第3章 第1节 交变电流的特点-【优学精讲】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册教用Word(鲁科版)

第1节　交变电流的特点 1．知道交变电流和直流电流的概念。　2.知道交变电流的周期和频率的物理意义。　3.掌握交变电流的最大值和有效值的含义，会求解交变电流的有效值。 一、直流电流和交变电流 1．恒定电流：大小和方向都不随时间变化的电流是恒定电流。 2．直流电流：________不随时间变化的电流为直流电流，俗称直流电。 3．交变电流：交流电源提供的电压随时间做____________变化，因而在电路中形成的电流大小和________也随时间做____________变化，我们称这种电流为交变电流，俗称交流电。 二、交变电流的周期和频率 1．周期(T) (1)定义：交变电流完成一次____________________所需要的时间。 (2)物理意义：描述交变电流变化的________。 2．频率(f) (1)定义：交变电流在一段时间内完成周期性变化的________与这段时间之比称为交变电流的频率。 (2)物理意义：描述交变电流变化的____________。 3．关系：T＝。 4．正弦式交变电流：电流的大小和方向随时间按_______________________规律变化的电流，简称正弦交流电。 三、交变电流的最大值和有效值 1．最大值 (1)定义：交变电压和电流能达到的____________，又称峰值。 (2)应用：电容器所能承受的电压要高于交流电压的峰值。 2．有效值 (1)定义：让恒定电流和交变电流分别通过________________的电阻，如果它们在相同的时间内产生的______相等，就把该恒定电流的数值规定为这个交变电流的有效值。 (2)应用 ①交流用电设备上所标的额定电压和额定电流。 ②交流电表测量的数值。 ③无特别说明时提到的交变电流的数值。 3．关系：对于正弦式交变电流，有效值I、U与峰值Im、Um之间的关系：I＝____________＝0.707Im，U＝____________＝0.707Um。 [答案自填] 方向　周期性　方向　周期性 周期性变化　快慢　次数　快慢　正弦　最大值　阻值相等　热量　　 判断下列说法是否正确。 (1)打点计时器所接交变电流频率f＝50 Hz时，打点周期为T＝0.02 s。(　　) (2)交变电流的周期越大，交变电流的变化就越快。(　　) (3)某段时间内的交变电流平均值等于这段时间始末时刻瞬时值的算术平均值。(　　) (4)我国民用交变电流，照明电压为220 V和动力电压380 V都是指有效值。(　　) (5)交变电流的有效值即为一个周期内的平均值。(　　) 提示：(1)√　(2)×　(3)×　(4)√　(5)× 知识点一　直流电流与交变电流的区别 如图所示的两种电路，哪个表示直流电流，哪个表示交变电流？ [提示]　甲图所示的电流方向不随时间变化，甲图表示直流电流；乙图所示的电流方向随时间变化，乙图表示交变电流。 直流电流与交变电流的比较 电流 交变电流 直流电流 脉动直流 恒定电流 方向 随时间周期性变化 不随时间变化 不随时间变化 大 小 可以随时间变化，也可以不随时间变化，如矩形脉冲 可以随时间变化 不随时间变化 图 像 区别 交变电流的方向发生周期性变化，而直流电的方向不变 　(多选)下列图像属于交流电的有(　　) [解析]　只要电流的方向发生周期性变化就是交变电流，若方向不变，虽然大小变化，但该电流为直流电。D图表示的电流大小发生了周期性变化，而方向没有变化，A、B、C图中的电流大小、方向发生了周期性变化，故A、B、C符合题意。 [答案]　ABC 知识点二　周期和频率 如图所示的交变电流完成一次周期性变化需要多长时间？在1 s内完成多少次周期性变化？ [提示]　完成一次周期性变化需要0.02 s；在1 s内完成50次周期性变化。 1．周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间。在正弦式交变电流的图像中，一个完整的正弦波形对应的时间为一个周期T。 2．频率：单位时间内完成周期性变化的次数。 3．周期和频率的关系：T＝或f＝，我国照明电路的u－t图像如图所示，则交流电的周期T＝0.02 s，频率f＝50 Hz。 说明：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有关。ω(n)越大，周期越短，频率越高，其关系为T＝，ω＝＝2πf＝2πn。 　(多选)矩形金属线圈共10匝，绕垂直于磁场方向的转动轴在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生的交流电动势e随时间t变化的情况如图所示。下列说法正确的是(　　 ) A．此交变电流的频率为0.2 Hz B．1 s内电流方向变化10次 C．此交变电流的周期为0.1 s D．1 s内线圈转5圈 [解析]　由题图知T＝0.2 s，故f＝＝ Hz＝5 Hz，即1 s内完成5个周期，线圈转5圈，每转1圈电流方向改变2次，故A、C错误，B、D正确。 [答案]　BD 　关于正弦式交变电流的周期和频率，下列说法正确的是(　　) A．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 Hz的交变电流，其周期等于0.05 s [解析]　在一个周期内，交变电流会出现正向和负向最大值各一次，相邻两个峰值的时间间隔为半个周期，因此1 s内交变电流出现最大值的次数等于频率的2倍，故A、B错误；交变电流在一个周期内方向改变两次，即方向变化的频率为交变电流频率的2倍，故C正确；T＝＝ s＝0.02 s，故D错误。 [答案]　C 知识点三　峰值和有效值 现在的调光台灯、调速电风扇，大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，请思考： (1)如图所示的交变电流是正弦式交变电流吗？ (2)如何求得该交流电压的有效值？ [提示]　(1)不是正弦式交变电流。 (2)根据电流的热效应即可求得有效值。 1．峰值 (1)交变电流的电压、电流能达到的最大数值叫峰值，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，则此恒定电流值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。 　如图所示的是一交变电流的i－t图像，则该交流电电流的有效值为(　　) A．2 A B． A C．4 A D． A [解析]　根据有效值的定义得×R×＋42×R×＝IRT，解得I有＝ A，故B正确，A、C、D错误。 [答案]　B 　某电路中的电流随时间的变化规律如图所示，让该电流通过一个阻值为2 Ω的电阻，在3 s内产生一定的热量，如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通过这个电阻，也能在3 s内产生相等的热量，则这个电流值为(　　) A．3 A B． A C．1.5 A D．3 A [解析]　题图中交变电流在3 s内产生的热量Q＝2×(32×2×0.5＋62×2×1) J＝162 J，恒定电流通过这个电阻在3 s内产生相等的热量，则有Q＝I2Rt，解得这个电流值为I＝＝ A＝3 A。 [答案]　A 　(多选)图甲、乙分别为两种电压的波形，其中图甲所示的电压按正弦规律变化，图乙所示的电压波形是正弦函数的一部分。下列说法正确的是(　　) A．图甲、图乙均表示交流电 B．图甲、图乙所示电压的峰值均为20 V C．图甲所示电压的有效值为10 V D．图乙所示电压的有效值为10 V [解析]　根据交变电流的定义，题图甲、乙均表示交流电，且题图甲、乙所示电压的峰值均为20 V，故A、B正确；题图甲所示电压的有效值U甲＝＝ V＝10 V，故C错误；根据有效值的定义得 ·＝T，解得题图乙所示电压的有效值U乙＝10 V，故D正确。 [答案]　ABD 1．(直流电和交流电)在下列几种电流的波形图中，不能表示交变电流的是(　　) 答案：A 2．(对描述交流电物理量的理解)关于交变电流，下列说法正确的是(　　) A．在一个周期内交变电流的方向只改变一次 B．电风扇铭牌上标出的电压值和电流值都是指有效值 C．某正弦式交变电压的最大值为311 V，则该交变电压最小值为－311 V D．用交流电流表或交流电压表测交变电流或电压时，测量的是交变电流或电压的最大值 解析：选B。在一个周期内交变电流的方向改变两次，故A错误；电风扇铭牌上标出的电压值和电流值都是指有效值，故B正确；正弦式交变电压的最大值为311 V，最小值为零，故C错误；交流电流表和交流电压表测量的是有效值，故D错误。 3．(周期和频率)(多选)关于交变电流的周期和频率，下列说法正确的是(　　) A．为了描述交变电流的周期性变化引入了周期，而不是频率 B．周期为0.02 s的交变电流，其频率为50 Hz C．周期和频率是倒数关系 D．频率为50 Hz的正弦式交变电流的方向每秒改变50次 解析：选BC。周期和频率都是为了描述交变电流的周期性变化而引入的，A错误；周期是完成一次周期性变化所需的时间，频率是在1 s内完成周期性变化的次数，所以周期和频率是倒数关系，若周期T＝0.02 s，则频率f＝＝50 Hz，B、C正确；由于正弦式交变电流在每个周期内电流方向改变两次，所以频率为50 Hz的正弦式交变电流每秒电流方向改变100次，D错误。 4．(交变电流有效值的计算)一交变电流随时间变化的图像如图所示，此交变电流的有效值是(　　) A．5 A B．5 A C．10 A D．10 A 解析：选A。设该交变电流的有效值为I，让该交变电流和直流电流分别通过同一电阻(阻值为R)，在一个周期(T＝0.2 s)内，该交变电流产生的热量Q′＝IRt1＋IRt2，在一个周期内直流电流通过该电阻产生的热量Q＝I2RT，由Q＝Q′，代入数据，解得I＝5 A。 学科网（北京）股份有限公司 $