第3章 第2节 正弦交变电流的描述（Word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第二册（教科版2019）

第2节　正弦交变电流的描述 核心素养导学 物理观念 (1)知道交变电流周期、频率的含义及二者之间的关系。 (2)知道峰值和有效值的含义及二者之间的关系。 (3)了解我国家庭电路的频率和电压的有效值，知道家用电器的电压和电流的额定值是有效值。 科学思维 (1)能结合交变电流的公式和图像识别周期(频率)、峰值，会用周期(频率)、峰值等物理量通过函数表达式和图像来描述交变电流。 (2)经历根据电流的热效应推导交变电流的有效值的过程。 科学探究 通过课前预习，培养基于问题进行猜想假设的能力。 科学态度与责任 体悟物理中的研究方法和科学思想上的一致性，感悟物理的统一之美。 一、周期和频率 1．周期和频率的物理意义：表征交变电流变化快慢的物理量。 2．周期：做一次周期性变化所需的时间，用符号T表示，单位是s。 3．频率：完成周期性变化的次数与所用时间的比，用符号f表示，单位是Hz。 4．T、f、ω的关系：T＝或f＝，ω＝＝2πf。 5．工频：电力系统提供的正弦交流电的频率，我国使用的频率标准为50 Hz。 二、峰值　有效值 1．峰值 (1)定义：交变电流的电流或电压的最大值，表示电流的强弱或电压的高低。 (2)应用：电容器所能承受的电压要高于交流电压的峰值，否则电容器就可能被击穿。 2．有效值 (1)定义：如果交流电与某一直流电通过同一电阻，在交流电的一个周期内产生的热量相等，则这个直流电的电流和电压值，就分别称为相应交流电电流和电压的有效值。通常用符号I和U表示。 (2)正弦式交变电流峰值和有效值的关系：I＝，U＝。 (3)应用： ①平常所说的交流电的电压和电流值，指的都是有效值。 ②交流电流表和交流电压表表盘上标示的数值是有效值。 ③利用焦耳定律Q＝I2Rt计算焦耳热时，式中的I是交变电流的有效值。 1.如图是手摇交流发电机模型，判断下列说法是否正确。 (1)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就是线圈匀速转动的周期。(√) (2)若交变电流的周期T＝0.02 s，则其频率为f＝50 Hz。(√) (3)若交变电流的周期T＝0.02 s，则发电机转子的角速度ω＝100π rad/s。(√) 2．如图所示，将一个恒定电流和一个交变电流分别通过同一个灯泡。 若发现两种情况下小灯泡的亮度是相同的，则说明所通过的恒定电流和交变电流间存在怎样的关系？ 提示：恒定电流的值等于交变电流的有效值。 新知学习(一)|描述交变电流的物理量 [任务驱动] 如图，线圈在磁场中匀速转动的转速为n。 (1)通过电流表交变电流的周期和频率是多少？ (2)当线圈转速增大时，周期和频率怎样变化？ 提示：(1)频率f＝n，周期T＝。 (2)转速增大时，周期减小，频率增大。　　　　 [重点释解] 1．周期、频率与角速度、转速之间的关系 决定正弦式交变电流周期和频率大小的因素是发电机转子转动的角速度ω(单位为 rad/s)，有时也用转速n(单位为 r/s)来描述。 T、f与ω、n之间的关系是T＝＝，ω＝2πf＝2πn。 2．交变电流的周期 我国工农业生产和生活所用的交变电流，周期是0.02 s，频率是50 Hz，电流方向每秒改变100次。打点计时器所用的交变电流，频率是50 Hz，周期是0.02 s，所以打点计时器每隔0.02 s打一次点。 [典例体验] [典例]　(多选)一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴转动，形成如图所示的交变电动势图像，根据图像提供的信息，以下说法正确的是(　 ) A．线圈转动的角速度为 rad/s B．电动势的最大值为20 V C．t＝1.0×10－2s时，线圈平面和磁场方向的夹角为30° D．t＝1.5×10－2s时，穿过线圈平面的磁通量最大 [解析]　周期T＝6×10－2s，角速度ω＝＝ rad/s，A正确；由题图可知电动势的最大值为20 V，B正确；电动势的瞬时值表达式为e＝20sint(V)，将t＝1.0×10－2s代入t，解得转过的角度θ＝，这是线圈从中性面开始转过的角度，故线圈平面和磁场方向的夹角为30°，C正确；t＝1.5×10－2 s时，线圈平面与磁场平行，磁通量最小，D错误。 [答案]　ABC /方法技巧/ (1)线圈转动一周，交变电流恰好完成一次周期性变化。 (2)从线圈转动的角度来说，周期就是线圈在磁场中转动一周所用的时间；频率就是线圈在磁场中单位时间内转动的圈数。 (3)线圈在匀强磁场中转动一周，电动势、电流都按正(余)弦规律变化一次。 [针对训练] 1．关于交变电流的周期和频率，下列说法中正确的是(　 ) 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．50 H