(共19张PPT)
第3章
第1节 交变电流的特点
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
A 级 必备知识基础练
1.某正弦式交变电流i随时间t变化的图像如图所示。由图可知( )
A.电流的最大值为10 A
B.电流的有效值为10 A
C.该交变电流的周期为0.03 s
D.该交变电流的频率为0.02 Hz
B
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
2.关于交变电流的有效值U和最大值Um,下列说法正确的是( )
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
B
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
解析 交流电压、交变电流的峰值和有效值之间的 倍关系是仅限于正弦式交变电流而言的,A错误,B正确;在交
变电流的描述中没有特殊说明情况下的电流和电压均指有效值,C错误;交流电压表、电流表测的都是有效值,D错误。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
3.(2023四川宜宾叙州第二中学开学考试)对于如图所示的电流i随时间t做周期性变化的图像,下列描述正确的是( )
A.电流的大小变化,方向不变,不是交变电流
B.电流的大小不变,方向变化,是交变电流
C.电流的大小和方向都变化,是交变电流
D.电流的大小和方向都不变,是直流电
A
解析 由图可知电流的大小变化,方向不变,不是交变电流。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
4.如图所示,正弦式交变电流和方波交变电流的最大值相等,周期也相等,现使它们通过完全相同的电阻,则在相同的时间(远大于周期)内,两电阻发热之比 等于( )
B
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
解析 计算电阻发热Q=I2Rt需用交变电流的有效值,题图甲的有效值为
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
5.图甲、乙分别表示两种电流的波形,其中图乙所示电流按正弦规律变化,分别用I1和I2表示图甲和图乙两电流的有效值,则( )
A.I1∶I2=2∶1
B.I1∶I2=1∶2
D
解析 题图甲所示的电流在一个周期内方向变化,大小不变,故图甲的电流有效值为I1=I0;题图乙所示的电流为正弦式交变电流,其有效值为
,选项D正确。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
6.一交变电流随时间变化的图像如图所示,此交变电流的有效值为
A。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
7.一个小型电热器接在输出电压为10 V的直流电源上,消耗电功率为P;若把它接在某个正弦交流电源上,其消耗的电功率为 。如果电热器电阻不变,求此交流电源输出电压的最大值。
答案 10 V
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
B 级 关键能力提升练
8.电阻R1、R2与交流电源按照图甲所示方式连接,R1=10 Ω,R2=20 Ω。闭合开关S后,通过电阻R2的正弦式交变电流i随时间t变化的情况如图乙所示。则( )
A.通过R1的电流有效值是1.2 A
B.R1两端的电压有效值是6 V
B
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
解析 由题图可知通过电阻R2的电流最大值为 ,故其有效值为0.6 A,根据串联电路的特点可得通过R1的电流有效值也为0.6 A,A、C错误;R1两端的电压有效值为U1=IR1=6 V,B项正确;R2两端的电压最大值为
V,D错误。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
9.(多选)甲、乙两电炉的电阻值相等,把甲和乙两电炉分别接到如图(a)和(b)所示的方波交变电压和正弦式交变电压下,两种电压的周期和峰值都相等,则( )
A.用电压表测量甲、乙两电炉两端电压,甲的大
B.用电压表测量甲、乙两电炉两端电压,一样大
C.两电炉消耗的电功率之比P甲∶P乙=2∶1
D.两电炉消耗的电功率之比P甲∶P乙=1∶1
AC
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
10.将正弦式交变电流经整流器处理后得到的电流波形刚好去掉了负半周,如图所示,则该电流的有效值为( )
C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
11.匝数为100的线圈通过如图所示的交变电流(图中曲线为余弦曲线的一部分),单匝线圈电阻r=0.02 Ω,则在0~10 s内线圈产生的焦耳热为( )
A.80 J B.85 J
C.90 J D.125 J
B
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
12.在交变电流的一个周期内,某正弦式交变电流通过一阻值为10 Ω的电阻产生的热量,与一电流为3 A的直流电通过同一阻值的电阻在相同时间内产生的热量相等,则此交变电流的最大值为 A;电阻两端的交流电压的最大值为 V。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
13.如图甲所示,一个电阻为R的金属圆环放在磁场中,磁场与圆环所在的平面垂直,穿过圆环的磁通量随时间变化的图像如图乙所示,图中的最大磁通量Φ0和变化的周期T都是已知量,求在一个周期T的时间内金属环中产生的焦耳热和交变电流的有效值。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13(共41张PPT)
第3章
第1节 交变电流的特点
学习目标 思维导图
1.知道什么是交变电流。(物理观念)
2.通过实验探究恒定电流与交变电流的区别。(科学探究)
3.知道交变电流的周期和频率、最大值和有效值。(物理观念)
4.了解最大值和有效值不同的实际应用意义。(科学思维)
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
目录索引
学以致用·随堂检测全达标
基础落实·必备知识全过关
一、直流电流与交变电流
1.恒定电流
正常工作的干电池提供的电压不变,因而在电路中形成的电流
和方向都不随时间变化,是恒定电流(如图所示)。
2.直流电流
不随时间变化的电流为直流电流。
大小
方向
3.交变电流
在电路中形成的电流大小和 随时间做 变化的电流是交变电流(如图所示)。
方向
周期性
想一想如图甲、乙所示的电流为交变电流的是哪个图
提示 乙图所示的电流为交变电流。
二、交变电流的周期和频率
1.周期:交变电流完成一次 所需要的时间。用T表示,单位是 。
2.频率:交变电流在一段时间内完成 的次数与这段时间之比称为交变电流的频率,用f表示,单位是 。
3.周期(T)和频率(f)之间的关系: 。
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。
周期性变化
秒(s)
周期性变化
赫兹(Hz)
正弦
想一想打点计时器总是每0.02 s打一次点,交变电流的频率为多少
提示 每0.02 s打一次点,打点计时器接的交变电流的频率f=50 Hz。
三、交变电流的最大值和有效值
1.最大值
我们用Um、Im分别表示交变电压和电流能达到的 ,又称峰值。
2.有效值
让恒定电流和交变电流分别通过 的电阻,如果它们在相同的 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。交变电流的电流、电压的有效值分别用I、U表示。
3.正弦式交变电流的有效值和最大值的关系
最大值
阻值相等
时间
热量
0.707
0.707
4.应用
(1)电气元件或设备上所标的耐压值指该设备所能承受的交变电流的 。
(2)交流用电设备上所标的额定电压和额定电流是 ;交流电压表测量的数值是 ;交变电流的数值在无特别说明时都指 。
最大值
有效值
有效值
有效值
想一想家用电是正弦式交变电流,电流的大小和方向在不断变化,我们常说家用电电压为220 V,频率为50 Hz,这里的220 V和50 Hz的物理意义是什么 如果电路中含有电容器,对电路的电压有什么要求
提示 家用电压为220 V,指的是交变电流电压的有效值。频率为50 Hz,指交流电压、电流每秒钟周期性变化50次。把交变电流接到电容器两端时,交流电压的峰值应小于电容器所能承受的最大电压(又叫电容器的耐压值、击穿电压),否则电容器就有被击穿的危险。
易错辨析 判一判
(1)方向不变的电流就是恒定电流。( )
(2)i-t波形图是正弦曲线的一定是交变电流。( )
(3)我国交变电流周期为0.02 s,频率为50 Hz。( )
(4)只要是交变电流,其最大值就是有效值的 倍。( )
×
提示 大小和方向都不随时间变化的电流是恒定电流。
×
提示 只有电流的方向发生变化,才有可能是交变电流,若方向不变,尽管大小随时间做周期性变化亦为直流电。
√
×
提示 正弦式交变电流,其最大值是有效值的 倍。
即学即用 练一练
在阻值为70 Ω的电阻中通以正弦式交变电流,测得在10 min内放出的热量为2.1×104 J,则此交变电流的最大值为( )
A.0.24 A B.0.5 A
C.0.707 A D.1 A
D
重难探究·能力素养全提升
探究一 直流电流与交变电流
情境探究
两种电流的图像:恒定电流(如图甲所示),交变电流(如图乙所示)。
如图丙所示电流的波形图是表示交变电流的吗
要点提示 题图丙中电流均为正值,说明电流的方向不随时间变化,则此电流不是交变电流。
知识归纳
1.交变电流的方向随时间变化,而直流电流的方向不随时间变化。另外,交变电流的大小可以不变,如矩形脉冲,而直流电流的大小可以变化。
2.判断是不是交变电流,至少需在一个周期内观察。如矩形波,该电流在正半周期或负半周期,电流的大小和方向都没有发生变化,但在一个周期或更长的时间内,电流的方向随时间发生周期性变化,所以是交变电流。
看方向是否变化
闪光语录 交变电流的波形不一定是曲线,不能认为波形是曲线的,就一定是交变电流。
应用体验
典例1 关于交变电流和直流电流的说法,正确的是( )
A.如果电流大小做周期性变化,则一定是交变电流
B.直流电流的大小可以变化,但方向不一定变化
C.交变电流一定是按正弦或余弦规律变化的
D.交变电流的最大特征就是电流的方向发生周期性的变化
D
解析 直流电的特征是电流方向不变,交变电流的特征是电流方向周期性变化,另外交变电流不一定都是按正弦或余弦规律变化的,D项正确。
规律方法 直流电流与交变电流的区别
(1)区分直流电流和交变电流的最根本的一点就是看方向是否变化。
(2)明确交变电流的性质,知道交变电流的重要特征是电流方向的变化;明确只要方向不变即为直流电流。
针对训练1
(多选)(2023天津高二期末)下列所示图像中属于交变电流的有( )
AD
解析 交变电流是指电流大小和方向都随时间周期性变化的电流,由图可知,A、D正确。
探究二 交变电流的周期和频率
情境探究
如图所示是一个正弦式交变电流的图像。
(1)该交变电流完成一次周期性变化需要多长时间
(2)在1 s内完成多少次周期性变化
要点提示 (1)完成一次周期性变化需要0.02 s。(2)在1 s内完成50次周期性变化。
知识归纳
1.线圈转动一周,交变电流恰好完成一次周期性变化。
2.从线圈转动的角度来说,周期就是线圈在磁场中转动一周所用的时间;频率就是线圈在磁场中一秒钟内转动的圈数。
应用体验
典例2 (多选)关于交变电流的周期和频率,下列说法正确的是( )
A.正弦式交变电流出现两次最大值的时间间隔等于周期的一半
B.正弦式交变电流1 s内出现最大值的次数等于频率
C.正弦式交变电流方向变化的频率为交变电流频率的2倍
D.50 Hz的交变电流,其周期等于0.05 s
AC
解析 因为在一个周期的时间内,正弦式交变电流会出现正向和负向最大值各一次,正弦式交变电流在一个周期内方向改变两次,即正弦式交变电流方向变化的频率为交变电流频率的2倍,所以选项A、C正确,B错误。由T=
s=0.02 s,可知选项D错误。
规律方法 民用交变电流的周期和频率
(1)我国民用交变电流的周期和频率:①周期T=0.02 s。②频率f=50 Hz。ω=100π rad/s,电流
方向每秒钟改变100次。
(2)线圈在匀强磁场中转动一周,电动势、电流都按正(余)弦规律变化一次。
针对训练2
(多选)如图所示,下列对图像的描述正确的是( )
A.该电压是直流电压
B.该电压是交变电压
C.该电压的周期是0.2 s
D.该电压的频率是 Hz
BD
解析 从图像可以看出每经过0.3 s开始重复上一个过程,所以0.3 s是一个周期,频率是 Hz,在一个周期内,前0.1 s电压为正值,后0.2 s电压为负值,表示前后电流方向相反,所以是交变电流,B、D正确,A、C错误。
探究三 交变电流的最大值和有效值
情境探究
如图所示为一交变电流的图像。
(1)此交变电流的周期为多大
(2)此交变电流的最大值为多少
(3)此交变电流的有效值为 A吗 为什么
要点提示 (1)此交变电流的周期为2×10-2 s。
(2)此交变电流的最大值为1 A。
知识归纳
1.交变电流有效值的定义
(1)交变电流的有效值是根据电流的热效应定义的。
(2)等效是指恒定电流和交变电流,在相同的时间内,在相同的电阻上产生的热量相同。
(3)通常所说的交变电流的电压、电流,用电表测量的交变电流的电压、电流,以及用电器的额定电压、额定电流,还有保险丝的熔断电流,都是指其有效值。
2.交变电流有效值的计算
(1)若是正弦式交变电流,可利用交变电流的有效值与峰值间的关系求解,
(2)若不是正弦式交变电流,则必须根据电流的热效应来求解其有效值,且时间取一个周期。
(3)求解思路:假设让交变电流通过相同电阻R,计算交变电流在一个周期内产生相同的热量Q(可分段计算),其中热量Q用相应的物理量I或U来表示如Q=I2Rt或 ,则I或U为交变电流的相应有效值。
抓住“三同”
闪光语录 在定义有效值时应注意三同:①相同电阻;②相同时间;③产生相同热量。
应用体验
典例3 一个匝数为100,电阻为R=0.5 Ω的闭合线圈处于某一磁场中,磁场方向垂直于线圈平面,从某时刻起穿过线圈的磁通量按如图所示规律变化,则线圈中产生交变电流的有效值为( )
B
针对训练3
如图所示的交变电流由正弦式交变电流的一半和反向脉冲电流组合而成,则这种交变电流的有效值为( )
C
学以致用·随堂检测全达标
1
2
3
4
5
1.下列图像中表示交变电流的是( )
D
解析 在B、C两图像中,虽然电流大小随时间做周期性变化,但方向不变,故不是交变电流,B、C错误;A图像中电流的方向没有发生变化,不是交变电流,A错误;D图像中,电流的大小、方向均随时间做周期性变化,是交变电流,D正确。
1
2
3
4
5
2.(多选)(2023福建莆田第一中学期末)在一阻值为R=10 Ω的定值电阻中通入如图所示的电流,则( )
A.此电流为交变电流
B.此电流的周期为2 s
C.此电流的有效值为2.5 A
D.在0~2 s内电阻产生的焦耳热为25 J
AB
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
3.(多选)下列说法正确的是( )
A.使用交变电流的用电器铭牌上所标示的额定电压、额定电流的数值均为最大值
B.用交流电流表和电压表测得的数值是有效值
C.照明电路电压220 V指的是有效值
BC
解析 各种使用交流电流的用电器铭牌上所标示的额定电压、额定电流均为有效值,故A项错误;交流电表测量值为有效值,故B项正确;照明电路电压220 V指的是有效值,故C项正确; 是正弦式交变电流有效值和最大值的关系,故D项错误。
1
2
3
4
5
4.如图所示为一交变电流随时间变化的图像,此交变电流的有效值是( )
C
1
2
3
4
5
5.如图所示一交变电流随时间变化的图像,则此交变电流的有效值是多少
答案 5 A第1节 交变电流的特点
A级 必备知识基础练
1.某正弦式交变电流i随时间t变化的图像如图所示。由图可知( )
A.电流的最大值为10 A
B.电流的有效值为10 A
C.该交变电流的周期为0.03 s
D.该交变电流的频率为0.02 Hz
2.关于交变电流的有效值U和最大值Um,下列说法正确的是( )
A.任何形式的交变电流都具有U=的关系
B.只有正弦式交变电流才具有U=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.(2023四川宜宾叙州第二中学开学考试)对于如图所示的电流i随时间t做周期性变化的图像,下列描述正确的是( )
A.电流的大小变化,方向不变,不是交变电流
B.电流的大小不变,方向变化,是交变电流
C.电流的大小和方向都变化,是交变电流
D.电流的大小和方向都不变,是直流电
4.如图所示,正弦式交变电流和方波交变电流的最大值相等,周期也相等,现使它们通过完全相同的电阻,则在相同的时间(远大于周期)内,两电阻发热之比等于( )
A. B. C. D.1
5.图甲、乙分别表示两种电流的波形,其中图乙所示电流按正弦规律变化,分别用I1和I2表示图甲和图乙两电流的有效值,则( )
A.I1∶I2=2∶1
B.I1∶I2=1∶2
C.I1∶I2=1∶
D.I1∶I2=∶1
6.一交变电流随时间变化的图像如图所示,此交变电流的有效值为 A。
7.一个小型电热器接在输出电压为10 V的直流电源上,消耗电功率为P;若把它接在某个正弦交流电源上,其消耗的电功率为。如果电热器电阻不变,求此交流电源输出电压的最大值。
B级 关键能力提升练
8.电阻R1、R2与交流电源按照图甲所示方式连接,R1=10 Ω,R2=20 Ω。闭合开关S后,通过电阻R2的正弦式交变电流i随时间t变化的情况如图乙所示。则( )
A.通过R1的电流有效值是1.2 A
B.R1两端的电压有效值是6 V
C.通过R2的电流最大值是1.2 A
D.R2两端的电压最大值是6 V
9.(多选)甲、乙两电炉的电阻值相等,把甲和乙两电炉分别接到如图(a)和(b)所示的方波交变电压和正弦式交变电压下,两种电压的周期和峰值都相等,则( )
A.用电压表测量甲、乙两电炉两端电压,甲的大
B.用电压表测量甲、乙两电炉两端电压,一样大
C.两电炉消耗的电功率之比P甲∶P乙=2∶1
D.两电炉消耗的电功率之比P甲∶P乙=1∶1
10.将正弦式交变电流经整流器处理后得到的电流波形刚好去掉了负半周,如图所示,则该电流的有效值为( )
A. A B. A
C.1 A D. A
11.匝数为100的线圈通过如图所示的交变电流(图中曲线为余弦曲线的一部分),单匝线圈电阻r=0.02 Ω,则在0~10 s内线圈产生的焦耳热为( )
A.80 J B.85 J
C.90 J D.125 J
12.在交变电流的一个周期内,某正弦式交变电流通过一阻值为10 Ω的电阻产生的热量,与一电流为3 A的直流电通过同一阻值的电阻在相同时间内产生的热量相等,则此交变电流的最大值为 A;电阻两端的交流电压的最大值为 V。
13.如图甲所示,一个电阻为R的金属圆环放在磁场中,磁场与圆环所在的平面垂直,穿过圆环的磁通量随时间变化的图像如图乙所示,图中的最大磁通量Φ0和变化的周期T都是已知量,求在一个周期T的时间内金属环中产生的焦耳热和交变电流的有效值。
第1节 交变电流的特点
1.B 由题图知此交变电流的最大值为10A,则有效值为I=A=10A;周期为0.02s,则频率为f==50Hz,故B正确,A、C、D错误。
2.B 交流电压、交变电流的峰值和有效值之间的倍关系是仅限于正弦式交变电流而言的,A错误,B正确;在交
变电流的描述中没有特殊说明情况下的电流和电压均指有效值,C错误;交流电压表、电流表测的都是有效值,D错误。
3.A 由图可知电流的大小变化,方向不变,不是交变电流。
4.B 计算电阻发热Q=I2Rt需用交变电流的有效值,题图甲的有效值为I1=,题图乙的有效值为I2=Im,所以代入可得,B正确。
5.D 题图甲所示的电流在一个周期内方向变化,大小不变,故图甲的电流有效值为I1=I0;题图乙所示的电流为正弦式交变电流,其有效值为I2=,故I1∶I2=∶1,选项D正确。
6.解析 此交变电流的前半个周期为正弦式交变电流,后半个周期为恒定电流,取一个周期的时间,根据有效值的定义有R·+(4)2R·=I2RT,解得I=2A。
答案 2
7.解析 由功率公式P=可知,电热器接到直流电源上时,P=。当其接到交流电源时,有,则U2=U1,U2为正弦式交变电流的有效值,则此交变电流的最大值Um=U2=U1=×10V=10V。
答案 10 V
8.B 由题图可知通过电阻R2的电流最大值为0.6A,故其有效值为0.6A,根据串联电路的特点可得通过R1的电流有效值也为0.6A,A、C错误;R1两端的电压有效值为U1=IR1=6V,B项正确;R2两端的电压最大值为Um=ImR2=12V,D错误。
9.AC 题图(a)为方波交流电压,由有效值定义可知T,即有效值为Ua=U0,题图(b)为正弦式交流电压,有效值为Ub=,电压表测量值为有效值,所以接甲电炉的电压表示数大,A正确、B错误;两电炉消耗功率之比为P甲∶P乙==2∶1,C正确、D错误。
10.C 设该电流通过一电阻R,在一个周期内只有半个周期的时间发热,在这半个周期内,相当于一个电流值为A的恒定电流发热,故在一个周期内产生的热量可表示为Q=(A)2R×。设某恒定电流I通过该电阻时在一个周期内产生的热量也为Q,则有I2RT=(A)2R×,得I=1A。故选项C正确。
11.B 由交变电流的有效值定义知R·+(2A)2R·=I2RT,解得该交变电流的有效值I=A,线圈的总电阻R总=100×0.02Ω=2Ω,由Q=I2R总t,得Q=85J,选项B正确。
12.解析 根据交变电流有效值的定义可知,此交变电流的有效值为3A,故最大值为3A;根据U=IR可知电阻两端的交流电压的有效值为30V,根据正弦式交变电流的最大值为有效值的倍可知,电阻两端的交流电压的最大值为30V。
答案 3 30
13.解析 0~时间内,感应电动势为E1=,0~时间内,感应电流为I1=时间内,感应电动势、感应电流大小与0~内相同,T~T时间内感应电动势、感应电流为0,一个周期内产生的热量为2
由有效值的定义可知I2RT=
有效值为I=。
答案
