2 交变电流的描述 学习任务一 交变电流的周期和频率 [教材链接] 阅读教材,回答下列问题: (1)周期T:交变电流完成 所需的时间叫作它的周期,单位是秒.周期越大,交变电流变化得越慢,在一个周期内,电流的方向变化 . (2)频率f:交变电流在单位时间内完成 叫作它的频率,单位是赫兹,简称赫,符号为Hz.频率越大,交变电流变化得越快. (3)周期与频率的关系为 . [科学推理] 推导交变电流的周期T和频率f跟发电机转子的角速度ω或转速n的关系. 例1 (多选)如图所示为我国生活所用交变电流的电压随时间变化的关系图像,由图可确定该电压的 ( ) A.周期是0.01 s B.周期是0.02 s C.频率是50 Hz D.瞬时值表达式为u=311sin 50πt(V) [反思感悟] 【要点总结】 1.决定正弦式交变电流的周期和频率大小的因素是发电机转子的转速. 2.我国电网使用的交变电流频率f=50 Hz,周期T=0.02 s,ω=100π rad/s. 学习任务二 交变电流的有效值 [科学推理] 如图所示是通过一个R=5 Ω的电阻的电流i随时间t变化的图像(仅画出了一个周期). (1)试计算1 s内电阻R中产生的热量Q. (2)若有一恒定电流通过该电阻R,在1 s内产生同样的热量,则这个电流I的大小为多少 例2 [2023·山东牟平一中月考] 如图所示的区域内有垂直于纸面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为B.一扇形闭合导线框,电阻为R、半径为L、圆心角为60°,绕顶点O(位于磁场边界)在纸面内匀速转动,角速度为ω.线框串有一理想交流电流表(未画出),则交流电流表的示数为 ( ) A. B. C. D. [反思感悟] 变式1 如图所示为一交流电压随时间变化的图像,每个周期内,前三分之二周期电压按正弦规律变化,后三分之一周期电压恒定,根据图中数据可得,此交流电压的有效值为 ( ) A.7.5 V B. V C. V D.2 V [反思感悟] 【要点总结】 1.对交变电流有效值的理解:交变电流的有效值是根据电流的热效应定义的,理解有效值重点在“等效”,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. 2.交变电流有效值的计算 (1)在正弦式交变电流中,可利用峰值与有效值之间的关系求解:E=,U=,I=. (2)当电流是按非正(余)弦规律变化时,应根据电流的热效应来求解有效值,且时间一般取一个周期.具体做法如下: 学习任务三 交变电流四值的比较 [物理观念] 如图甲为一电容器,图乙为保险丝管.请回答下列问题: (1)将电容器接在交流电源上,要保证电容器正常工作不被击穿,需要考虑交变电流哪一个值 为什么 (2)保险丝的熔断电流指的是交变电流的最大值还是有效值 为什么 例3 (多选)[2021·浙江1月选考] 发电机的示意图如图甲所示,边长为L的正方形金属框,在磁感应强度为B的匀强磁场中以恒定角速度绕OO'轴转动,阻值为R的电阻两端的电压如图乙所示.其他电阻不计,图乙中的Um为已知量.则金属框转动一周 ( ) A.框内电流方向不变 B.电动势的最大值为Um C.流过电阻的电荷量q= D.电阻产生的焦耳热Q= [反思感悟] --素养提升-- 电感器和电容器对交变电流的作用 (1)电感器对交变电流的阻碍作用 交变电流通过线圈时,由于电流时刻变化,所以自感现象就不断发生,而自感电动势总要阻碍电流变化.电感器对交变电流阻碍作用的大小用感抗来表示,决定感抗大小的因素有两个:一是交变电流的频率,二是自感系数L.L取决于线圈本身的性质,即线圈匝数、横截面积、有无铁芯等.电感器有“通直流、阻交流,通低频、阻高频”的作用. (2)电容器对交变电流的阻碍作用 当电容器接在交流电源两端时,由于电容器两端的电压不断改变而交替进行充电和放电,电路中就有了电流,表现为交流通过了电容器.物理上用容抗来表示电容器对交变电流阻碍作用的大小.交变电流的频率越高,电容器充电时极板集聚的电荷 ... ...
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