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描述交变电流的物理量

上传时间: 2014-08-23

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高二年级物理学科导学案

题目：描述交变电流的物理量

【学习目标】

理解什么是交变电流的峰值、有效值、周期、频率、相位，知道它们之间的关系。

小组合作探究，总结应用数学工具描述和分析物理问题的方法。

了解多种电器铭牌，感受现代科技的突飞猛进，激发学习热情。

重点：交变电流有效值的概念

难点：交变电流有效值的概念及计算

【使用说明学法指导】

1．先通读教材，勾画出本节内容的基本知识，再完成教材助读设置的问题，依据发现的问题，然后再读教材或查阅资料，解决问题。

2．独立完成，限时15分钟

I、知识准备

1.正弦交流电的变化规律具有。

2.正弦交流电报电动势的电大值是。

II、教材助读

什么叫交变电流的周期？

2. 什么叫交变电流的频率？

它们之间的关系是什么？

我国使用的交变电流的周期和频率各是多大？

什么是交变电流的峰值？

什么是有效值？

什么是交变电流的相位和相位差？

III、预习自测

1．写出正弦式交变电流电动势的最大值、瞬时值、有效值以及平均值表达式？

2．峰值、有效值和平均值有什么区别？

3．对于正弦式交变电流其有效值与最大值得关系是：，是不是对一切交变电流都是如此？

3．在我们经常遇到的问题中，那些地方应用有效值？那些地方应用最大值？那些地方应用平均值？

请将预习中不能解决的问题写下来，供课堂解决

I、学始于疑—我思考我收获（学习基础）

1、怎样区分交变电流的“四值”，各有什么应用？

学习建议：请同学们用3分钟认真思考这些问题，并结合预习中自己的疑问开始下面的探究学习

II、质疑探究—质疑解疑合作探究（课堂探究开始）

描述交变电流的物理量（重点）

问题1：有一个电子器件，当其两端电压高于100 V时则导通，等于或低于100 V时则不导通，若把这个电子器件接到100 V、50 Hz的交变电源上，这个电子器件将(　　)

A．不导通

B．每秒钟导通50次

C．每秒钟导通100次

D．每次导通时间为0.005 s

问题2：电阻R1、R2与交流电源按照图1方式连接，R1=10Ω，R2 =20Ω。合上开关S后，通过电阻R1的正弦交变电流i随时间t变化的情况如图2所示。则 ( )?

A．通过R1的电流有效值是1.2A

B．R1两端的电压有效值是6V

C．通过R2的电流最大值是1.2A

D．R2两端的电压最大值是6V

【针对训练】

如图所示的正弦式交变电流，通过阻值为100欧的电阻时，在5个周期的时间内产生的焦耳热为40J，则此交变电流的频率为多少赫？最大值为多少安？通过与100欧电阻串联的交流电流表的示数为多少安？

【归纳总结】

【拓展提升】

交流发电机矩形线圈边长ab＝cd＝0.4 m，bc＝ad＝0.2 m，共50匝，线圈电阻r＝1 Ω，线圈在B＝0.2 T的匀强磁场中，绕垂直磁场方向的轴OO′以r/s转速匀速转动，外接电阻9Ω，如图所示。求：

（1）电压表读数；

（2）电阻R上电功率。

交变电流的“四值”（重点）

问题1：两个完全相同的电热器，分别通有如图5－2－1所示的峰值相等的方波交变电流和正弦式交变电流，则这两个电热器的电功率之比P1∶P2＝________.

问题2：小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图1所示．此线圈与一个R＝10 Ω的电阻构成闭合电路，不计电路的其他电阻．下列说法正确的是(　　)

A．交变电流的周期为0.125 s

B．交变电流的频率为8 Hz

C．交变电流的有效值为 A

D．交变电流的最大值为4 A

【针对训练】

如图（a）、（b）分别是正弦半波电压波形和正弦单向脉动电压波形，请分别求出它们的有效值．

【归纳总结】

【拓展提升】

如图所示，一交流发电机线圈共N＝50匝，ab＝0.2 m，bc＝0.1 m，总电阻r＝10 Ω，在B＝0.5 T的匀强磁场中从磁通量最大位置开始以n＝100 r/s的转速匀速转动，外电路中接有R＝40 Ω的电阻．当线圈转过1/4周期时，求：

(1)在外电阻R上产生的焦耳热Q.

(2)这段时间内通过外电阻R的电荷量．

III、我的知识网络图—归纳总结串联整合

【当堂检测】

1、电阻R1、R2与交流电源按照图1方式连接，R1=10Ω，R2 =20Ω。合上开关S后，通过电阻R1的正弦交变电流i随时间t变化的情况如图2所示。则 ( )?

A．通过R1的电流有效值是1.2A

B．R1两端的电压有效值是6V

C．通过R2的电流最大值是1.2A

D．R2两端的电压最大值是6V

2、如图2所示，表示一交流电的电流随时间的变化图象，其中电流正值为正弦曲线的正半周，则该交流电的有效值为多少？

基础巩固题

1.一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，产生的交变电动势的图象如图所示，则(　　)

A．交变电流的频率是4π Hz

B．当t＝0时，线圈平面与磁感线垂直

C．当t＝π s时，e有最大值

D．交流电的周期是2π s

2．关于交流电的有效值U和最大值Um，下列说法中正确的是(　　)

A．任何形式的交流电都具有U＝Um/的关系

B．正弦式交流电具有U＝Um/的关系

C．照明电压220 V，动力电压380 V指的都是最大值

D．交流电压表和交流电流表测的都是最大值

3．将阻值为5 Ω的电阻接到内阻不计的交流电源上，电源电动势随时间变化的规律如图5－2－3所示．下列说法正确的是(　　)

A．电路中交变电流的频率为0.25 Hz

B．通过电阻的电流为 A

C．电阻消耗的电功率为2.5 W

D．用交流电压表测得电阻两端的电压是5 V

4．下列关于交流的几种说法中，正确的是(　　)

A．交流电器设备上所标的电压、电流值是峰值

B．交流电流表和交流电压表的值是瞬时值

C．跟交流有相同热效应的直流的值是交流的有效值

D．跟直流有相同热效应的交流的值是交流的有效值

5．如图4表示两种电压的波形，其中图甲表示电压按正弦规律变化，下列说法正确的是(　　)

A．图甲表示交流电，图乙表示直流电

B．两种电压的有效值都是311 V

C．图甲所示电压的瞬时值表达式为u＝220sin 100πt V

D．以上说法都不对

6．在电路的MN间加一如图5所示的正弦交流电，负载电阻为100 Ω，若不考虑电表内阻对电路的影响，则交流电压表和交流电流表的读数分别为(　　)

A．220 V,2.20 A B．311 V,2.20 A

C．220 V,3.11 A D．311 V,3.11 A

综合应用题

7．一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图6所示，由图可知(　　)

A．该交流电的电压的有效值为100 V

B．该交流电的频率为25 Hz

C．该交流电压瞬时值的表达式为u＝100sin 25t

D．若将该交流电压加在阻值为100 Ω的电阻两端，该电阻消耗的功率为50 W

8．在如图7所示的电路中A是熔断电流I0＝2 A的保险丝，R是可变电阻，S是交流电源．交流电源的内电阻不计，其电动势随时间变化的规律是e＝220 sin 314t V．为了不使保险丝熔断，可变电阻的阻值应该大于(　　)

A．110 Ω B．110 Ω

C．220 Ω D．220 Ω

9．多数同学家里都有调光台灯、调速电风扇．过去是用变压器来实现上述调节的，缺点是成本高、体积大、效率低，且不能任意调节灯的亮度或电风扇转速．现在的调光台灯、调速电风扇是用可控硅电子元件来实现调节的．如图8所示为经一双向可控硅调节后加在电灯上的电压，即在正弦交流电的每一个周期中，前面的被截去，调节台灯上旋钮可以控制截去多少，从而改变电灯上的电压．则现在电灯上的电压为(　　)

A．Um B. C. D.Um

10．把一只电热器接在100 V的直流电源上，在t时间内产生的热量为Q，若将它分别接到U1＝100sin ωt V和U2＝50sin 2ωt V的交流电源上，仍要产生Q的热量，则所需时间分别是(　　)

A．t,2t B．2t,8t C．2t,2t D．t,4t

拓展提升题

1、图5－2－1表示一交变电流随时间变化的图象。此交变电流的有效值是：（）

A.5安 B.5安 C.3.5安 D. 3.5安

2、如图5－2－2所示，在匀强磁场中有一个“冂”形导线框可绕AB轴转动，已知匀强磁场的磁感强度B=5/πT，线框的CD边长为20cm.CE、DF长均为10cm，转速为50r/s，若从图示位置开始计时，

（1）写出线框中感应电动势的瞬时值表达式；

（2）若线框电阻r=3,再将AB两端接“6V，12W”灯泡，小灯泡能否正常发光？若不能，小灯泡实际功率多大？

3、将电阻为r的直导线abcd沿矩形框架边缘加以弯曲，折成“п”形，其中ab=cd=L1，bc=L2。在线端a、d间接电阻R和电流表A，且以a、d端连线为轴，以角速度在磁感应强度为B的匀强磁场中匀速转动，如图5-2-3所示，求：

（1）交流电流表A的示数；

（2）从图示位置转过90°角的过程中，电阻R上产生的热量；

（3）写出弯曲导线转动过程中，从图示位置开始计时的电动势的表达式。

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