2017-2019学年鲁科版选修3-2 3.1 交变电流的特点 学案

现代都市之夜,华灯齐放,流光溢彩.街道上,车水马龙,路灯辉煌、霓虹闪烁、交通信号灯频频致意……汇成一条条彩虹,真的是“火树银花不夜天”;住宅区里,万家灯火,电视节目精彩纷呈,空调机营造着温馨舒适的环境,洗衣机在工作,而你正在上网查阅资料或者浏览网页……这一切都离不开交变电流.请你思考什么是交变电流?交变电流与直流电相比,具有什么特点?交变电流是如何产生的,又具有什么规律?§3.1交变电流的特点学案1.知道交变电流,能区分直流和交变电流.2.了解周期和频率的概念,知道频率单位,掌握周期和频率之间的关系.3.知道最大值和有效值,理解有效值的物理意义,体会“等效思想”的运用.4.知道正弦交变电流的峰值和有效值之间的关系.1.恒定电流和交变电流(1)恒定电流都不随时间变化的电流.(2)交变电流大小和方向都随时间做变化的电流.(3)图象特点恒定电流的图象是一条,交变电流的图象有时在时间轴的上方,有时会在时间轴的下方.(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.2.交变电流的周期和频率(1)周期交变电流完成所需的时间,用T表示,国际制中单位是.(2)频率交变电流1 s内完成的次数,用f表示,国际制中单位是.(3)周期和频率的关系T= .3.交变电流的最大值和有效值(1)最大值交变电流的峰值U m、I m,是指交变电流能达到的值.(2)有效值根据交变电流的规定的.即让恒定电流和交变电流通过相同阻值的电阻,使它们在相同时间内产生的相等,就把该恒定电流的数值规定为这个交变电流的有效值.(3)正弦式交变电流的有效值和最大值的关系最大值是有效值的倍.主题1直流电和交流电情景阅读教材第44页“实验与探究”,利用示波器完成实验①先将1.5 V干电池接入示波器的输入端;②再将学生电的交流输出电压调至1.5 V,接入示波器的输入端.显示出直流和交流电的波形分别是一条直线和一条正弦曲线.问题(1)①直流电和交流电有什么不同?②什么是恒定电流?什么是交变电流?日常生活中使用的白炽照明灯用的是恒定电流还是交变电流?(2)①方向不变的电流就是恒定电流吗?方向变化的电流就是交变电流吗?②图示是几种常见的电流波形图象,它们分别是直流电还是交流电?交流电和直流电最本质的区别是什么?主题2交变电流的周期和频率问题阅读教材第45页的“交变电流的周期和频率”内容,请你回答(1)周期和频率是描述什么的物理量?(2)从任意某一时刻开始计时,一个周期内交变电流的方向改变几次?(3)我国市用交流电的频率是多大?周期是多大?在1 s内电流方向改变多少次?主题3交变电流的最大值和有效值问题(1)阅读教材“交变电流的最大值和有效值”内容,回答下列问题①什么是交流电的峰值?②什么是有效值?③如何计算交流电的有效值?(2)①举例说明实际问题中什么时候要考虑交变电流的峰值?②什么时候要考虑有效值?一、对交流电的认识例1如图所示的图象中的电流都随时间t做周期性变化,其中属于交流电的是.二、对描述交变电流的物理量的理解例2图示为一正弦式交变电流的图象,则该交变电流的频率为多少赫兹?其有效值为多少安培?若此图象为流过电阻R=10 Ω的电流随时间变化的图象,则1 min内在电阻中产生的电热为多少焦耳?三、交流电的有效值的计算例3图示为一交变电流的电流i随时间t变化的图象,此交变电流的有效值是 ()A.52 AB.5 AC.3.52 AD.3.5 A变式训练将正弦交变电流经过整流器处理后,得到的电流波形刚好去掉了半个周期,如图所示.其有效值是 ()A D.1 AA.2 AB.2 AC.221.关于交变电流,下列说法正确的是 ()A.交流电器设备上所标的电压值和电流值是交变电流的峰值B.用交流电流表和电压表测定的示数值是交变电流的瞬时值C.给定的交变电流的数值,在没有特别说明的情况下都是指有效值D.跟交变电流有相同的热效应的直流的数值是交变电流的有效值2.下列图象中属于交变电流的是 ()3.关于交变电流的有效值和最大值,下列说法正确的是 ()计算即可A.求交变电流的有效值时根据U=m2的关系B.只有正弦交变电流才具有U=m2C.照明电压220 V、动力电压380 V指的都是有效值D.交流电压表和电流表测量的是交变电流的最大值4.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 sB.交变电流的频率为8 HzC.交变电流的有效值为2 AD.交变电流的最大值为4 A1.重点难点教学重点交变电流有效值概念.教学难点交变电流有效值概念及计算.2.高考前瞻学习描述交变电流的物理量——周期、频率、峰值和有效值是学习交流电的基础.这些概念的理解和应用在高考试题中出现的频率较高.题型主要是以选择题为主.3.教学建议本课时注意引导学生了解交变电流和电压的峰值、瞬时值、周期、频率等概念的物理意义, 引导学生认识有效值的概念,明确它与峰值的关系.知道电器上标注的、电表测量的和通常所说的电压、电流均为有效值.参考答案1.(1) 大小和方向(2)周期性(3)水平直线(4) 正弦2.(1)一次周期性变化s(2)周期性变化Hz(3)1f3.(1)最大(2)热效应热量(3)21.解答(1)①直流电有正、负极;交流电无正、负极.②恒定电流是大小和方向都不随时间变化的电流.交变电流是大小和方向都随时间做周期性变化的电流.白炽照明灯一般用的是交变电流.(2)①方向不变的电流是直流电,但不一定是恒定电流,只有大小和方向都不随时间变化的电流是恒定电流;方向变化的电流是交流电.②甲、乙、丙、丁四图均为交流电.交流电和直流电的最本质的区别是直流电的方向不随时间改变,交流电的方向随时间做周期性变化.2.解答(1)周期和频率是描述交变电流改变快慢的物理量.(2)在一个周期内交变电流的方向改变2次.(3)我国市用交流电的频率是50 Hz,周期是0.02 s,在1 s内电流方向改变100次.3.解答(1)①峰值是指交变电流在一个周期内电压和电流达到的最大值,通常用U m、I m表示.②交变电流的有效值是根据电流的热效应定义的.让交变电流和直流电通过同样的电阻,如果它们在相同时间内产生的热量相等,把直流电的值叫做交变电流的有效值.通常用大写字母U、I表示.③求解有效值通常有两种方法a.对于正弦式交流电,可直接利用有效值和最大值的关系计算I=U m2=0.707I m ,U=I m2=0.707U m.b.按非正弦规律变化的交流电,可以从交变电流有效值的定义出发,根据热效应的“三同原则”(同电阻、同时间、同热量)求解.(2)①有效值的应用举例a.有效值是根据电流热效应定义的,在计算电热Q、热功率P、电功W及电功率,或考虑保险丝的熔断电流时,用有效值,如Q=I2Rt、P=I2R等.b.交流电流表和交流电压表的示数指的都是有效值.c.各种电器的铭牌上标出的值(额定电流、额定电压)指的都是有效值.②最大值的应用举例在含电容器的电路中,考虑电容器的耐压值(击穿电压)时,需考虑电压的最大值.一、对交流电的认识例1(a)(c)(e)【解析】交流电的典型特征是方向变化,其大小可能不变,如(e)中的矩形交流电,其方向变化、大小不变,也是交流电,而(b)、(d)中的电流大小变化、方向不变,不属于交流电.【点拨】交流电的最根本标志是方向随时间变化.电流方向不随时间变化的属于直流电.二、对描述交变电流的物理量的理解例250 Hz53×104 J【解析】据所给图象可知,此交变电流的周期为0.02 s,故其频率f=1T =10.02Hz=50 Hz由于交变电流峰值为10 A,又是正弦式交变电流,因此有效值I=m2=2=52 A根据焦耳定律,1 min内在电阻产生的电热Q=I2Rt得Q=(52)2×10×60 J=3×104 J.【点拨】从交流电的电流图象中可以直接得出的是交流电的电流最大值和周期;只有正弦式交流电才满足I=I m2;计算电热、电功率、电功时必须用交流电的有效值.三、交流电的有效值的计算例3 B【解析】根据交变电流有效值的定义可知,让图中的交变电流和一恒定电流同时通过一个电阻,如果在相同时间内电阻产生的热量相同,则此时恒定电流的大小即为该交变电流的有效值.因此,要求此交流电的有效值,只需研究一个周期内电阻产生的热量即可,由I12Rt1+I22Rt2=I2Rt即(42)2×R×0.01+(32)2×R×0.01=I2R×0.02解得I=5 A.【点拨】在进行有效值的计算时,如果不是正弦交流电,则应该根据电流的热效应的“三同原则”(同电阻,同时间,同热量)求解,一般选择一个周期T的时间进行计算.变式训练 D【解析】设图象所示电流的有效值为I,根据有效值的定义可知I2·R·T=(m2)2·R·T2+0解得I=I m2=1 A.一、交流电和直流电的区别1.交流电大小和方向都随时间改变,特别是方向随时间改变的电流.2.直流电方向不随时间改变的电流.注意大小和方向都不随时间改变的电流叫恒定电流.二、交变电流的物理量之间的关系1.周期与频率的关系为T=1.2.正弦交变电流有效值与峰值的关系I=m2 ,U=m2,E=m2.3.非正弦式交流电的有效值需从有效值的定义计算,利用电流热效应的“三同原则”(同电阻,同时间,同热量)进行计算.1.CD【解析】交流电器设备上所标的电压值和电流值是交变电流的有效值,A项错误;用交流电流表和电压表测定的示数值是交变电流的有效值,B项错误.由有效值的定义和通常的说法知,C、D项正确.2.BD【解析】根据交变电流的定义,图示中B、D的电流方向都发生了改变,因此它们属于交变电流.A、C尽管大小发生变化,但方向没变,不是交变电流.的关系,A错误,B正确.交流电压表和电流表测量的是交变电流的有效值,通常3.BC【解析】只有正弦式交变电流才具有U=m2所说和电器标注的电压和电流均指有效值,C正确、D项错误.4.C【解析】由e-t图象可知,交变电流的周期为0.25 s,故频率为4 Hz,选项A、B错误.根据欧姆定律可知交变电流的最大值为2 A,故有效值为选项C正确.(见活页《金太阳导学测评七》)(见《课程纲要》课程评价表格)。