3.2交变电流的描述1 —【新教材】人教版高中物理选择性必修第二册学案（word含答案）

选择性必修二第三章 交变电流 第二节 交变电流的描述

预习案
【自主学习】
1、矩形线框在匀强磁场中怎样匀速转动时，会在线框中产生正弦式交流电？
2、中性面开始计时，写出通过框的磁通量、电动势、电流、部分电路电压与时间的函数表达式，画出相应的函数图像。
3.阅读教材52-53页，思考并回答：
（1）用什么物理量描述交变电流变化的快慢？
（2）试做教材55页练习1
（3）交流的效果用什么物理量描述？
（4）试做教材63页“思考与讨论”
【学始于疑】（请将预习中不能解决的问题记录下来，供课堂解决。）
课堂案
【合作探究一】周期和频率
问题1：如何描述线圈中交变电流的变化规律呢
（1）、公式法：从中性面开始计时，
（2）、图象法： 如图所示
问题2试确定时刻，图象坐标与线圈转动位置的对应关系？
答 ： 线圈转过的角度分别为：
问题3：用什么物理量来描述交变电流变化的快慢呢？
我们以前学过那种典型的周期性运动？他用什么物理量描述快慢？（匀速圆周运动）
归纳总结
1．交变电流的周期和频率。
（1）周期：　我们把 ，叫做交变电流的周期。周期用T表示，单位是s。
（2）频率： ，叫做交变电流的频率。频率用f表示，单位是Hz。
（3）周期和频率的关系是：
（4）周期、角速度、转速、频率间的关系：
【合作探究二】峰值和有效值
问题1：教材53“思考与讨论”，总结
（1）有效值的定义：
（2）有效值计算方法：
（3）哪些情况需用到“有效值”？
问题2：正弦交变电流的有效值与最大值关系式：
例题：已知某电阻元件在正常工作时，通过它的电流按如图所示的规律变化，今将这个电阻元件与一个多用电表串联(已调至交变电流电流挡)，则多用电表的读数为(　　)
A．5 A B．4 A
C．4 A D．5 A
练1：匝数为100的线圈通有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
练2（选）：选讲例题：试电笔上的氖管，起辉电压86.6V，若将其接在电压为70.7V（=50）频率为50Hz的交流电路，氖管能发光吗？在1秒内有多少时间发光？
【检测与巩固】
A类
1．(多选)下列关于交变电流的说法中正确的是(　　)
A．使用交流的电气设备上所标的电压值和电流值是交变电流的最大值
B．用交流电表测定的读数是交变电流的瞬时值
C．给定的交变电流数值，在没有特别说明的情况下都是指有效值
D．在相同时间内通过同一电阻，跟交变电流有相同热效应的恒定电流的数值是交变电流的有效值
2．(多选)如图所示是某种正弦式交变电压的波形图，由图可确定该电压的(　　)
A．周期是0.01 s
B．最大值是311 V
C．有效值是220 V
D．表达式为u＝220sin100πt V
B类
3．关于交变电流的周期和频率，下列说法中正确的是(　　)
A．正弦式交变电流最大值连续出现两次的时间间隔等于周期
B．1 s内交变电流出现最大值的次数等于频率
C．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
4．两个相同的定值电阻1、2分别接在正弦式交流电源和直流电源的两端，直流电压恒为U0。当电阻1、2的通电时间分别为t和2t时，两个电阻上产生的热量均为Q，则该正弦式交流电源电压的最大值是(　　)
A.U0 B．2U0
C.U0 D.U0
C类
6．如图所示，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。下列关于这两个正弦式交变电流的说法，错误的是(　　)
A．线圈先后两次转速之比为3∶2
B．在图中t＝0时刻穿过线圈的磁通量均为0
C．交变电流a的瞬时值为u＝10sin5πt(V)
D．交变电流b的峰值为V
7．如图所示，图甲和图乙分别表示正弦脉冲波和方波的交变电流随时间的变化关系。则该正弦脉冲波交变电流与方波交变电流的有效值之比为(　　)
A．1∶3 B．1∶2
C．1∶ D．1∶
答案：
A类
1．(多选)下列关于交变电流的说法中正确的是(　　)
A．使用交流的电气设备上所标的电压值和电流值是交变电流的最大值
B．用交流电表测定的读数是交变电流的瞬时值
C．给定的交变电流数值，在没有特别说明的情况下都是指有效值
D．在相同时间内通过同一电阻，跟交变电流有相同热效应的恒定电流的数值是交变电流的有效值
解析　使用交流的电气设备上所标的电压值和电流值是交变电流的有效值，选项A错误；用交流电表测定的读数是交变电流的有效值，选项B错误；一般情况下交变电流的数值都是指有效值，选项C正确；根据有效值的定义知，选项D正确。
答案　CD
2．(多选)如图所示是某种正弦式交变电压的波形图，由图可确定该电压的(　　)
A．周期是0.01 s
B．最大值是311 V
C．有效值是220 V
D．表达式为u＝220sin100πt V
解析　由波形图可知，周期T＝0.02 s，电压最大值Um＝311 V，所以有效值U＝＝220 V，该电压的表达式为u＝Umsint V＝311sin100πt V，故选项B、C正确，A、D错误。
答案　BC
B类
3．关于交变电流的周期和频率，下列说法中正确的是(　　)
A．正弦式交变电流最大值连续出现两次的时间间隔等于周期
B．1 s内交变电流出现最大值的次数等于频率
C．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
解析　因为在一个周期的时间内，交变电流会出现正向和负向最大值各一次，但相邻两个峰值的时间间隔为半个周期。交变电流在一个周期内方向改变两次，即方向变化的频率为交变电流频率的2倍，故选项A、B错误，选项C正确。由T＝＝ s＝0.02 s，知选项D错误。
答案　C
4．两个相同的定值电阻1、2分别接在正弦式交流电源和直流电源的两端，直流电压恒为U0。当电阻1、2的通电时间分别为t和2t时，两个电阻上产生的热量均为Q，则该正弦式交流电源电压的最大值是(　　)
A.U0 B．2U0
C.U0 D.U0
解析　设两电阻的阻值均为R，正弦式交流电源电压的最大值为Um，则Q＝t，Q＝·2t，解得Um＝2U0，选项B正确。
5．(多选)某小型发电机产生的交变电动势为e＝50sin100πt(V)，对此电动势，下列表述正确的是(　　)
A．最大值是50 V B．频率是100 Hz
C．有效值是25 V D．周期是0.02 s
解析　由交变电动势的表达式可知，电动势的最大值Em＝50 V，有效值为E＝＝25 V，周期T＝＝0.02 s，频率f＝＝50 Hz，故C、D正确。
答案　CD
C类
6．如图所示，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。下列关于这两个正弦式交变电流的说法，错误的是(　　)
A．线圈先后两次转速之比为3∶2
B．在图中t＝0时刻穿过线圈的磁通量均为0
C．交变电流a的瞬时值为u＝10sin5πt(V)
D．交变电流b的峰值为V
解析　由u?t图像知Ta∶Tb＝2∶3，故两次转速之比为3∶2；t＝0时刻，线圈中e＝0，线圈位于中性面位置，穿过线圈的磁通量最大；对交变电流a，Um＝10 V，Ta＝0.4 s，则ωa＝5π rad/s，故u＝Umsinωat(V)＝10sin5πt(V)；由Em＝NBSω，且ωa∶ωb＝Tb∶Ta＝3∶2知，Emb＝Ema＝ V。综上所述，此题应选B项。
答案　B
题组　交变电流有效值的计算
7．如图所示，图甲和图乙分别表示正弦脉冲波和方波的交变电流随时间的变化关系。则该正弦脉冲波交变电流与方波交变电流的有效值之比为(　　)
A．1∶3 B．1∶2
C．1∶ D．1∶
解析　由图甲可知，正弦脉冲波交变电流的周期T＝6×10－2 s，在一个周期内，根据电流的热效应有22R＝IRT，代入数据解得正弦脉冲波交变电流的有效值I1＝ A；由图乙可知，方波交变电流的周期T＝4×10－2 s，在一个周期内，根据电流的热效应有2I2R＝IRT，代入数据解得方波交变电流的有效值I2＝1 A，故两者电流的有效值之比为I1∶I2＝1∶。选项A、B、C错误，D正确。
答案　D