选修3-2 第五章 交变电流 2.描述交变电流的物理量 教案
文档属性
| 名称 | 选修3-2 第五章 交变电流 2.描述交变电流的物理量 教案 |  | |
| 格式 | rar | ||
| 文件大小 | 158.4KB | ||
| 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 | 2010-12-30 13:23:00 | ||
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文档简介
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第二课时：描述交变电流的物理量 电感和电容对交变电流的影响
【基础知识回顾】
一．描述交变电流的物理量
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，其关系式如e= Emsin(t+φ)
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，当线圈平面和磁感线平行时，交流电动势最大，，瞬时值与最大值的关系是。
3. 交流电的有效值：
（1）定义：交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的：让交流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相同的时间内产生的热量相等，就把这一直流的数值叫做这一交流的有效值。
（2）正弦交流电的有效值与最大值的关系是：
（3）说明：
①各种交流电器上所标的额定电压、电流均指有效值
②交流电表的示数全为有效值
③电器元件（如电容）的击穿电压（耐压值）指的是最大值，但保险丝熔断电流为有效值
④一般所说交流电的值，均为有效值
⑤求解交流电产生的热量问题时，必须用有效值，不能用平均值。
⑥中各量均为有效值。
4．平均值：交流电的平均值是交流电图象中波形与横轴（t轴）所围的面积跟时间的比值，其数值可用计算。某段时间内交流电的平均值不等于这段时间始、终时刻瞬时值的算术平均值。在T/4时间内。若计算通过电路某一截面的电量，需用电流的平均值。
5．周期和频率
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：秒。
在一个周期里，交变电流的方向变化2次。
（2）频率f:单位时间内完成周期性变化的次数。单位：赫兹，Hz.
频率越大，交变电流变化越快。f=1/T
二．电感和电容对交变电流的影响
1. 感抗
a． 感抗是电感对交变电流阻碍作用的大小，用XL表示。
b． 影响感抗的因素：线圈的自感系数（L）,交流电的频率（f）。L越大、f越高，XL越大
c.应用： (1)低频扼流圈：作用 “通直流、阻交流”
(2)高频扼流圈:作用 “通低频、阻高频”
c．
2. 容抗
a. 容抗是电容对交流的阻碍作用大小，用XＣ表示．
b.影响容抗的因素：电容器的电容和交变电流的频率，电容越大，频率越高，容抗越小
c.电容器的特性
隔直电容器——通交流、隔直流．
旁路电容器——通高频、阻低频．
【要点讲练】
例1.一小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度ω绕垂直于磁场方向的固定轴转动，线圈匝数n=100，穿过每匝线圈的磁通量φ随时间按正弦规律变化，如图所示，发电机内阻r=5Ω，外电路电阻R=95Ω,已知感应电动势的最大值Em=nωφm ,其中φm为穿过每匝线圈磁通量的最大值，求串联在外电路中的交流电流表（理想电表）的读数。
例2.匀强磁场的磁感应强度B，边长L的正方形线圈abcd共N匝,线圈电阻为r ,线圈绕垂直于磁感线的轴OO’ 以如图所示的角速度ω匀速转动,外电路电阻为R .
(1)在答卷图中标出此刻线圈感应电流的方向.
(2)转动过程中感应电动势的最大值有多大
(3)线圈平面与磁感线成60°时的感应电动势多大
(4)设发电机由柴油机带动,其他能量损失不计,线圈转一周,柴油机要做多少功
(5)从图示位置开始,线圈转过600的过程中通过电阻R的电量是多少？
例3.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的转速.现在的调光台灯、调速电风扇是用可控硅电子元件来实现的.如图所示为经过一个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二分之一周期中，前面四分之一周期被截去.调节台灯上的旋钮可以控制截去的多少，从而改变电灯上的电压.那么现在电灯上的电压为____.
例4.如图所示为电子技术中常用的电路之一.“~”表示低频交流，“ ”表示高频交流，“—”表示直流，则下列叙述正确的是( )
A.图a中后级输入只有交流成分
B.图b中后级输入只有直流成分
C.图c中后级输入只有低频交流成分
D.图c中后级输入只有高频交流成分
【强化练习】
1、一根电阻丝接入100v的直流电，1min产生的热量为Q，同样的电阻丝接入正弦交变电压，2min产生的热量为0.5Q，那么该交变电压的最大值为 （ ）
A、50v B、100v C、50v D、50v
2. 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）所示的方形波交变电压和正弦波交变电压下，两种电压的周期和峰（最大）值都相等，则（ ）
A. 用电压表测量甲电炉两端电压大
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
D. 两电炉消耗的电功率之比
3.如图所示，线圈的自感系数和电容器的电容都很小（如L=1mH，C=200pF），此电路的重要作用是( )
A．阻直流通交流，输出交流
B．阻交流通直流，输出直流
C．阻低频通高频，输出高频交流
D．阻高频通低频，输出低频 交流和直流
4. N匝矩形线圈长L1、宽L2，电阻为r，通过滑环P、Q和电刷a、b连接电阻R，组成闭合电路。线圈处在图示匀强磁场中，磁感应强度为B。轴OO′与磁场方向垂直，现线圈以角速度绕轴OO′转动，求：
（1）电流表的示数；
（2）使线圈转动一周，外力所做的功。
5. 在相同时间内，某正弦交流电通过一阻值为100欧的电阻产生的热量与一电流强度为3A的直流电通过同一阻值的电阻产生的热量相等，则（ ）
A. 此交流电的电流强度的有效值为3A B. 此交流电的电流强度的有效值为3A
C. 电阻两端的交流电压的有效值为300v D. 电阻两端的交流电压的有效值为300v
6. 一个矩形线圈在匀强磁场中转动产生的交流电动势为e=220sin100πt，关于这个交流电的说法正确的是（ ）
A.交流电的频率是100Hz， B.电动势的有效值是220v
C.电动势的最大值是311v D.线圈每秒钟转50周
7．如图电路中，已知交流电源电压 V，电阻R=100Ω。电流表和电压表读数分别为（ ）
A．l.41A，200V B．1.4lA，141V C．2A，200V D．2A，141V
8.把一个电热器接到10 V直流电源上，产生的热量为Q，若把它接到正弦交流电源上，在相同时间内产生的热量为Q/2.则该交流电的( )
A.峰值是10 V B.角速度一定是100π rad/s
C.峰值是10 V D.有效值是10 V
9.某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系如图所示.如果其他条件不变，仅使线圈的转速加倍，则交流电动势的最大值和周期分别变为( )
A.400 V，0.02 s B.200 V，0.02 s
C.400 V，0.08 s D.200 V，0.08 s
10.如左图为电热毯的电路图，电热丝接在u＝311sin100πt V的电源上，电热毯被加热到一定温度后，通过装置P使输入电压变为右图所示的波形，从而进入保温状态.若电热丝电阻保持不变，此时交流电压表的读数是( )
A.110 V B.156 V
C.220 V D.311 V
11.如图所示，把电阻、电感器、电容器并联接到一交流电源上，三个电流表的示数相同.若保持电源电压不变，而将频率加大，则三个电流表的示数I1、I2、I3大小的关系是( )
A.I1=I2=I3 B.I1＞I2＞I3
C.I2＞I1＞I3 D.I3＞I1＞I2
12. 如图所示，电路中，L为一自感线圈，两支路电阻相等，则 （ ）
A.闭合开关S时，稳定前电流表A1的示数小于电流表A2 的示数
B.闭合开关S时，稳定前电流表A1的示数等于电流表A2的示数
C.闭合开关S时，稳定前电流表A1的示数大于电流表A2的示数
D.断开开关S时，稳定前电流表A1的示数小于电流表A2的示数
13．通过某电阻的周期性交变电流的图象如图所示。求该交流电的有效值I＝ 。
14.（09·天津·9）（1）如图所示，单匝矩形闭合导线框abcd全部处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中，线框面积为S，电阻为R。线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度匀速转动，线框中感应电流的有效值I= 。线框从中性面开始转过的过程中，通过导线横截面的电荷量q= 。
O’ ω
d
a
c
b
B
O
R
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第二课时：描述交变电流的物理量 电感和电容对交变电流的影响
【基础知识回顾】
一．描述交变电流的物理量
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，其关系式如e= Emsin(t+φ)
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，当线圈平面和磁感线平行时，交流电动势最大，，瞬时值与最大值的关系是。
3. 交流电的有效值：
（1）定义：交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的：让交流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相同的时间内产生的热量相等，就把这一直流的数值叫做这一交流的有效值。
（2）正弦交流电的有效值与最大值的关系是：
（3）说明：
①各种交流电器上所标的额定电压、电流均指有效值
②交流电表的示数全为有效值
③电器元件（如电容）的击穿电压（耐压值）指的是最大值，但保险丝熔断电流为有效值
④一般所说交流电的值，均为有效值
⑤求解交流电产生的热量问题时，必须用有效值，不能用平均值。
⑥中各量均为有效值。
4．平均值：交流电的平均值是交流电图象中波形与横轴（t轴）所围的面积跟时间的比值，其数值可用计算。某段时间内交流电的平均值不等于这段时间始、终时刻瞬时值的算术平均值。在T/4时间内。若计算通过电路某一截面的电量，需用电流的平均值。
5．周期和频率
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：秒。
在一个周期里，交变电流的方向变化2次。
（2）频率f:单位时间内完成周期性变化的次数。单位：赫兹，Hz.
频率越大，交变电流变化越快。f=1/T
二．电感和电容对交变电流的影响
1. 感抗
a． 感抗是电感对交变电流阻碍作用的大小，用XL表示。
b． 影响感抗的因素：线圈的自感系数（L）,交流电的频率（f）。L越大、f越高，XL越大
c.应用： (1)低频扼流圈：作用 “通直流、阻交流”
(2)高频扼流圈:作用 “通低频、阻高频”
c．
2. 容抗
a. 容抗是电容对交流的阻碍作用大小，用XＣ表示．
b.影响容抗的因素：电容器的电容和交变电流的频率，电容越大，频率越高，容抗越小
c.电容器的特性
隔直电容器——通交流、隔直流．
旁路电容器——通高频、阻低频．
【要点讲练】
例1.一小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度ω绕垂直于磁场方向的固定轴转动，线圈匝数n=100，穿过每匝线圈的磁通量φ随时间按正弦规律变化，如图所示，发电机内阻r=5Ω，外电路电阻R=95Ω,已知感应电动势的最大值Em=nωφm ,其中φm为穿过每匝线圈磁通量的最大值，求串联在外电路中的交流电流表（理想电表）的读数。
例2.匀强磁场的磁感应强度B，边长L的正方形线圈abcd共N匝,线圈电阻为r ,线圈绕垂直于磁感线的轴OO’ 以如图所示的角速度ω匀速转动,外电路电阻为R .
(1)在答卷图中标出此刻线圈感应电流的方向.
(2)转动过程中感应电动势的最大值有多大
(3)线圈平面与磁感线成60°时的感应电动势多大
(4)设发电机由柴油机带动,其他能量损失不计,线圈转一周,柴油机要做多少功
(5)从图示位置开始,线圈转过600的过程中通过电阻R的电量是多少？
例3.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的转速.现在的调光台灯、调速电风扇是用可控硅电子元件来实现的.如图所示为经过一个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二分之一周期中，前面四分之一周期被截去.调节台灯上的旋钮可以控制截去的多少，从而改变电灯上的电压.那么现在电灯上的电压为____.
例4.如图所示为电子技术中常用的电路之一.“~”表示低频交流，“ ”表示高频交流，“—”表示直流，则下列叙述正确的是( )
A.图a中后级输入只有交流成分
B.图b中后级输入只有直流成分
C.图c中后级输入只有低频交流成分
D.图c中后级输入只有高频交流成分
【强化练习】
1、一根电阻丝接入100v的直流电，1min产生的热量为Q，同样的电阻丝接入正弦交变电压，2min产生的热量为0.5Q，那么该交变电压的最大值为 （ ）
A、50v B、100v C、50v D、50v
2. 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）所示的方形波交变电压和正弦波交变电压下，两种电压的周期和峰（最大）值都相等，则（ ）
A. 用电压表测量甲电炉两端电压大
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
D. 两电炉消耗的电功率之比
3.如图所示，线圈的自感系数和电容器的电容都很小（如L=1mH，C=200pF），此电路的重要作用是( )
A．阻直流通交流，输出交流
B．阻交流通直流，输出直流
C．阻低频通高频，输出高频交流
D．阻高频通低频，输出低频 交流和直流
4. N匝矩形线圈长L1、宽L2，电阻为r，通过滑环P、Q和电刷a、b连接电阻R，组成闭合电路。线圈处在图示匀强磁场中，磁感应强度为B。轴OO′与磁场方向垂直，现线圈以角速度绕轴OO′转动，求：
（1）电流表的示数；
（2）使线圈转动一周，外力所做的功。
5. 在相同时间内，某正弦交流电通过一阻值为100欧的电阻产生的热量与一电流强度为3A的直流电通过同一阻值的电阻产生的热量相等，则（ ）
A. 此交流电的电流强度的有效值为3A B. 此交流电的电流强度的有效值为3A
C. 电阻两端的交流电压的有效值为300v D. 电阻两端的交流电压的有效值为300v
6. 一个矩形线圈在匀强磁场中转动产生的交流电动势为e=220sin100πt，关于这个交流电的说法正确的是（ ）
A.交流电的频率是100Hz， B.电动势的有效值是220v
C.电动势的最大值是311v D.线圈每秒钟转50周
7．如图电路中，已知交流电源电压 V，电阻R=100Ω。电流表和电压表读数分别为（ ）
A．l.41A，200V B．1.4lA，141V C．2A，200V D．2A，141V
8.把一个电热器接到10 V直流电源上，产生的热量为Q，若把它接到正弦交流电源上，在相同时间内产生的热量为Q/2.则该交流电的( )
A.峰值是10 V B.角速度一定是100π rad/s
C.峰值是10 V D.有效值是10 V
9.某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系如图所示.如果其他条件不变，仅使线圈的转速加倍，则交流电动势的最大值和周期分别变为( )
A.400 V，0.02 s B.200 V，0.02 s
C.400 V，0.08 s D.200 V，0.08 s
10.如左图为电热毯的电路图，电热丝接在u＝311sin100πt V的电源上，电热毯被加热到一定温度后，通过装置P使输入电压变为右图所示的波形，从而进入保温状态.若电热丝电阻保持不变，此时交流电压表的读数是( )
A.110 V B.156 V
C.220 V D.311 V
11.如图所示，把电阻、电感器、电容器并联接到一交流电源上，三个电流表的示数相同.若保持电源电压不变，而将频率加大，则三个电流表的示数I1、I2、I3大小的关系是( )
A.I1=I2=I3 B.I1＞I2＞I3
C.I2＞I1＞I3 D.I3＞I1＞I2
12. 如图所示，电路中，L为一自感线圈，两支路电阻相等，则 （ ）
A.闭合开关S时，稳定前电流表A1的示数小于电流表A2 的示数
B.闭合开关S时，稳定前电流表A1的示数等于电流表A2的示数
C.闭合开关S时，稳定前电流表A1的示数大于电流表A2的示数
D.断开开关S时，稳定前电流表A1的示数小于电流表A2的示数
13．通过某电阻的周期性交变电流的图象如图所示。求该交流电的有效值I＝ 。
14.（09·天津·9）（1）如图所示，单匝矩形闭合导线框abcd全部处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中，线框面积为S，电阻为R。线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度匀速转动，线框中感应电流的有效值I= 。线框从中性面开始转过的过程中，通过导线横截面的电荷量q= 。
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