高二物理学案选修1-1：3.3《交变电流》（新人教版）
文档属性
| 名称 | 高二物理学案选修1-1：3.3《交变电流》（新人教版） |  | |
| 格式 | rar | ||
| 文件大小 | 885.7KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2010-08-11 08:13:00 | ||
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文档简介
本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com
3．交变电流
学习目标
1、了解交变电流是怎样产生的。
2、定性了解交变电流的变化规律及其图象表示和主要特征物理量。
3、知道交流电能通过电容器的原因，了解交流电这一特性在电子技术中的应用。
4、初步了解发电机、交变电流的发明和利用对促进人类社会进步的作用，进一步体验科学、技术与社会生活之间的密切关系。
自主学习
【问题1】你知道生产和生活中使用的用电器，哪些用电器用的是直流电源？哪些用电器用的是交流电源？请举例：
【问题2】你是怎样区别直流电流和交变电流的？这两种电流有何根本区别？
【问题3】交变电流是怎样产生的？交流发电机的结构如何？
【问题4】什么是正弦式交变电流？
正弦式交变电流在某一时刻的电流、电压可表示为：
i= ，
u= 。
【问题5】描述交变电流的特征物理量：
峰值： 。
周期： 。
频率： 。
周期与频率的关系： 。
我国使用的交变电流的频率是： Hz
合作探究
【问题1】观察交流电的波形：电网供给的交流电经过降压后使灯泡发光。把示波器的两个输入端接到小灯泡的两端，在荧光屏上观察到灯泡两端的电压随时间变化的曲线。根据图线认识：我国电网中的交流电，它的电压、电流随时间按 函数规律变化。
图3.3-1
【问题2】交流能够通过电容器：
按图3.3-2和图3.3-3所示电路让同一小灯泡与电容器串联后分别接上直流电源和交流电源，观察灯泡的发光情况。
（1）根据观察到的现象你能得出什么结论？
（2）交流电是如何“通过”电容器的？它与交流电通过电 阻有什么不同？
（3）电容器的这一作用在电子技术中有哪些重要应用？
【问题3】`交流电的有效值
（1） 我们常说“照明电路的电压是220V，动力电路的电压是380V”指的是交流电压的什么值？
（2） 正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系如何？
（3）一个电热器接在10V的直流电源上，在ts内产生的焦耳热为Q，今将该电热器接在一正弦交流电源上它在2ts内产生的焦耳热为Q，则这一交流电源电压的最大值和有效值分别是多少？
【问题4】两只阻值相同的电阻分别通以正弦交流电和方波形交流电，如图3.3-4所示，若它们的电流最大值相等，则两只电阻产生的热功率之比为 ( )
A．1:4 B．1:2
C．1:1 D．2:1
课堂检测
A
1．关于交变电流与直流电的说法中，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．直流电的大小可以变化，但方向一定不变
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变化
2．如图3.3-5所示的四种电流中属于交流电的有（ ）
3．下列说法中正确的是 （ ）
A．直流电能通过电容器
B．交流电不能通过电容器
C．直流电、交流电都能通过电容器
D．交流电的频率越低，电流通过电容器的能力也越低
4．我国交流电的周期为 s，频率为 Hz，那么1min内电流的方向改变 次。
5．.我国照明用的正弦交变电流的电压是220V，动力线路用正弦交变电流的电压是380V。它们的最大值分别为 V和 V。
B 21世纪教育网 高#考#资#源#网
6．某正弦交流电的图像如图3.3-6所示，则由图像可知：
A．该交流电的频率为0.02Hz
B．该交流电的有效值为14.14A
C．该交流电的瞬时值表达式为i=20sin(0.02t)
D．在t=T/8时刻，该交流的大小与其有效值相等
7． 已知交变电流的瞬时值的表达式是i＝5sin50πt (安), 从t＝0到第一次出现最大值的时间是： （ ）
A．6.25秒 B．HYPERLINK "http://www.21cnjy.com/" EMBED Equation.DSMT4 秒 C．HYPERLINK "http://www.21cnjy.com/" EMBED Equation.DSMT4 秒 D．HYPERLINK "http://www.21cnjy.com/" EMBED Equation.DSMT4 秒
8．在电子技术中，从某一装置输出的电流常常既有交流成分，又有直流成分，如果只要把交流成分输送到下一级，应该采用如图3.3-7所示电路中的 电路图(填a或b).其中的电容器叫 ,它的作用是 .
9．一个电热器接到50V的直流电源上，发热功率为200W，如果把它接到正弦式交流电源上使其发热功率也是200 W，则该交流电的电压最大值必须是 V。一个电容器接在交流电路上，击穿与否，取决于交流电压的瞬时值是否超过电容器的耐压值。连接在220V的正弦交流电源两端的电容器要能正常工作，其耐压值必须大于 V。
10． 一个电热器接在10V直流电源上，消耗的电功率为，把它接在如图3.3-8所示的方波交流电源上（不计温度变化对电阻的影响），它消耗的电功率为，则此方波的幅值应是 （ ）
A．10V B．5V
C． HYPERLINK "http://www.21cnjy.com/" EMBED Equation.2 V D．HYPERLINK "http://www.21cnjy.com/" EMBED Equation.2 V
学有所得
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自主学习
【问题1】用直流电的用电器有：手电筒、手机、计算器、电子钟、数码照相机、遥控器等
用交流电的用电器有：电视机、电冰箱、洗衣机、电风扇、电烤火炉、充电器、空调器等
【问题2】大小、方向随时间做周期性变化的电流叫做交变电流，各种电池供给的只沿一个方向流动的电流叫做直流。这两种电流的根本区别在于交变电流的方向随时间做周期性变化，直流电流的方向不随时间变化。
【问题3】在实际中，交变电流是由交流发电机产生的。发电机的原理是利用磁场与线圈间的相对转动使穿过线圈的磁通量发生变化，在线圈中产生感应电动势，这一感应电动势是交变的电动势，从而在与用电器形成的闭合电路中产生的电流是交变电流。各种交流发电机都是由固定不动的“定子”和能够连续转动的“转子”组成。有的发电机线圈转动，磁体不动称为“旋转电枢式发电机”。 有的发电机线圈不动，磁体转动，称为“旋转磁极式发电机”。
【问题4】电流、电压随时间按正弦函数的规律变化的电流，叫做正弦式交变电流
i= Imsinωt u= Umsinωt
【问题5】峰值：交流电电流、电压的瞬时值表达式i= Imsinωt和u= Umsinωt中Im、Um分别是电流和电压的最大值，叫做交流电的峰值
周期：交流电完成一次周期性变化所用的时间。用T表示，单位是秒。
频率：交流电在一秒内发生周期性变化的没次数。用f表示，单位是赫兹，符号是Hz。
周期与频率的关系： 或 50Hz
合作探究
【问题1】正弦
【问题2】（1）交流电能够“通过”电容器，直流电不能通过电容器。电容器具有“隔直流、通交流” 的作用。
（2）由于交流电的电压值不断随时间变化，电容器接到交流电源两端时，如果电压升高，则电容器充电，在电路中形成充电电流。经过峰值以后，交流电压降低，电容器放电，形成放电电流。尽管电荷实际上并没有越过两极板间的介质，但从外电路看来，导线中的电荷确实在流动，所以，电容器的充电和放电表现为交流电通过了电容器。交流电通过电阻时确实有电荷在电阻导体中定向移动,而交流电通过电容器时电荷实际上并没有越过两极板间的介质.
（3）电容器能够把混杂在直流中的交流成分滤掉.称为滤波电容器.
在收音机的音频放大电路中电容器能够把音频信号传到下一级,而不让直流成分通过.称为隔直电容器.
【问题3】`(1)有效值(2) （3）10V, 7.07V
【问题4】 B
课堂检测1.BD 2.ABC 3.D 4.0.02s 50Hz 6000 5.311V 537V 6.BD 7.D 8.b 隔直电容,隔直流、通交流。9.70.7V 311V 10.C
第三章 第四节．变压器
自主学习
【问题1】通过不同的升压变压器将电压升高到相同值后并入电网。通过降压变压器降压后
送到不同的用户，而各种不同的用电器内又有变压器变压，以满足用电器自身的电压需要。
【问题2】略
【问题3】略
【问题4】
【问题5】变压器是电气设备。对于实际变压器，原、副线圈铜导线的电阻发热要损耗电能、铁芯中产生涡流发热要损耗电能、磁感线没有全部通过铁芯，部分磁感线从铁芯中漏出形成漏磁引起能量的损失。这些能量损失不可避免，但可减少。变压器制造时铁芯用硅钢片叠压而成，并且做成闭合的口字形铁芯既可减小涡流又可减少漏磁，是减少电能损失的有效措施。
合作探究
【问题1】①通入直流时灯泡不分管发光，通入交流电时灯泡发光。通入交流时取下可拆变压器的一块铁芯，使其不闭合，灯泡的亮度明显减弱或不发光。
② 根据变压器的工作原理来说明①中所观察到的现象。铁芯不闭合时，磁回路不畅，漏磁大幅增加，能量损失增大，从原线圈传输到副线圈的能量大幅减少，灯泡明显变暗或不亮。
【问题2】略
【问题3】（1）① 略，② 略，③ 略，④，n1＞ n2 ，n1＜ n2（2）略
【问题4】①P入=P出，I1U1=I2U2 ②由I1U1=I2U2和得：
【问题5】在绕制变压器时，原线圈与副线圈所用导线的规格可以不一致。由可知
变压器匝数多的线圈通过的电流小，所用导线可以细一些；变压器匝数少的线圈通过的电流大，所用导线应该粗一些。
【问题6】（1）11:900,（2）0.982A
课堂检测1．ABC,2．Ａ，３．BC,4．70.7V, 5．B,6．C,7．C略
www.
图 3.3-2
图 3.3-3
t/s
t/s
i/A
i/A
图 3.3-4
图 3.3-5
i/A
t/s
图 3.3-6
b
a
前
级
输
出
后
级
输
入
前
级
输
出
后
级
输
入
图 3.3-7
图 3.3-8
n1
I1
I2
n2
U1
U2
n2
U2
～
U1
n1
～
原线圈
副线圈
铁芯
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3．交变电流
学习目标
1、了解交变电流是怎样产生的。
2、定性了解交变电流的变化规律及其图象表示和主要特征物理量。
3、知道交流电能通过电容器的原因，了解交流电这一特性在电子技术中的应用。
4、初步了解发电机、交变电流的发明和利用对促进人类社会进步的作用，进一步体验科学、技术与社会生活之间的密切关系。
自主学习
【问题1】你知道生产和生活中使用的用电器，哪些用电器用的是直流电源？哪些用电器用的是交流电源？请举例：
【问题2】你是怎样区别直流电流和交变电流的？这两种电流有何根本区别？
【问题3】交变电流是怎样产生的？交流发电机的结构如何？
【问题4】什么是正弦式交变电流？
正弦式交变电流在某一时刻的电流、电压可表示为：
i= ，
u= 。
【问题5】描述交变电流的特征物理量：
峰值： 。
周期： 。
频率： 。
周期与频率的关系： 。
我国使用的交变电流的频率是： Hz
合作探究
【问题1】观察交流电的波形：电网供给的交流电经过降压后使灯泡发光。把示波器的两个输入端接到小灯泡的两端，在荧光屏上观察到灯泡两端的电压随时间变化的曲线。根据图线认识：我国电网中的交流电，它的电压、电流随时间按 函数规律变化。
图3.3-1
【问题2】交流能够通过电容器：
按图3.3-2和图3.3-3所示电路让同一小灯泡与电容器串联后分别接上直流电源和交流电源，观察灯泡的发光情况。
（1）根据观察到的现象你能得出什么结论？
（2）交流电是如何“通过”电容器的？它与交流电通过电 阻有什么不同？
（3）电容器的这一作用在电子技术中有哪些重要应用？
【问题3】`交流电的有效值
（1） 我们常说“照明电路的电压是220V，动力电路的电压是380V”指的是交流电压的什么值？
（2） 正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系如何？
（3）一个电热器接在10V的直流电源上，在ts内产生的焦耳热为Q，今将该电热器接在一正弦交流电源上它在2ts内产生的焦耳热为Q，则这一交流电源电压的最大值和有效值分别是多少？
【问题4】两只阻值相同的电阻分别通以正弦交流电和方波形交流电，如图3.3-4所示，若它们的电流最大值相等，则两只电阻产生的热功率之比为 ( )
A．1:4 B．1:2
C．1:1 D．2:1
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A
1．关于交变电流与直流电的说法中，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．直流电的大小可以变化，但方向一定不变
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变化
2．如图3.3-5所示的四种电流中属于交流电的有（ ）
3．下列说法中正确的是 （ ）
A．直流电能通过电容器
B．交流电不能通过电容器
C．直流电、交流电都能通过电容器
D．交流电的频率越低，电流通过电容器的能力也越低
4．我国交流电的周期为 s，频率为 Hz，那么1min内电流的方向改变 次。
5．.我国照明用的正弦交变电流的电压是220V，动力线路用正弦交变电流的电压是380V。它们的最大值分别为 V和 V。
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6．某正弦交流电的图像如图3.3-6所示，则由图像可知：
A．该交流电的频率为0.02Hz
B．该交流电的有效值为14.14A
C．该交流电的瞬时值表达式为i=20sin(0.02t)
D．在t=T/8时刻，该交流的大小与其有效值相等
7． 已知交变电流的瞬时值的表达式是i＝5sin50πt (安), 从t＝0到第一次出现最大值的时间是： （ ）
A．6.25秒 B．HYPERLINK "http://www.21cnjy.com/" EMBED Equation.DSMT4 秒 C．HYPERLINK "http://www.21cnjy.com/" EMBED Equation.DSMT4 秒 D．HYPERLINK "http://www.21cnjy.com/" EMBED Equation.DSMT4 秒
8．在电子技术中，从某一装置输出的电流常常既有交流成分，又有直流成分，如果只要把交流成分输送到下一级，应该采用如图3.3-7所示电路中的 电路图(填a或b).其中的电容器叫 ,它的作用是 .
9．一个电热器接到50V的直流电源上，发热功率为200W，如果把它接到正弦式交流电源上使其发热功率也是200 W，则该交流电的电压最大值必须是 V。一个电容器接在交流电路上，击穿与否，取决于交流电压的瞬时值是否超过电容器的耐压值。连接在220V的正弦交流电源两端的电容器要能正常工作，其耐压值必须大于 V。
10． 一个电热器接在10V直流电源上，消耗的电功率为，把它接在如图3.3-8所示的方波交流电源上（不计温度变化对电阻的影响），它消耗的电功率为，则此方波的幅值应是 （ ）
A．10V B．5V
C． HYPERLINK "http://www.21cnjy.com/" EMBED Equation.2 V D．HYPERLINK "http://www.21cnjy.com/" EMBED Equation.2 V
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【问题1】用直流电的用电器有：手电筒、手机、计算器、电子钟、数码照相机、遥控器等
用交流电的用电器有：电视机、电冰箱、洗衣机、电风扇、电烤火炉、充电器、空调器等
【问题2】大小、方向随时间做周期性变化的电流叫做交变电流，各种电池供给的只沿一个方向流动的电流叫做直流。这两种电流的根本区别在于交变电流的方向随时间做周期性变化，直流电流的方向不随时间变化。
【问题3】在实际中，交变电流是由交流发电机产生的。发电机的原理是利用磁场与线圈间的相对转动使穿过线圈的磁通量发生变化，在线圈中产生感应电动势，这一感应电动势是交变的电动势，从而在与用电器形成的闭合电路中产生的电流是交变电流。各种交流发电机都是由固定不动的“定子”和能够连续转动的“转子”组成。有的发电机线圈转动，磁体不动称为“旋转电枢式发电机”。 有的发电机线圈不动，磁体转动，称为“旋转磁极式发电机”。
【问题4】电流、电压随时间按正弦函数的规律变化的电流，叫做正弦式交变电流
i= Imsinωt u= Umsinωt
【问题5】峰值：交流电电流、电压的瞬时值表达式i= Imsinωt和u= Umsinωt中Im、Um分别是电流和电压的最大值，叫做交流电的峰值
周期：交流电完成一次周期性变化所用的时间。用T表示，单位是秒。
频率：交流电在一秒内发生周期性变化的没次数。用f表示，单位是赫兹，符号是Hz。
周期与频率的关系： 或 50Hz
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【问题1】正弦
【问题2】（1）交流电能够“通过”电容器，直流电不能通过电容器。电容器具有“隔直流、通交流” 的作用。
（2）由于交流电的电压值不断随时间变化，电容器接到交流电源两端时，如果电压升高，则电容器充电，在电路中形成充电电流。经过峰值以后，交流电压降低，电容器放电，形成放电电流。尽管电荷实际上并没有越过两极板间的介质，但从外电路看来，导线中的电荷确实在流动，所以，电容器的充电和放电表现为交流电通过了电容器。交流电通过电阻时确实有电荷在电阻导体中定向移动,而交流电通过电容器时电荷实际上并没有越过两极板间的介质.
（3）电容器能够把混杂在直流中的交流成分滤掉.称为滤波电容器.
在收音机的音频放大电路中电容器能够把音频信号传到下一级,而不让直流成分通过.称为隔直电容器.
【问题3】`(1)有效值(2) （3）10V, 7.07V
【问题4】 B
课堂检测1.BD 2.ABC 3.D 4.0.02s 50Hz 6000 5.311V 537V 6.BD 7.D 8.b 隔直电容,隔直流、通交流。9.70.7V 311V 10.C
第三章 第四节．变压器
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【问题1】通过不同的升压变压器将电压升高到相同值后并入电网。通过降压变压器降压后
送到不同的用户，而各种不同的用电器内又有变压器变压，以满足用电器自身的电压需要。
【问题2】略
【问题3】略
【问题4】
【问题5】变压器是电气设备。对于实际变压器，原、副线圈铜导线的电阻发热要损耗电能、铁芯中产生涡流发热要损耗电能、磁感线没有全部通过铁芯，部分磁感线从铁芯中漏出形成漏磁引起能量的损失。这些能量损失不可避免，但可减少。变压器制造时铁芯用硅钢片叠压而成，并且做成闭合的口字形铁芯既可减小涡流又可减少漏磁，是减少电能损失的有效措施。
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【问题1】①通入直流时灯泡不分管发光，通入交流电时灯泡发光。通入交流时取下可拆变压器的一块铁芯，使其不闭合，灯泡的亮度明显减弱或不发光。
② 根据变压器的工作原理来说明①中所观察到的现象。铁芯不闭合时，磁回路不畅，漏磁大幅增加，能量损失增大，从原线圈传输到副线圈的能量大幅减少，灯泡明显变暗或不亮。
【问题2】略
【问题3】（1）① 略，② 略，③ 略，④，n1＞ n2 ，n1＜ n2（2）略
【问题4】①P入=P出，I1U1=I2U2 ②由I1U1=I2U2和得：
【问题5】在绕制变压器时，原线圈与副线圈所用导线的规格可以不一致。由可知
变压器匝数多的线圈通过的电流小，所用导线可以细一些；变压器匝数少的线圈通过的电流大，所用导线应该粗一些。
【问题6】（1）11:900,（2）0.982A
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图 3.3-2
图 3.3-3
t/s
t/s
i/A
i/A
图 3.3-4
图 3.3-5
i/A
t/s
图 3.3-6
b
a
前
级
输
出
后
级
输
入
前
级
输
出
后
级
输
入
图 3.3-7
图 3.3-8
n1
I1
I2
n2
U1
U2
n2
U2
～
U1
n1
～
原线圈
副线圈
铁芯
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