3.2交变电流的描述-2023-2024学年高二物理备课必备讲义（人教版2019选择性必修第二册）

第三章 交变电流 第2节 交变电流的描述 【科技前沿】风力发电车转一圈发多少度电 国内常用的风力发电机，功率大概在2000KW，在风力较好的情况下，每个设备转动一圈大概能发2度电。按照0.6元一度电计算，一圈下来能够达到1.2元的收益。抛去成本的话，转动一圈的净利润能够达到0.6元，也就是说，一台达到2000KW的风力发电机，一年下来能够达到百万的利润。 风力发电机是把风能转换为机械功，机械功带动转子旋转，最终输出交流电的电力设备，它的工作原理比较简单，是一种以太阳为热源，以大气为工作介质的热能利用发电机。作为动力源替代人力、畜力对生产力的发展发挥着重要的作用，风力发电往往没有燃料难题，一般不会产生辐射或空气污染。发电机类型有异步型、同步型、水平轴、垂直轴。 【核心素养目标】 物理观念 知道交变电流的周期、频率的概念，掌握T、f、ω之间的关系. 科学思维 理解交变电流的峰值、有效值的概念，会根据电流的热效应计算电流的有效值. 科学探究 理解正弦式交变电流的公式和图像． 科学态度与责任 能利用交变电流的规律解决生活生产中的问题 知识点一　周期和频率 【情境导入】 如图为我国照明电路的u－t图像． (1)计算其周期和频率，每秒电流改变多少次方向？ (2)交变电流的周期和频率跟发电机转子的角速度ω或转速n有什么关系？试写出其关系式． 【知识梳理】 1．周期(T)： 交变电流完成 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叫作频率，数值等于交变电流在单位时间内完成 ． 3．周期和频率的关系：T＝或f＝. 4．角速度与周期、频率的关系：ω＝＝ . 【典例精析】 例1．如图甲所示，在匀强磁场中，一个50匝的矩形闭合线框以恒定的角速度绕垂直于磁场方向的转轴转动，线框产生的电动势的最大值为，从线框平面与磁感线平行时开始计时，穿过线框的磁通量随时间变化的图像如图乙所示。下列说法错误的是（　　） A．线框的角速度 B．线框产生的电动势的最大值 C．在时，电流方向改变 D．在和时，线框产生的电动势最小 知识点二　峰值和有效值 【情境导入】 1.如图是通过一个R＝1 Ω的电阻的电流i随时间t变化的图像． (1)试计算0～1 s内电阻R中产生的热量． (2)如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通过这个电阻R，也能在1 s内产生同样的热量，这个电流是多大？ 2．某交流电压的瞬时值表达式u＝6sin (100πt) V，把标有“6 V　2 W”的小灯泡接在此电源上会不会被烧坏？把标有6 V的电容器接在此电源上会不会被击穿？ 【知识梳理】 1．峰值：交变电流的电压、电流能达到的最大数值叫峰值．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：让交变电流与恒定电流分别通过 的电阻，如果在交变电流的一个周期内它们产生的 相等，则此恒定电流的电流与电压叫作交变电流的有效值． 3．正弦式交变电流的峰值与有效值之间的关系 E＝＝ Em，U＝＝ Um，I＝＝ Im 【重难诠释】 1．峰值：交变电流的电压、电流能达到的最大数值叫峰值． (1)若将交流电接入纯电阻电路中，则电路中的电流及外电阻两端的电压的最大值分别为Im＝，Um＝ImR. (2)电容器耐压值要高于交流电压的峰值才不会被击穿． 2．有效值：确定交变电流有效值的依据是电流的热效应． 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，则此恒定电流的电流和电压叫作交变电流的有效值． (1)在正弦式交变电流中，最大值与有效值之间的关系为：E＝＝0.707Em，U＝＝0.707Um，I＝＝0.707Im. (2)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．先计算交变电流在一个周期内产生的热量Q，再将热量Q用相应的物理量的有效值表示，即Q＝I2RT或Q＝T，最后代入数据求解有效值． 说明　(1)E＝、I＝、U＝只适用于正弦式交变电流，对于按其他规律变化的交变电流，上述关系式一般不再适用． (2)对于非正弦式交变电流有效值的计算，时间一般选取一个周期． (3)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． 【典例精析】 例2．某正弦交流发电机产生的电动势波形如图所示，已知该发电机线圈匝数n=100匝，线圈面积为S=0.1 m2，线圈内阻为r=1 Ω，用一理想交流电压表接在发电机的两个输出端。由此可知（　　） A．线圈在匀强磁场中转动的角速度为50π rad/s B．线圈所在处的磁感应强度是B=1T C．交流电压表的读数为220 V D．时间内交变电动势的平均值为=200 V 知识点三