第3章 第2节 描述交变电流的物理量（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（粤教版2019）

第二节　描述交变电流的物理量 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：交变电流完成一次周期性变化的时间称为交变电流的周期，用T表示，单位是秒(s)。 2．频率：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；用f表示，单位是赫兹(Hz)。 3．物理意义：描述交变电流做周期性变化快慢的物理量。 4．ω、T、f的关系：ω＝＝2πf；T＝或f＝。 二、峰值和有效值 1．峰值 (1)定义：交变电流在一个周期内所能达到的最大数值，电动势、电流和电压的峰值分别用Em、Im、Um表示。 (2)应用：交变电压的峰值不能超过电容器、二极管等元器件所能承受的最大电压。 2．有效值 (1)定义：让交变电流和恒定电流分别通过相同阻值的电阻，如果在交变电流的一个周期内它们产生的热量相等，那么这一恒定电流的数值称为交变电流的有效值。交变电流的电动势、电流和电压的有效值分别用E、I和U表示。 (2)应用： ①使用交变电流的电气设备上所标注的额定电压和额定电流的数值； ②交流电流表、交流电压表等电气仪表测出的数值。 (3)正弦式交变电流峰值和有效值的关系： ①E＝＝0.707Em，②I＝＝0.707Im，③U＝＝0.707Um。 三、用图像描述交变电流 e-t图像 i-t图像 u-t图像 (1)由瞬时值表达式可以确定最大值、周期、频率，并可画出交变电流的图像。 (2)由图像也可以确定最大值、周期、频率，并可写出瞬时值表达式。　　 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。 3．如图甲所示是某种型号的电热毯的电路图，电热毯接在交变电源上，通过装置P使加在电热丝上的电压的波形如图乙所示。此时接在电热丝两端的交流电压表的读数是多少？ 提示：根据·T＝· 解得U＝155.5 V。 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)通过电流表的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]