交变电流的有效值是根据什么定义的？如何求非正弦式交变电流的有效值？ 答：电流的热效应　根据有效值的定义 2．本节教材“练习与应用”第7题 ，求该交变电流的有效值。 答：根据有效值的概念可知(4)2R·＋(3)2R·＝I2RT，解得I＝5 A。 [归纳总结] 1．对有效值的理解 (1)交变电流的有效值是根据电流的热效应定义的，理解有效值重点在“等效”，“效果相同”在定义中体现为相同电阻、相同时间、产生相同热量，交变电流与多大的直流“效果”相同，有效值就是多大。 (2)如果没有特别说明，交变电流的电压、电流以及用电器上标出的额定电压、额定电流，都是指其有效值。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。 2．有效值的两种计算方法 (1)特殊值法：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)定义法：当电流是非正弦式交变电流时，必须根据有效值的定义求解。 3．几种常见交变电流的有效值 电流名称 电流图线 有效值 正弦式交变电流 I＝ 正弦半波电流 I＝ 正弦单向脉动电流 I＝ 矩形脉动电流 I＝ 　如图所示的交变电流由正弦式交变电流的一半和反向脉冲电流组合而成，则这种交变电流的有效值为(　　) A．I0　　　　　　　　 B．I0 C．I0 D．I0 [解析]　由i ­t图像知交变电流的周期T＝2 s。一个周期内，前半个周期电流的有效值I1＝，后半个周期电流的有效值I2＝I0。设交变电流的有效值为I，据交变电流有效值的定义有I2RT＝IR·＋IR·＝R·＋