人教版 (2019)选择性必修 第二册2 交变电流的描述学案

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3.2 交变电流的描述1.理解什么是交变电流的峰值和有效值，知道它们之间的关系。2.理解交变电流的周期、频率以及它们之间的关系。知道我国生产和生活用电的周期（频率）的大小。 【重点】瞬时值、峰值、有效值之间的关系【难点】有效值的理解与计算 【课前自主学习】 一、知识前置1．正弦式交变电流（1）最大值（峰值）：、、（2）瞬时值：2．正弦交流电的变化规律：（从中性面开始计时）瞬时电动势瞬时电流瞬时电压二、新知学习（一）周期和频率1．周期：________________________________________________，叫做交变电流的周期，用_____表示。2．频率：________________________________________________，叫做交变电流的频率，用_____表示。周期和频率的关系：__________我国使用的交变电流频率f=_________，周期T=_________。3．角速度：_______________________________________________，用_____表示。角速度与周期及频率的关系：（二）峰值和有效值1．峰值：_______________________________________________。（、、）电容器的耐压值是指能够加在它两端的___________________，若电源电压的最大值超过耐压值，电容器可能被_________。但是交变电流的最大值不适于表示交变电流产生的效果，在实际中通常用________表示交变电流的大小。思考与讨论：（1）如图所示电流I=2A通过一个R=2Ω的电阻。它是恒定电流。怎样计算通电1s内电阻R中产生的热量？（2）如图所示电流I通过一个R=1Ω的电阻。它不是恒定电流。①怎样计算通电1s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1s内产生同样的热量，这个电流是多大？2．有效值：____________________________________________________________________________________________________________________________________。物理意义：__________________________________________________________。正弦交流电的有效值与最大值的关系：    重点说明：1．任何电流都有有效值，但上述关系只限于________________，对其他形式的交变电流并不适用。需按定义计算。2．交流用电器的额定电压和额定电流指的是________________。3．交流电流表和交流电压表的读数是有效值，对于交流电若有特殊说明的均指有效值。4．在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的________________。（三）正弦式交变电流的公式和图像1．正弦式交变电流的图像：2．正弦式交变电流的瞬时电压（四）拓展学习：电感器和电容器对交变电流的作用1．演示：电阻对直流和交流的阻碍作用。实验现象：____________________________________________________________得出结论：____________________________________________________________。相关公式：。2．演示：电感对直流和交流的阻碍作用。实验现象：____________________________________________________________得出结论：____________________________________________________________。相关公式：。说明电感器通________，阻________。3．演示：电容对直流和交流的阻碍作用。实验现象：____________________________________________________________得出结论：____________________________________________________________。相关公式：。说明电容器通________，阻________。1．下面关于交变电流的说法中正确的是（     ）A．交流电器设备上所标的电压和电流值是交流的最大值B．用交流电流表和电压表测定的读数值是交流的瞬时值C．给定的交流数值，在没有特别说明的情况下都是指有效值D．跟交流有相同的热效应的直流的数值是交流的有效值2．一只“220V，100W”的灯泡接在u=311sin314tV的交变电源上，则下列判断正确的是（     ）A．灯泡能正常发光B．与灯泡串联的电流表的示数为0.45AC．与灯泡并联的电压表的示数为220VD．通过灯泡的电流的表达式为i=0.64sin314tA3．某交变电压随时间的变化规律如图所示，则此交变电流的频率为_______Hz。若将此电压加在10μF的电容器上，则电容器的耐压值不应小于_______V；若将该电压加在一阻值为1kΩ的电阻器上，该电阻器正好正常工作，为了避免意外事故的发生，该电路中保险丝的额定电流不能低于_______A。4．电容器的两个极板间的电压如果太高，绝缘层就会击穿，损坏电容器，电容器的耐压值一般都标在外壳上。有些电容器是用在交流电路中的。一个标有耐压250V的电容器，能否用在220V的交流电路中？为什么？   5．小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度ω绕垂直于磁场方向的固定轴转动，线圈匝数n=100，穿过每匝线圈的磁通量Φ随时间按正弦规律变化，如图所示，发电机内阻r=5.0Ω，外电路电阻R=95Ω，已知感应电动势的最大值Em=nωΦm，其中Φm为穿过每匝线圈磁通量的最大值，求串联在外电路中的交流电流表（内阻不计）的读数。     6．有一交变电压的变化规律为U=311sin314tV，若将一辉光电压是220V的氖管接上此交变电压，则在1s内氖管发光的时间是多少？         参考答案  【答案】：CD【解析】交流电器设备上所标的电压和电流值以及交流电压表、交流电流表显示的都是有效值，给定的交流数值，在没有特别说明的情况下都是指有效值，跟交流有相同的热效应的直流的数值是交流的有效值及有效值的定义。  【答案】：ABCD【解析】从电压瞬时值表达式知电压有效值为220 V，故“220 V 100 W”灯泡接在此交流电源上能正常发光，故A正确。通过灯的电流I=="0.45" A，也是与灯串联电流表的示数，故B正确。电压表与灯并联测得的也是灯的电压有效值，故示数为220 V，所以C选项也正确.通过灯的电流的有效值为0.45 A，故其最大值Im=×0.45 A="0.64" A，故D选项也正确。本题答案为ABCD。3.【答案】：50  200  0.15【解析】：由图象可知此正弦交变电压的周期T="0.02" s，频率f=="50" Hz；将该电压加在电容器上，电容器的耐压值不能小于200 V；若将该电压加在电阻上，电压有效值为U=V=100V，电流为I==0.141A，保险丝的额定电流应略大于电路中正常工作电流。 4.【答案】：不能。因为电容器上标的耐压250V，是指电容器所能承受的电压值（若超过250V，就会使电容器极板间的绝缘物质被击穿而导电），而通常所说的交流电路的电压是220V，指的是电压的有效值，它的最大值为：×220V=310V，这个电压高于250V，所以这个电容器不能用。5.【答案】14.1A【解析】：感应电动势的最大值：Em=nΦmω  设线圈在磁场中转动的周期为T，则有ω=根据欧姆定律，电路中的电流的最大值为：Im=  有效值：I=Im由题中给定的Φ-t图象可得：Φm=1.0×10-1Wb，T=3.14×10-2s解以上各式，并代入数据，得：I=14.1A6.【答案】：0.5s【解析】：根据U=311sin314tV，可知交变电压的周期：T=s=6.28/3.14=1/50s将U=220V代入U=311sin314t，可得在0~T/2（1/100s）内，交变电压瞬时值恰等于辉光电压的两个时刻分别为：t1=1/400s和t2=3/400s在0~T/2时间内，氖管发光时间（电压瞬时值不小于辉光电压的时间）为Δt=t2-t1=（3/400-1/400）s=1/200s在1s内氖管发光的总时间为t=2×Δt=100Δt=0.5s