5.2 描述交变电流的物理量
一、教学目标：
１、知道交变电流的周期、频率的含义，以及它们相互间的关系。知道我国生产、生活所使用的交流电的周期和频率。
２、知道交变电流的峰值和有效值的意义，会计算某些交流电的有效值。
３、会应用正弦式交流电的有效值进行有关的计算。
二、复习引入：
正弦式交流电是如何产生的，它的瞬时值表达式是怎么样的？所对应的图像又是怎么样的？
三、自主学习：
问题１：在上一节的学习中我们看见交流电的变化是有规律的，请你定义一下交流电的周期与频率，它们之间的关系是如何的？
问题２：一个周期内，电流的方向发生几次变化，几次达到最大值？
问题３：观察交流电的瞬时值表达式，如何找出交流电的最大值，如何计算交流电的平均值？
问题４：什么叫做交流电的有效值?如何计算有效值？
四、跟踪练习：
1．某交变电压随时间的变化规律如图3所示，则此交变电流的频率为________Hz .线圈转动的角速度是________rad /s .若将此电压加在10 μF 的电容器上，则电容器的耐压值不应小于________V .
图3
2．我国照明电压的瞬时值表达式为e ＝2202sin 100πt V ，它的周期是________，频率是________，在1 s 内电流的方向改变________次，电压最大值为________． 知识点二 交变电流的峰值和有效值
3．关于交变电流的感应电动势的有效值U 和最大值U m ，下列说法中正确的是( )
A ．任何形式的交变电流都具有U ＝U m /2的关系
B ．只有正(余)弦交变电流才具有U ＝Um 2
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
4．电阻R 1、R 2与交流电源按照图4(a )方式连接，R 1＝10 Ω，R 2＝20 Ω.合上开关S 后，通过电阻R 2的正弦交变电流i 随时间t 变化的情况如图(b )所示．则( )
A ．通过R 1的电流有效值是1.2 A
B ．R 1两端的电压有效值是6 V
C ．通过R 2的电流最大值是1.2 2 A
D ．R 2两端的电压最大值是6 2 V
【方法技巧练】 图4
一、有效值的计算方法
5．如图5所示为一交变电流的图象，则该交变电流的有效值为多大？
图5
6．某一交流电的电压波形如图6所示，求这一交流电的电压有效值U.
图6
二、瞬时值、最大值、有效值与平均值应用的技巧
7．如图7所示，矩形线圈的匝数为n，线圈面积为S，线圈电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω匀速转动，外电路电阻为R，在线圈由图示位置转过90°的过程中，求：
(1)通过电阻R的电荷量q.
(2)电阻R上产生的焦耳热Q.
图7 8．在水平方向的匀强磁场中，有一正方形闭合线圈绕垂直于磁感线方向的
轴匀速转动，已知线圈的匝数为n＝100匝，边长为20 cm，电阻为10 Ω，转动
频率f＝50 Hz，磁场的磁感应强度为0.5 T．求：
(1)外力驱动线圈转动的功率．
(2)转至线圈平面与中性面的夹角为30°时，线圈产生的感应电动势及感应电
流的大小．
(3)线圈由中性面转至与中性面成30°夹角的过程中，通过线圈横截面的电荷
量．
第1课时交变电流的产生和描述 导学目标 1.能掌握交变电流的产生和描述，会写出交变电流的瞬时值表达式.2.能认识交变电流的图象和进行有效值、最大值的计算． 一、交变电流的产生和变化规律 [基础导引] 关于线圈在匀强磁场中转动产生的交流电，以下说法中正确的是() A．线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，感应电动势方向不变B．线圈每转动一周，感应电流方向就改变一次 C．线圈在中性面位置时，磁通量最大，磁通量的变化率为零 D．线圈在与中性面垂直的位置时，磁通量为零，感应电动势最大 [知识梳理] 1．交变电流 大小和方向都随时间做__________变化的电流．如图1(a)、(b)、(c)、(d)所示都属于交变电流．其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流，简称正弦式电流，如图(a)所示． 图1
2．正弦交流电的产生和变化规律 (1)产生：在匀强磁场里，线圈绕________________方向的轴匀速转动． (2)中性面：①定义：与磁场方向________的平面． ②特点：a.线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量________，磁通量的变化率为______，感应电动势为______．b.线圈转动一周，________经过中性面．线圈每经过____________一次，电流的方向就改变一次． (3)图象：用以描述交流电随时间变化的规律，如果线圈从中性面位置开始计时，其图象为__________曲线．如图1(a)所示． 思考：由正弦交流电的图象可以得出哪些物理量？ 二、描述交变电流的物理量 [基础导引] 我们日常生活用电的交变电压是e ＝2202sin 100πt V ，它是由矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的，则下列说法正确的是________． ①交流电的频率是50 Hz ②交流电压的有效值是220 V ③当t ＝0时，线圈平面恰好与中性面平行 ④当t ＝1 50 s 时，e 有最大值220 2 V ⑤电流每秒方向改变50次 [知识梳理] 1．周期和频率 (1)周期T ：交变电流完成________________变化(线圈转一周)所需的时间，单位是秒 (s)．公式：T ＝2π ω. (2)频率f ：交变电流在1 s 内完成周期性变化的________，单位是赫兹(Hz)． (3)周期和频率的关系：T ＝________或f ＝________. 2．交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值 (1)瞬时值：交变电流某一________的值，是时间的函数． (2)峰值：交变电流的电流或电压所能达到的________． (3)有效值：让交流与恒定电流分别通过________的电阻，如果它们在交流的一个周期内产生的________相等，则这个恒定电流I 、恒定电压U 就是这个交流的__________． (4)正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系 I ＝____________，U ＝____________，E ＝____________. (5)平均值：是交变电流图象中波形与横轴所围面积跟时间的比值. 考点一 正弦交流电的变化规律 考点解读
习题精选 一、选择题 1．下列各个量，其中所指有效值的是（） A．交流电压表的示数． B．保险丝的熔断电流． C．电容器的击穿电压． D．家庭用的交变电压． 2．由交变电动势的瞬时表达式V可知（） A．此交流的频率是． B．此交流的周期是s． C．此交流电动势的有效值V． D．s时，该交流电动势达最大值． 3．下列关于交变电流的说法中，其正确的是（） A．若交变电流的最大值是10A，则有效值一定是A． B．用交流电流表测量交流电流时，指针来回摆动． C．演示交变电流随时间的变化规律时，应采用直流电流表． D．我国照明用电的交变电压V． 4．一电热器接在V直流电压上，消耗的电功率为，当把它接在一正 弦交变电压上时，消耗的电功率为，则该交变电压的最大值是（） A．5V B．V C．10V D．V 5．一电阻接在10V的直流电源上时的热功率跟接在交变电源上时的热功率相等，则（） A．交变电源电压的有效值是10V．
B．交变电源电压的最大值一定是V． C．交变电源在一个周期内电压的平均值是10V． D．以上结论均不正确． 6．如图所示，交变电压为V，电阻 V的阻值为，则（） A．电压表读数为3llV． B．电流表读数为A． C．电阻产的热功率为220W． D．在内电阻R上产生的焦耳热是88J． 7．四个接220V交流电的用电器，通电时间相同，其中消耗电能最多的是（）A．正常发光的额定功率为100W的灯泡． B．电流最大值为0.6A的电熨斗． C．每秒发热168J的电热器． D．额定电流为0.5A的电烙铁． 8．如图是某交变电流的图像，该交变电流的有效值为（）
A． A B．4A C． A D．6A 9．某线圈在匀强磁场中转动所产生的电动势变化规律为，保持其它条件不变，使该线圈的转速和匝数同时增加一倍，则此时所产生的电动势的瞬时表达式将变为下述的：（） A． B． C． D． 10．一长直导线通以正弦交流，在导线下有一断开的线圈，如图所示，那么，相对于b来说，a的电势最高时是在：（） A．交流电流方向向右，电流强度最大时； B．交流电流方向向左，电流强度最大时； C．交流电流方向向左，电流减少到零时； D．交流电流方向向右，电流减少到零时； 11．如图一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线 圈中的感应电动势随时间的变化如图所示，下面说法中正确的是( )
[高考命题解读]
第1讲 交变电流的产生和描述 一、正弦式交变电流 1.产生 线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动. 2.两个特殊位置的特点 (1)线圈平面与中性面重合时，S ⊥B ，Φ最大，ΔΦ Δt ＝0，e ＝0，i ＝0，电流方向将发生改变. (2)线圈平面与中性面垂直时，S ∥B ，Φ＝0，ΔΦ Δt 最大，e 最大，i 最大，电流方向不改变. 3.电流方向的改变 一个周期内线圈中电流的方向改变两次. 4.交变电动势的最大值 E m ＝nBSω，与转轴位置无关，与线圈形状无关. 5.交变电动势随时间的变化规律 e ＝nBSωsin ωt .
自测 1 (多选)关于中性面，下列说法正确的是 ( ) A.线圈在转动中经中性面位置时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零 B.线圈在转动中经中性面位置时，穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大 C.线圈每经过一次中性面，感应电流的方向就改变一次 D.线圈每转动一周经过中性面一次，所以线圈每转动一周，感应电流的方向就改变一次 答案 AC 二、描述交变电流的物理量 1.周期和频率 (1)周期T ：交变电流完成1次周期性变化所需要的时间，单位是秒(s).表达式为T ＝2πω＝1 n (n 为转速). (2)频率f ：交变电流在1 s 内完成周期性变化的次数，单位是赫兹(Hz).
(3)周期和频率的关系：T ＝1f 或f ＝1 T . 2.交变电流的瞬时值、最大值、有效值和平均值 (1)瞬时值：交变电流某一时刻的值，是时间的函数. (2)最大值：交变电流或电压所能达到的最大的值. (3)有效值：让恒定电流和交变电流分别通过阻值相等的电阻，如果在交流的一个周期内它们产生的热量相等，就可以把恒定电流的数值规定为这个交变电流的有效值. (4)正弦式交变电流的有效值与最大值之间的关系 I ＝ I m 2，U ＝U m 2，E ＝E m 2 . (5)交变电流的平均值： E ＝n ΔΦΔt ，I ＝n ΔΦ(R ＋r )Δt . 自测 2 (多选)图1甲为交流发电机的原理图，正
描述交变电流的物理量习题课 班级姓名 【学习要点】 表征交变电流的物理量 （1）瞬时值：交流电的瞬时值反映的是不同时刻交流电的大小和方向，瞬时值 是时间的函数，不同时刻瞬时值不同。正弦交流电瞬时值的表达式为 e=E m sinωt＝NBSωsinωt （2）最大值：交流电的最大值反映的是交流电大小的变化范围，当线圈平面与 磁力线平行时，交流电动势最大，E m＝NBSω，瞬时值与最大值的关系是：－ E m≤e≤Ｅm。 （3）有效值：交流电的有效值是根据电流的热效应来规定的。即在同一时间内，跟某一交流电能使同一电阻产生相等热量的直流电的数值，叫做该交流电的有 效值，正弦交流电的有效值与最大值之间的关系是： E=E m/U=U m/I=I m/ 各种交流电电气设备上所标的、交流电表上所测得的以及在叙述中没有特别 加以说明的交流电的最大值，都是指有效值。 （4）平均值：交流电的平均值是交流电图像中波形与横轴所 围的面积跟时间的比值，用e=nΔΦ／Δt计算 (5)区分 ①各种使用交变电流的电器设备上所示值 为. ②交流电表（电压表或电流表）所测值为. ③计算交变电流的功、功率、热量等用. ④对于含电容器电路，判断电容器是否会被击穿时则需要 考虑交流的值是否超过电容器的耐压值。 ⑤在计算通过导体横截面的电荷量时应考虑值 【范例精析】 例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
例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？ 例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。 【能力训练】 1、一个矩形线圈在匀强磁场中转动，产生的感应电动势按正弦规律变化，其瞬 时值的表达式为e=220sin100πtV，下列说法中正确的是：( ) A．频率是50Hz B．.当t=0时，线圈平面与中性面重合 C．当t=1/100 s时，e的值最大，为220V D．线圈转动的角速度为314rad/s 2、下列数据中不属于交变电流有效值的是（） A.交流电表的示数 B.灯泡的额定电压 C.电容器的耐压值 D.保险丝的额定电流
5.2 描述交变电流的物理量 一、教学目标： １、知道交变电流的周期、频率的含义，以及它们相互间的关系。知道我国生产、生活所使用的交流电的周期和频率。 ２、知道交变电流的峰值和有效值的意义，会计算某些交流电的有效值。 ３、会应用正弦式交流电的有效值进行有关的计算。 二、复习引入： 正弦式交流电是如何产生的，它的瞬时值表达式是怎么样的？所对应的图像又是怎么样的？ 三、自主学习： 问题１：在上一节的学习中我们看见交流电的变化是有规律的，请你定义一下交流电的周期与频率，它们之间的关系是如何的？ 问题２：一个周期内，电流的方向发生几次变化，几次达到最大值？ 问题３：观察交流电的瞬时值表达式，如何找出交流电的最大值，如何计算交流电的平均值？ 问题４：什么叫做交流电的有效值?如何计算有效值？
四、跟踪练习： 1．某交变电压随时间的变化规律如图3所示，则此交变电流的频率为________Hz .线圈转动的角速度是________rad /s .若将此电压加在10 μF 的电容器上，则电容器的耐压值不应小于________V . 图3 2．我国照明电压的瞬时值表达式为e ＝2202sin 100πt V ，它的周期是________，频率是________，在1 s 内电流的方向改变________次，电压最大值为________． 知识点二 交变电流的峰值和有效值 3．关于交变电流的感应电动势的有效值U 和最大值U m ，下列说法中正确的是( ) A ．任何形式的交变电流都具有U ＝U m /2的关系 B ．只有正(余)弦交变电流才具有U ＝Um 2 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 4．电阻R 1、R 2与交流电源按照图4(a )方式连接，R 1＝10 Ω，R 2＝20 Ω.合上开关S 后，通过电阻R 2的正弦交变电流i 随时间t 变化的情况如图(b )所示．则( ) A ．通过R 1的电流有效值是1.2 A B ．R 1两端的电压有效值是6 V C ．通过R 2的电流最大值是1.2 2 A D ．R 2两端的电压最大值是6 2 V 【方法技巧练】 图4 一、有效值的计算方法 5．如图5所示为一交变电流的图象，则该交变电流的有效值为多大？ 图5 6．某一交流电的电压波形如图6所示，求这一交流电的电压有效值U.
描述交变电流的物理量 教学目标： 1、能利用有效值定义计算某些交变电流的有效值。 2、理解交流电“四值”并能正确运用适当的值解决相应问题。 活动一：完成下列习题，掌握交变电流的有效值计算方法 1、一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图甲所示。已知发电机线圈内阻为5.0Ω， 则外接一只电阻为95.0Ω的灯泡，如图乙所示，则（） A.电压表○v的示数为220v B.电路中的电流方向每秒钟改变50次 C.灯泡实际消耗的功率为484w D.发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2J 2、右图所示是某种型号的电热毯的电路图，电热毯 接在交变电源上，通过装置P使加在电热丝上的 电压的波形如右图所示。此时接在电热丝两端的 交流电压表的读数为（） A.110V B.156V C.220V D.311V 3、如图表示一交变电流的电流随时间而变化的图像．此交流电流的有效值是( ) 4、如图表示一交流随时间变化的图像，求此交流的有效值。 活动二：完成下列习题，理解交流电“四值”并能正确运用适当的值解决相应问题 1、把一电容器C接在220V的交流电路中，为了保证电容不被击穿，电容器C的耐压值是多少？ P u V 1 2 3 4 5 O t/10-2s u/V 311 2 -4 t/s i/A 2 1 3 4
V 2、将硬导线中间一段折成不封闭的正方形，每边长为l ，它在磁感应强度为B 、方向如图的匀强磁场中匀速转动，转速为n ，导线在a 、b 两处通过电刷与外电路连接，外电路有额定功率为P 的小灯泡并正常发光，电路中除灯泡外，其余部分的电阻不计，灯泡的电阻应为 （ ） A.(2πl 2nB )2/P B.2(πl 2nB )2/P C.(l 2nB )2/2P D.(l 2nB )2/P 3、一电阻为R 的金属圆环，放在匀强磁场中，磁场与 圆环所在平面垂直，如图（a ）所示，已知通过圆环的磁通量随时间t 的变化关系如图（b ）所示，图中的最大磁通量0φ和变化周期T 都是已知量，求： （1）在t =0到t = T /4的时间内，通过金属圆 环横截面的电荷量q 。 （2）在t=0到t=2T 的时间内，金属环所产生的电热Q 。 4、如图，匀强磁场的磁感应强度B=0.5T,边长为L=10cm 的正方形线圈abcd 共100匝，线圈电阻r=1Ω，线圈绕垂直于磁感线的轴匀速转动。,/2s rad πω =外电路电阻R=4Ω。 求：（1）感应电动势最大值 （2）由图示位置转过60。 角时的感应电动势值 （3）由图示位置转过60。角过程中产生的感应电动势值 （4）交流电压表的示数 （5）线圈转动一周在电阻R 上产生的热量 （6）在1/6周期内通过电阻R 的电荷量为多少。 课堂反馈： 5、一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交流电的图象如图所示，由图可以知道（ ） A 、0.01s 时刻线圈处于中性面位置 B 、0.01s 时刻穿过线圈的磁通量为零 C 、该交流电流有效值为2A D 、该交流电流频率为50Hz 6、如图所示，单匝线圈在匀强磁场，中绕OO ′轴从图示位置开始转动。已知从图示位置转过π/6时，线圈中电动势大小为10V ，求： （1）交变电动势的峰值； b a B l
2.3 表征交变电流的物理量学案（粤教版选修3-2） 1．(双选)某交变电流的方向在1 s内改变100次，则其周期T和频率f分别为() A．T＝0.01 s B．T＝0.02 s C．f＝100 Hz D．f＝50 Hz 2．(双选)一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，产生交变电流的电动势的图象如图1所示，则() A．交变电流的频率是4π Hz B．当t＝0时，线圈平面和磁感线垂直 C．当t＝π s时，e有最大值 D．交流电的周期是2π s 3．如图2是一个正弦式交变电流的图象，下列说法正确的是() A．周期是0.2 s，电流的峰值是10 A B．周期是0.15 s，电流的峰值是10 A C．频率是5 Hz，电流的有效值是10 A D．频率是0.2 Hz，电流的有效值是7.07 A
【概念规律练】 知识点一 交变电流的周期和频率 1．某交变电压随时间的变化规律如图3所示，则此交变电流的频率为________ Hz.线圈转动的角速度是________ rad/s.若将此电压加在10 μF 的电容器上，则电容器的耐压值不应小于________ V . 2．我国照明电压的瞬时值表达式为e ＝2202·sin 100πt V ，它的周期是 ________，频率是________，在1 s 内电流的方向改变________次，电压最大值为________． 知识点二 交变电流的峰值和有效值 3．关于交变电流的感应电动势的有效值U 和最大值U m ，下列说法中正确的是( ) A ．任何形式的交变电流都具有U ＝U m /2的关系 B ．只有正(余)弦式交变电流才具有U ＝U m 2 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 4．电阻R 1、R 2和交流电源按照图4(a)方式连接，R 1＝10 Ω，R 2＝20 Ω.合上开关S 后，通过电阻R 2的正弦式交变电流i 随时间t 变化的情况如图(b)所示．则( ) A ．通过R 1的电流有效值是1.2 A B ．R 1两端的电压有效值是6 V C ．通过R 2的电流最大值是1.2 2 A D ．R 2两端的电压最大值是6 2 V 【方法技巧练】 一、有效值的计算方法 5．如图5所示为一交变电流的图象，则该交变电流的有效值为多大？ 6．某一交流电的电压波形如图6所示，求这一交流电的电压有效值U . 图6 二、瞬时值、最大值、有效值和平均值的使用技巧 7．如图7所示，矩形线圈的匝数为n ，线圈面积为S ，线圈电阻为r ，在磁感应强度为B 的匀强磁场中绕OO ′轴以角速度ω匀速转动，外电路电阻为R ，在线圈由图示位置转过90°的过程中，求： (1)通过电阻R 的电荷量q ；
交变电流的产生与描述 一、交变电流的产生和变化规律 1、 交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流电。 2、 正弦式电流；随时间按正弦规律变化的电流叫做正弦式电流，正弦式电流的图象是正弦曲线，我国市用的交变电流都是正弦式电流 3、中性面：中性面的特点是，线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零；线圈经过中性面时，内部的电流方向要发生改变。 4、正弦式交流电的产生和变化规律 （1）产生过程 （2）规律 函数形式：N 匝面积为S 的线圈以角速率ω转动，从某次经过中性面开始计时，则e=NBSωsinωt ，用Em 表示峰值NBSω，则t E e m ωsin =，电流t i R E R e m ωsin = = 。 二、 描述交变电流的物理量 1、周期和频率 交变电流的周期和频率都是描述交变电流变化快慢的物理量。 （1）周期T ：交变电流完成一次周期性变化所需的时间，单位是秒（S ），周期越大，交变电流变化越慢，在一个周期内，交变电流的方向变化2次。 （2）频率f:交变电流在1s 内完成周期性变化的次数，单位是赫兹，符号为Hz ，频率越大，交变电流变化越快。 （3）关系： π ω 21= =T f 2、瞬时值、最大值、有效值和平均值 （1）感应电动势瞬时值表达式：(在计算通电导体或线圈所受的安培力时，应用瞬时值。) 若从中性面开始，感应电动势的瞬时值表达式：t e e m ωsin =（伏）。 感应电流瞬时值表达式： t I i m ωsin ·=（安） 若从线圈平面与磁力线平行开始计时，则感应电动势瞬时值表达式为：t e m ωεcos ·=（伏）。 感应电流瞬时值表达式： t I i m ωcos ·=（安）
表征交变电流的物理量 典型例题解析 【例1】一个电阻接在10V 的直流电源上，它的发热功率为P ，当它接到电压为u ＝10sin100πt V 的交变电源上，发热功率是多少？() [ ] A ．0.25P B ．0.5P C ．P D ．2P 解答：通直流电时P ＝U 直2/R ＝100/R ； 通交变电流时′＝＝＝；有效 P U /R (U )/R 50/R 2m 2/2 所以P ′＝P/2．故应选B 项． 点拨：计算交变电流的发热功率，必须选择有效值． 【例2】图18－11中两交变电流分别通过相同电阻R ．①分别写出它们的有效值、周期、频率；②计算它们在R 上产生的功率之比． 解答：①图甲为正弦交流电其有效值＝＝，周期I I 3.55 A T 1m 1/2 ＝0.4s ，频率f 1＝2.5Hz ；图乙为方波交流电，电流的大小不变，方向作周期性变化，由于热效应与电流方向无关，因而它的有效值I 2＝5A ，周期T 2＝0.4s ，频率f 2＝2.5Hz ． ②由公式P ＝I 2R 得P 甲∶P 乙＝1∶2． 点拨：对于非正弦交流电，在计算其有效值时，一定要根据有效值的定义，利用热效应关系求解． 【例3】电路两端的交流电压是u ＝U m sin314tV ，在t ＝0.005s 时电压的值为10V ，则接在电路两端的电压表读数为多少？ 点拨：交流电表的读数应是交流电的有效值． 参考答案：7.07V 。 【例4】下列说法正确的是
[ ] A．在一个周期内电流的方向改变两次 2 B．交流电的最大值总是有效值的倍 C．若正弦交流电的最大值为10V，则它的最小值为－10V D．演示交流电随时间变化规律时，应采用交流电流表 点拨：线圈每通过中性面一次，电流方向改变一次；只有正弦交流 2 电其最大值才是有效值的倍，交流电的正负表示方向；只有直流电流表的偏向、偏角大小随电流方向、大小发生变化． 参考答案：A 跟踪反馈 1．四个接220V交流电的用电器，通电时间相同，则消耗电能最多的是 [ ] A．正常发光的额定功率为100W的灯泡 B．电流最大值的0.6A的电熨斗 C．每秒发热40cal的电热器 D．额定电流I＝0.5A的电烙铁 2．下列说法正确的是 [ ] A．用交流电压表测量交流电压时，指针来回摆动 B．一周期内交流的方向改变两次 C．如果交流的最大值是5A，则最小值为－5A D．用电器上所标电压值是交流的有效值 3．一电阻接在10V直流电源上，电热功率为P；当它接到电压u＝10sin ωtV上时功率为 [ ] A．0.25P B．0.5P C．P D．2P 4．如图18－12为一交流的电压与时间图像，它的有效值为________V． 参考答案
2 描述交流电的物理量 [目标定位] 1.掌握交变电流的周期、频率、线圈转动角速度三者间的关系.2.理解交变电流有效值的含义，会进行有效值的相关计算.3.知道正弦式交变电流有效值与峰值的关系及在生活中的应用. 一、周期和频率 1.周期(T )：交变电流完成一次周期性变化所需的时间，用T 表示，单位是秒. 2.频率(f )：交变电流在1_s 内完成周期性变化的次数，用f 表示，单位是赫兹，符号是Hz. 3.T 、f 、ω三者之间的关系 T ＝1f ，f ＝1T ，ω＝2π T ＝2πf . 4.(1)我国工农业生产和生活所用的交变电流，周期是0.02 s ，频率是50 Hz ，电流方向每秒改变100次. (2)打点计时器接交变电流，f ＝50 Hz ，T ＝0.02 s ，所以每隔0.02 s 打一次点. 例1 如图1所示，图线a 是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生的正弦式交变电流的图像，当调整线圈转速后，所产生的正弦式交变电流的图像如图线b 所示，以下关于这两个正弦式交变电流的说法正确的是( ) 图1 A.线圈先后两次周期之比为2∶3 B.线圈先后两次转速之比为2∶3 C.交变电流a 的瞬时值为u ＝10sin (5πt )V D.交变电流b 的最大值为203 V 解析 由u －t 图像知：T a ∶T b ＝2∶3，故两次转速之比为3∶2，选项A 正确，B 错误；对交变电流a ：U m ＝10 V ，T a ＝0.4 s ，则ωa ＝5π rad/s，故u ＝U m sin(ωa t )V ＝10sin (5πt )V ，选项C 正确；由E m ＝nBSω，且ωa ∶ωb ＝T b ∶T a ＝3∶2知，E m b ＝23E m a ＝20 3 V ，选项D 正确. 答案 ACD
第一节交流电的产生和变化规律 一、交变电流： c）、（e）所示电流都属 2、中性面：匀速旋转的线圈，位于跟磁感线垂直的平面叫做中性面。这一位置穿过线圈的磁通量最大，但切割边都未切割磁感线，或者说这时线圈的磁通量变化率为零，线圈中无感应电动势。 3、规律： （1）、函数表达式：从中性面开始计时，则e=NBSωsinωt 。用εM表示峰值εM=NBSω 则e=εM sinωt在纯电阻电路中,电流I= R R e m ε =sinωt=I m sinωt，电压u=U m sinωt 。 4、交流发电机 （1）发电机的基本组成：①用来产生感应电动势的线圈（叫电枢）②用来产生磁场的磁极 （2）发电机的基本种类①旋转电枢式发电机（电枢动磁极不动）②旋转磁极式发电机（磁极动电枢不动）无论哪种发电机，转动的部分叫转子，不动的部分叫定子 第二节表征交变电流的物理量 1、表征交变电流大小物理量 ①瞬时值：对应某一时刻的交流的值用小写字母x 表示，e i u ②峰值：即最大的瞬时值用大写字母表示，U mＩmεm εm= nsBωＩm=εm/ R 注意：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线方向的轴匀速转动时，所产生感应电动势的峰值为 ε m =NBSω，即仅由匝数N，线圈面积S，磁感强度B和角速度ω四个量决定。与轴的具体位置，线圈的形状及线圈是否闭合都是无关的。 ③有效值： ⅰ、意义：描述交流电做功或热效应的物理量 ⅱ、定义：跟交流热效应相等的恒定电流的值叫做交流的有效值。 ⅲ、正弦交流的有效值与峰值之间的关系是ε= 2 m ε I= 2 m I U= 2 m U 。 i o t i o t i o t i o t i o t 图151 (a d )) (b () c() d () e
课题1 交变电流的产生和描述 知识与技能目标： 1、熟悉交变电流产生的条件、特点以及其表达式； 2、掌握狡辩电流的峰值、瞬时值、有效值和平均值，及其应用特点。 〖导 学 过 程〗 知识点回顾 一、交变电流、交变电流的图像 1.交变电流 和 都随时间做周期性变化的电流。 2.正弦式交变电流的产生和图像 （1）产生：在匀强磁场里，线圈绕 磁场方向的轴匀速转动。 （2）两个特殊位置的特点 I.线圈平面与中性面重合时，S ⊥B ，Φ ，ΔΦ Δt ＝ ，e ＝ ，i ＝ ，电流方向 . II.线圈平面与中性面垂直时，S ∥B ，Φ＝ ，ΔΦ Δt ，e ，i ，电流方向 . （3）电流方向的改变：一个周期内线圈中电流的方向改变 次. （4）交变电动势的最大值：E m ＝ ，与转轴位置无关，与线圈形状无关. （5）交变电动势随时间的变化规律：e ＝ .（从中性面位置开始计时） （6）图像：线圈从中性面位置开始计时，如图甲、乙、丙所示。 二、正弦式交变电流的函数表达式、峰值和有效值 1.周期和频率 (1)周期(T )：交变电流完成 变化(线圈转一周)所需的时间，单位是秒(s)，公式T ＝ 。 (2)频率(f )：交变电流在1 s 内完成周期性变化的 。单位是赫兹(Hz)。 (3)周期和频率的关系：T ＝ 或f ＝ 。 2.交变电流的瞬时值、峰值和有效值
新授： 一、正弦交变电流的产生及变化规律 1.交流电产生过程中的两个特殊位置 2.正弦式交变电流的变化规律 磁通量：Φ＝Φm cos ωt ；电动势：e ＝E m sin ωt ；电流：i ＝I m sin ωt 。 【例1】如图所示，单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，其转动轴线OO ′与磁感线垂直。已知匀强磁场的磁感应强度B ＝1 T ，线圈所围面积S ＝0.1 m 2，转速12 r/min 。若从中性面开始计时，则线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达式应为( ) A.e ＝12πsin 120t (V) B.e ＝24πsin 120πt (V) C.e ＝0.04πsin 0.4πt (V) D.e ＝0.4πcos 2πt (V)
用评价促进学生的学习、教师的教学 ——以高三一轮复习《交变电流的产生及描述》为例 【教学目标】 1、能够用切割和磁通量的变化率的两种观点推导线圈在磁场中转动产生感应电动势的规律。 2、能够用函数、图像、物理量不同途径对交变电流进行描述。 3、从热效应的角度说出交变电流有效值的物理意义，并且能够加以运用求出给定交变电流的有效值。 【课堂实录】 创设情境，引发回忆：用手摇发电机演示交流电的产生过程。模型建立，提供平面图。 教师用PPT 给出例题 例1．一交流电的产生原理如图说示，匀强 磁场的磁场强度为B ，矩形线圈以角速度ω 逆时针转动。线圈AB 边长为L 1，线圈AD 边长为L 2。线圈从中性面面转动开始计时， t 时刻线圈中的感应电动势为多大？（你可以用两种方法进行推导） （给学生足够的审题时间，先全体思考后提问学生） T ：t 时刻线圈的感应电动势选用哪个公式求解？还可以选用其他公式求解吗？ 提示：切割的观点：经时间t ，线圈转过的角度？哪两根导线切割磁感线，导线在该时刻的速度及切割速度分别为多少?每根导线切割磁感线产生的电动势为？两根导线上的电动势是累加还是抵消？ S ：选用动生切割表达式，关注速度垂直磁感线的分量。 T 磁通量的变化率的观点：t 时刻，线圈磁通量的表达式？0 →???Φ t t 即()t Φ对t A B C D
的求导。 S：磁通量变化率即对磁通量变化的求导，经老师提示修改为对磁通量的求导两学生黑板板演 S：评价前两位学生的推导 T：用PPT向学生展示“拓展研究”：两条边所经过处的磁感应强度大小均为B、 方向始终与两边的运动方向垂直。 这种辐向磁场中线圈产生的感应电 动势和刚刚推导的感应电动势有什 么区别？ S：速度始终和磁场垂直，速度不需要再分解。 T：电动势的大小变化吗？ S：变化 教师纠正 继续对推导出的线圈的感应电动势的瞬时表达式进行研究。 T:如果线圈有N匝？如果以CD边为转轴？如果线圈是圆形？感应电动势瞬时表达式是什么形式呢？ S：在原有感应电动势的瞬时表达式上在乘以N，以CD边为转轴、线圈是个圆形感应电动势的表达式不变。 T：很好，教师引导学生说出判断的理由。 T：我们可以有哪些途径、方法对这样的交变电流进行描述？ S：函数、图像 T：用PPT打出下图函数图象 T：补充还可以用物理量进行描述，如最大值、频率、周期、有效值等 T：由图像说出感应电动势什么时候有最大值？
表征交变电流的物理量 一、素质教育目标 (一)知识教学点 1．复习上节课知识，并推出εm=BωS εm＝NBωS 2．理解交变电流的周期、频率含义，掌握它们相互间关系 3．理解交变电流有效值的意义，会应用正弦式交变电流有效值公式对纯电阻电路的电压、电流进行有关计算 4．能利用有效值定义计算某些交变电流的有效值 (二)能力训练点 1．培养学生阅读、理解及自学能力。 2．培养学生将知识进行类比、迁移的能力。 3．使学生理解如何建立新的物理概念而培养学生处理解决新问题能力。 4．培养学生应用数学工具处理解决物理问题的能力。 5．训练学生由特殊到一般的归纳、演绎思维能力。 6．努力培养学生的实际动手操作能力。 (三)德育渗透点 1．由用电器铭牌，可介绍我国近几年的经济腾飞，激发学生爱国精神和为建设祖国发奋学习的精神。 2．让学生体会对称美。 二、重点、难点、疑点及解决办法 1．交变电流有效值概念既是重点又是难点，通过计算特殊形式的交变电流的有效值来体会和掌握它的定义 2．交变电流瞬时值确定使学生感到困难，通过例题分析使学生学会借助数学工具处理解决物理问题的能力 三、课时安排 1课时 四、教具准备 投影机、幻灯机、手摇发电机、导线若干、万用电表(25只) 灯泡“220V、100W”(25只) 五、学生活动设计 1．学生通过计算分析得出：矩形线框在匀强磁场中绕垂直磁感线的任一轴匀速转动一周中，产生的感应电动势εm＝BωS。 2．学生通过知识类比知道描述交变电流的周期性变化特点必须要引入周期T、频率f来表示变化的快慢。 3．通过演示实验观察掌握瞬时值、最大值、有效值概念。 4．学生通过再次使用万用电表，熟练基本仪器的使用和正确读数。 5．通过练习巩固加深对交流电图象的认识和有效值的理解。 六、教学步骤
5.2描述交变电流的物理量 课题描述交变电流的物理量课型新授 教学目标 一、知识与技能 1 知道交变电流的周期和频率，以及它们与转子角速度ω的关系。 2 知道交变电流和电压的最大值、瞬时值、有效值等及其关系。 3知道我国供电线路交变电流的周期和频率。 二、过程与方法 1用等效的方法得出描述交变电流的有效值。 2 学会观察实验，分析图象，由感性认识到理性认识的思维方式。 三、情感态度与价值观 1 通过对描述交变电流的物理量的学习，体会描述复杂事物的复 杂性，树立科学、严谨的学习和认识事物的态度。 2 联系日常生活中的交变电流知识，培养学生将物理知识应用于生活和 生产实际的意识，鼓励学生勇于探究与日常生活有关的物理学问题。 教学重点难点重点：周期、频率的概念，有效值的概念和计算难点：有效值的概念和计算 教学方法诱思探究教学法 教学手段小灯泡（6V、0.3A）手摇交流发电机模型多媒体投影仪 板面设计
１．交变电流的周期和频率（1）周期： （2）频率： （3）周期和频率的关系： ２．交变电流的峰值和有效值 （1）交变电流峰值（Im、Em、Um）： （2）交变电流有效值（I、E、U）： 1）有效值： 2）正弦交流电有效值与最大值的关系３.课堂小结 ４．作业 教学过程教法运用
教学过程 一、复习引入新课 上节课我们研究了矩形线圈在匀强磁场中转动，线圈中会产生正弦交流电。 [师问] 如何描述线圈中交变电流的变化规律呢? [生答] 1、公式法：从中性面开始计时， 2、图象法： 如图所示 [师问] 试确定43210t t t t t 、、、、=时刻，图象坐标与线圈转动 位置的对应关系？ [生答] 43210t t t t t 、、、、=线圈转过的角度分别为：0、2 π、 π、23π、π2 。 [教师指出] 线圈转动一整圈，交变电流就完成一个周期性变化。这说明，线圈转动速度越快，交变电流周期性变化的越快。交变电流与恒定电流比较具有不同的特点，用那些量来描述交变电流呢？ 由学生自我重现正弦交流电理论 推导过程。教师 提示如下关键点①研究对象。② 垂直切割速度。③等效电路。④ 变化规律。 引导学生把两图结合起来分析，增强分析图象的能力。以达到感性和理性认识的结合。 ω 角速度为宽其中线圈长圈转动的截面图教师利用投影仪展示线,,21l ad l ab ==t Sin E t Sin l l B e m ωωω=????=222 1
电磁感应回顾以及交变电流 例1、矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，在线圈平面经过中性面瞬间：（） A.线圈平面与磁感线平行； B.通过线圈的磁通量最大； C.线圈中的感应电动势最大； D.线圈中感应电动势的方向突变。 例2、一矩形线圈，面积为s，匝数为N，在场强为B的匀强磁场中绕着轴oo’做匀速转动角速度为ω，磁场方向与转轴垂直，当线圈转到中性面位置开始计时，求： （1）线圈中感应电动势的最大值？写出线圈中感应电动势随时间变化的表达式？ （2）若线圈中的电阻为R，则线圈中的电流的最大值为多少？写出线圈中的电流瞬时表达式。 变式训练：一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电动势的最大值为311V，线圈在磁场中转动的角速度是100πrad/s。（1）写出感应电动势的瞬时值表达式 （2）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路中的总电阻为100Ω，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式，在t=1/120时电流强度的瞬时值为多少？ 针对训练 1、图 5-1-4 所示各 的电流 中不是交流电的是：（） 2、如图5-1-5所示，一线圈在匀强磁场中匀速转动，经过图所示位置时，（） A.穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最小 B.穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最大 C.穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最大 D.穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最小 3、交流发电机在工作时的电动势为e＝E m sinωt，若将其线框的转速提高到原来的两倍， 其他条件不变，则其电动势变为（） A.E m sinωt/2 B.2E m sinωt/2 C.E m sin2ωt D.2E m sin2ωt 4、如图5-1-6所示，若线框abcd不闭合，当磁铁转动时，下列说法中正确的是（） A.线框中产生感应电动势，可跟随磁铁转动 B线框中不产生感应电动势，可跟随磁铁转动 C.线框中产生感应电动势，不跟随磁铁转动 D.线框中不产生感应电动势，不跟随磁铁转动 5、闭合线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的交流电瞬时值的表达式为i=0.2sin100πt，从 t＝0到第一次出现通过线圈的磁通量变化率最大值的时间为（） A.1/50 s B.1/100 s C.1/200 s D1/400 s 6、线圈在磁场中转动时产生的交变电流如图5-1-8所示，从图中可知：（） A.在A和C时刻线圈平面与磁场垂直 B.在B和D时刻穿过线圈的磁通量最大 C.在A和C时刻，感应电流改变方向
2021届新高考物理第一轮复习课时强化训练 交变电流的产生和描述 一、选择题 1、手摇式发电机的线圈在匀强磁场中匀速转动时，其磁通量随时间按如图所示的正弦规律变化。当线圈的转速变为原来的一半时，下列说法正确的是( ) A．交流电压的变化周期变为原来的一半 B．穿过线圈的磁通量的最大值变为原来的一半 C．交流电压的最大值变为原来的一半 D．交流电压的有效值变为原来的2倍 解析：选C 根据T＝1 n 可知，当线圈的转速变为原来的一半时， 周期变为原来的2倍，选项A错误；穿过线圈的磁通量的最大值为Φm ＝BS，与转速无关，选项B错误；当线圈的转速变为原来的一半时，角速度变为原来的一半，根据E＝nBSω可知，交流电压的最大值变 为原来的一半，选项C正确；根据E＝E m 2 可知，交流电压的有效值变
为原来的一半，选项D 错误。 2、如图所示为一交变电流随时间变化的图像，其中电流的正值为正弦曲线的正半周，其最大值为I m ；电流的负值的大小为I m ，则该交变电流的有效值为( ) A.22I m B.I m 2 C.32I m D.62 I m 解析：选C 设该交变电流的有效值为I ，取一个周期时间，由 电流的热效应得：? ?? ? ? ?I m 2 2 R×1×10－2 s ＋I m 2R×1×10－2 s ＝I 2R×2×10－2 s ，解得：I ＝3 2 I m ，故C 正确。 3、如图甲所示，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的中心 轴OO′匀速转动，从某时刻开始计时，产生的感应电动势e 随时间t 的变化曲线如图乙所示，若外接电阻R ＝70 Ω，线圈电阻r ＝10 Ω，则下列说法正确的是( )
《表征交变电流的物理量》教案设计 教学目的： l、掌握表征交变电流大小物理量，物理－表征交变电流的物理量。 2、理解有效值的定义并会用它解决相关问题。 3、掌握表征交变电流变化快慢的物理量。 教学重点： 掌握表征交变电流大小物理量。理解有效值的定义并会用它解决相关问题 教学难点： 有效值的理解 教学准备： 幻灯片、交流发电机模型、演示电流表、 教学过程： 一、知识回顾 （一）、交变电流： 大小和方向都随时间作周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流。如图 15-1所示（b）、（c）、（e）所示电流都属于交流，其中按正弦规律变化的 交流叫正弦交流。如图（b）所示。而（a）、(d)为直流其中（a）为恒定电流。 （二）、正弦交流的产生及变化规律。 1、产生：当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生的交流是随时间按正弦规律变化的。即正弦交流。 规律图象表示 二、新课教学： 1、表征交变电流大小物理量 ①瞬时值：对应某一时刻的交流的值 用小写字母x 表示，e i u
②峰值：即最大的瞬时值 ③有效值： ⅰ、意义：描述交流电做功或热效应的物理量 ⅱ、定义：跟交流热效应相等的恒定电流的值叫做交流的有效值，物理教 案《物理教案－表征交变电流的物理量》。 ⅲ、正弦交流的有效值与峰值之间的关系是ε= I= U= 。 注意：正弦交流的有效值和峰值之间具有ε= ，U= 的关系，非正弦（或 余弦）交流无此关系，但可按有效值的定义进行推导，如对于正负半周最大值 相等的方波电流，其热效应和与其最大值相等的恒定电流是相同的，因而其有 效值即等于其最大值。即I=I 。 ⅳ、交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值；交流电流表和交流 电压表的读数是有效值。对于交流电若没有特殊说明的均指有效值。 ⅴ、在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值。 ④、峰值、有效值应用上的区别。 峰值是交流变化中的某一瞬时值，对纯电阻电路来说，没有什么应用意义。若对含电容电路，在判断电容器是否会被击穿时，则需考虑交流的峰值是否超 过电容器的`耐压值。 交流的有效值是按热效应来定义的，对于一个确定的交流来说，其有效值 是一定的。 在实际应用中，交流电器铭牌上标明的额定电压或额定电流都是指有效值，交流电流表和交流电压表指示的电流、电压也是有效值，解题中，若题目不加 特别说明，提到的电流、电压、电动势时，都是指有效值。 2、表征交变电流变化快慢的物理量 ①、周期T：电流完成一次周期性变化所用的时间。单位：s . ②、频率f：一秒内完成周期性变化的次数。单位：ＨZ. ω= 三、巩固练习 1、正弦交流电压的峰值为10V，周期为0.2S，将此电压接在10 的电阻上，在0.05s内电阻上产生的热量（）