第三章 第二节　描述交变电流的物理量（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材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 课程内容要求 核心素养提炼 能用公式和图像描述正弦交变电流 1．物理观念：理解交变电流的瞬时值和最大值的含义；理解交变电流的周期、频率含义，掌握它们相互间关系；了解交变电流的相位和初相位及其物理意义． 2．科学思维：通过交变电流的有效值进行理论推导，培养学生应用数学工具解决物理问题的能力． 3．科学探究：通过导学案引导学生课前预习，培养学生基于问题进行猜想假设的能力． 4．科学态度与责任：让学生体悟到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 [对应学生用书P65] 1．周期 (1)定义：交变电流完成一次周期性变化的时间，叫作交变电流的周期，用符号T表示． (2)单位：秒(s). (3)意义：周期越大，表明交变电流变化越慢． 2．频率 (1)定义：交变电流在一段时间内做周期性变化的次数与所用时间之比，叫作交变电流的频率，用符号f表示． (2)单位：赫兹(Hz)，简称赫． (3)意义：频率越高，表明交变电流变化越快． 3．周期和频率的关系 T＝或f＝ 4．角速度 (1)定义：产生交变电流的线圈单位时间内转过的角度，用符号ω表示． (2)单位：弧度每秒(rad/s). (3)意义：角速度越大，表明交变电流变化越快． 5．转速 (1)定义：产生交变电流的线圈单位时间内转过的圈数，用符号n表示． (2)单位：转每秒(r/s) (3)意义：转速越大，表明交变电流变化越快． 6．周期、频率、角速度、转速之间的关系 T＝，ω＝2πf＝2πn. [思考] 我国民用交变电流的周期T＝0.02 s，频率是多少？电流方向每秒钟改变多少次？ 提示　我国工农业生产和生活所用的交变电流频率是50 Hz，电流方向每秒改变100 次． 1．峰值 交变电流的电压、电流在一个周期内所能达到的最大数值． (1)电动势峰值的表达式：Em＝nBSω (2)应用：电容器所能承受的电压应高于(选填“高于”或“低于”)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，而这个恒定电流是I、电压是U，我们就把I、U叫作这个交变电流的有效值． (1)正弦式交变电流有效值和最大值的关系： U＝＝0.707 Um； I＝＝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． [判断] (1)我国民用交变电流的照明电压为220 V和动力电压为380 V都是指有效值．(√) (2)关系式I＝和U＝适用于任意的交变电流．(×) (3)交流电的有效值是指相同时间内，产生相同热量的直流电的值．(×) 1．正弦式交变电流的公式：U＝Umsin_ωt 2．对应图像 [思考] 正弦式交变电流的图像一定是正弦函数曲线吗？ 提示　不一定，根据计时起点不同，也可能是余弦函数曲线． [对应学生用书P67] 探究点一　对交变电流有效值的理解和计算 现在的调光台灯、调速电风扇，多是用可控硅电子元件来实现的．图示是经过一个双向可控硅电子元件调节后加在电灯上的电压，如图所示的交变电流是正弦式交变电流吗？如何求得该交流电压的有效值？ 提示　不是正弦式交变电流．根据电流的热效应即可求得有效值． 1．交变电流的有效值的定义 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与电压分别为I、U，则I、U叫作这一交变电流的有效值． 2．有效值的计算方法 (1)若是正弦式交变电流，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)若不是正弦式交变电流，则必须根据电流的热效应来求解其有效值，且时间取一个周期．具体解法：假设让交变电流通过电阻R，计算交变电流在一个周期内产生的热量Q(可分段计算)，其中热量Q用相应的恒定电流物理量I或U来表示(如Q＝I2Rt或Q＝t)，则I或U为交变电流相应的有效值． 如图所示是交流电的电流随时间而变化的图像，此交流电的有效值是(　　) A．5A　　　　　　　　 B．5 A C．3.5 A D．3.5 A B　[让交变电流与直流电流通过阻值都为R的电阻，设直流电流为I，则根据有效值的定义有：(4)2R·＋(3)2R·＝I2RT，解得：I＝5 A．故选B.] [规律方法]　交变电流有效值的计算 (1)U＝、I＝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． [训练1]　如图所示，电压的最大值为Um，周期为T，曲线