2描述交變電流的物理量第五章交變電流學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握交變電流的周期、頻率、線圈轉(zhuǎn)動(dòng)角速度三者之間的關(guān)系.2.能理解電流的有效值，知道有效值是與熱效應(yīng)有關(guān)的量.3.掌握交變電流有效值與峰值的關(guān)系，會(huì)進(jìn)行有效值的計(jì)算.內(nèi)容索引自主預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)新知 夯實(shí)基礎(chǔ)重點(diǎn)探究啟迪思維 探究重點(diǎn)達(dá)標(biāo)檢測檢測評(píng)價(jià) 達(dá)標(biāo)過關(guān)自主預(yù)習(xí)一、周期和頻率一、周期和頻率1.周期(T)交變電流完成一次 變化所需的時(shí)間.2.頻率(f)交變電流在1 s內(nèi)完成 變化的次數(shù).3.T 或f .周期性周期性 二、峰值和有效值二、峰值和有效值1.峰值：交變電流的電壓、電流能達(dá)到的 叫峰值.2.有效值：讓交流與恒定電流分別通過 的電阻，如果在交流的一個(gè)周期內(nèi)它們產(chǎn)生的 相同，則此恒定電流的數(shù)值叫做交流電的有效值.3.在正弦式交變電流中，最大值與有效值之間的關(guān)系E Em U Um I Im最大值大小相同熱量0.7070.7070.707三、相位和相位差三、相位和相位差1.定義：正弦式交變電流uUmsin (t)，其中“ ”叫做交變電流的相位.兩支交流的相位之差叫做它們的相位差.2.正弦式交流電u1Umsin (t1)和u2Umsin (t2)的相位差是 .t12即學(xué)即用即學(xué)即用1.判斷下列說法的正誤.(1)正弦式交變電流的正負(fù)兩部分是對(duì)稱的，所以有效值為零.()(2)交變電流的有效值就是一個(gè)周期內(nèi)的平均值.()(3)一個(gè)正弦式交變電流的峰值同周期、頻率一樣是不變的，但有效值是隨時(shí)間不斷變化的.()(4)交流電路中，電壓表、電流表的測量值都是有效值.()答案2.我國電網(wǎng)中交流電的頻率為50 Hz，則我國提供市電的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為_r/min.3 000重點(diǎn)探究導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究如圖1所示，交變電流完成一次周期性變化需要多長時(shí)間？在1 s內(nèi)完成多少次周期性變化？一、周期和頻率答案圖1答案答案完成一次周期性變化需要0.02 s；在1 s內(nèi)完成50次周期性變化.知識(shí)深化知識(shí)深化交變電流的周期和頻率跟發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的角速度或轉(zhuǎn)速n有關(guān).(n)越大，周期越短，頻率越高，其關(guān)系為T ，2f2n.解析解析由題圖知T0.2 s，故f 5 Hz，即1 s內(nèi)完成5個(gè)周期，線圈轉(zhuǎn)5圈，每轉(zhuǎn)1圈電流方向改變2次，故A錯(cuò)誤，B、D正確；在t0.1 s時(shí)，e0，所以線圈平面與磁場方向垂直，故C錯(cuò)誤.例例1(多選)矩形金屬線圈共10匝，繞垂直于磁場方向的轉(zhuǎn)動(dòng)軸在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中產(chǎn)生的交流電動(dòng)勢e隨時(shí)間t變化的情況如圖2所示.下列說法中正確的是A.此交變電流的頻率為0.2 HzB.1 s內(nèi)電流方向變化10次C.t0.1 s時(shí)，線圈平面與磁場方向平行D.1 s內(nèi)線圈轉(zhuǎn)5圈圖2答案解析答案答案QI12Rt1I22Rt24210.5 J2210.5 J10 J.導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究1.圖3是通過一個(gè)R1 的電阻的電流i隨時(shí)間t變化的圖象.(1)試計(jì)算1 s內(nèi)電阻R中產(chǎn)生的熱量.二、峰值和有效值圖3答案答案答案根據(jù)交變電流有效值的定義可得：I2RtQ，(2)如果有一個(gè)大小、方向都不變的恒定電流通過這個(gè)電阻R，也能在1 s內(nèi)產(chǎn)生同樣的熱量，這個(gè)電流是多大？答案答案答案小燈泡不會(huì)被燒壞， 交流電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式u6 sin (100t) V中6 V是最大值，其有效值為6 V，而標(biāo)有“6 V2 W”的小燈泡中的6 V是有效值.電容器會(huì)被擊穿.2.某交流電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式u6 sin (100t) V，把標(biāo)有“6 V2 W”的小燈泡接在此電源上會(huì)不會(huì)被燒壞？把標(biāo)有6 V的電容器接在此電源上會(huì)不會(huì)被擊穿？答案知識(shí)深化知識(shí)深化1.峰值和有效值的應(yīng)用峰值和有效值的應(yīng)用(1)電容器所能承受的電壓應(yīng)高于交流電的峰值，否則電容器可能被擊穿.(2)電氣設(shè)備銘牌上標(biāo)注的額定電壓、額定電流都是有效值.交流電壓表和交流電流表測量的也是有效值.(3)保險(xiǎn)絲的熔斷電流為有效值.2.有效值的計(jì)算有效值的計(jì)算(1)對(duì)于正弦式交變電流，可先根據(jù)EmnBS求出最大值，然后根據(jù)E求出其有效值.(2)當(dāng)電流是非正弦式交變電流時(shí)，必須根據(jù)有效值的定義求解.先計(jì)算交變電流在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q，再將熱量Q用相應(yīng)的物理量的有效值表示，即QI2RT或Q ，最后代入數(shù)據(jù)求解有效值.例例2(多選)下列關(guān)于交流電的說法中正確的是A.交流電氣設(shè)備上所標(biāo)的電壓值和電流值是交流電的峰值B.用交流電流表和電壓表測定的讀數(shù)值是交流電的瞬時(shí)值C.給定的交流數(shù)值，在沒有特別說明的情況下是指有效值D.跟交變電流有相同的熱效應(yīng)的直流電的數(shù)值是交流電的有效值解析解析對(duì)于交變電流，在沒有特別說明的情況下指有效值，交流電流表和電壓表的讀數(shù)值是交流電的有效值，交流電氣設(shè)備的銘牌上所標(biāo)的電壓值和電流值也是有效值，A、B錯(cuò)誤，C正確；根據(jù)有效值定義可知，D正確.答案解析例例3通過一阻值R100 的電阻的交變電流如圖4所示，其周期為1 s.電阻兩端電壓的有效值為答案解析圖4解析解析根據(jù)電流的熱效應(yīng)先計(jì)算電流的有效值.由(0.1 A)2R0.4 s2(0.2 A)2R0.1 s2I2R1 s，可得流過電阻的電流的有效值I ，電阻兩端電壓的有效值為UIR ，故B正確.對(duì)于非正弦式交變電流的有效值，應(yīng)按有效值的定義計(jì)算，計(jì)算時(shí)要緊扣電流通過電阻產(chǎn)生的熱量進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算時(shí)間一般取一個(gè)周期，半周期對(duì)稱的可取半個(gè)周期.總結(jié)提升總結(jié)提升例例4(多選)圖5甲、乙分別為兩種電壓的波形，其中圖甲所示的電壓按正弦規(guī)律變化，圖乙所示的電壓的波形是正弦函數(shù)的一部分.下列說法正確的是A.圖甲、圖乙均表示交流電B.圖甲所示電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為 u20sin 100t(V)C.圖甲所示電壓的有效值為10 VD.圖乙所示電壓的有效值為10 V答案解析圖5解析解析根據(jù)交變電流的定義，題圖甲、乙均表示交流電，題圖甲所示電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為u20sin 100t(V)，選項(xiàng)A、B正確；1.有效值有效值(1)只有正(或余)弦式交流電的有效值根據(jù)E 計(jì)算.(2)計(jì)算與電流熱效應(yīng)有關(guān)的量(如電功、電功率、熱量)要用有效值.(3)交流電表的測量值，電氣設(shè)備標(biāo)注的額定電壓、額定電流，通常提到的交流電的數(shù)值都是指有效值.三、正弦式交流電有效值、最大值、平均值的對(duì)比2.最大值最大值寫正弦式交流電瞬時(shí)值表達(dá)式eEmsin t時(shí)要用到最大值.最大值EmnBS.3.平均值平均值例例5如圖6所示，矩形線圈面積為S，匝數(shù)為n，線圈電阻為r，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中繞垂直磁場方向的OO軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，外電路電阻為R.當(dāng)線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過90的過程中，求：(1)通過電阻R的電荷量q；圖6答案解析(2)電阻R上所產(chǎn)生的熱量Q.答案解析達(dá)標(biāo)檢測1.(對(duì)描述交變電流物理量的理解對(duì)描述交變電流物理量的理解)如圖7，實(shí)驗(yàn)室一臺(tái)手搖交流發(fā)電機(jī)，內(nèi)阻r1.0 ，外接R9.0 的電阻.閉合開關(guān)S，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子以某一轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的電動(dòng)勢e10 sin 10t (V)，則A.該交變電流的頻率為10 HzB.該電動(dòng)勢的有效值為10 VC.外接電阻R所消耗的電功率為10 WD.電路中理想交流電流表A的示數(shù)為1.0 A答案1234圖7解析1234交流電表的示數(shù)及功率的計(jì)算均要用有效值，因此電路中理想電流表A的示數(shù)I 1.0 A，選項(xiàng)D正確；外接電阻R所消耗的電功率為PI2R1.029 W9 W，選項(xiàng)C錯(cuò)誤.解析解析設(shè)該交變電流的有效值為I，讓該交變電流和直流電分別通過同一電阻(阻值為R)，在一個(gè)周期(T0.2 s)內(nèi)，該交變電流產(chǎn)生的熱量：QI12Rt1I22Rt2在一個(gè)周期內(nèi)直流電通過該電阻產(chǎn)生的熱量QI2RT由QQ，代入數(shù)據(jù)，解得I5 A.2.(交變電流有效值的計(jì)算交變電流有效值的計(jì)算)如圖8所示是一交變電流隨時(shí)間變化的圖象，求此交變電流的有效值.1234答案解析答案答案5 A圖83.(有效值的應(yīng)用有效值的應(yīng)用)一臺(tái)小型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢隨時(shí)間變化的正弦規(guī)律圖象如圖9甲所示.已知發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為5.0 ，外接一只電阻為95.0 的燈泡，如圖乙所示，則 A.電壓表 的示數(shù)為220 VB.電路中的電流方向每秒鐘改變50次C.燈泡實(shí)際消耗的功率為484 WD.發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱為24.2 J答案圖9解析1234電流的有效值I 2.2 A，發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱為QrI2rt2.2251 J24.2 J，D正確.解析解析電壓表示數(shù)為燈泡兩端電壓的有效值，由題圖知電動(dòng)勢的最大值Em ，有效值E220 V，燈泡兩端電壓U 209 V，A錯(cuò)誤；1234由題圖甲知T0.02 s，一個(gè)周期內(nèi)電流方向變化兩次，可知1 s內(nèi)電流方向變化100次，B錯(cuò)誤；4.(正弦式交流電有效值、最大值、平均值的對(duì)比正弦式交流電有效值、最大值、平均值的對(duì)比)如圖10所示，單匝矩形閉合導(dǎo)線框abcd全部處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的水平勻強(qiáng)磁場中，線框面積為S，電阻為R.線框繞與cd邊重合的豎直固定轉(zhuǎn)軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線框中感應(yīng)電流的有效值I_.線框從中性面開始轉(zhuǎn)過 的過程中，通過導(dǎo)線橫截面的電荷量q_.答案解析1234圖101234