2 交变电流的描述 [定位·学习目标] 1.通过对周期和频率、峰值和有效值的概念的学习,学会解决峰值和有效值的相关问题,培养物理观念核心素养。2.通过对正弦式交变电流的公式和图像的分析,掌握求解正弦式交变电流的公式和图像的方法,培养科学思维核心素养。 知识点一 周期和频率 探究新知 1.周期(T) 交变电流完成一次周期性变化所需的时间。 2.频率(f) 交变电流完成周期性变化的次数与所用时间之比叫作它的频率,数值等于交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数。 3.周期和频率的关系:T=或f=。 4.角速度与周期、频率的关系:ω==2πf。 正误辨析 依据下面情境,判断下列说法的对错。 (1)打点计时器所接交变电流频率f=50 Hz时,打点周期为T=0.02 s。( √ ) (2)我国电网中交变电流的频率是100 Hz。( × ) (3)交变电流在1 s内电流方向变化的次数就是它的频率。( × ) 知识点二 峰值和有效值 探究新知 1.峰值:交变电流的最大值。峰值Im或Um可以用来表示电流的强弱或电压的高低。 2.有效值:让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的电阻,如果在交变电流的一个周期内它们产生的热量相等,则这个恒定电流的电流与电压的数值就叫作这一交变电流的有效值。 3.正弦式交变电流的有效值与峰值的关系 理论计算表明,正弦式交变电流的有效值I、U与峰值Im、Um之间的关系为I==0.707Im, U==0.707Um。 正误辨析 依据下面情境,判断下列说法对错。 (1)正弦式交变电流的正负两部分是对称的,所以有效值为零。( × ) (2)交变电流的有效值就是一个周期内的平均值。( × ) (3)一个正弦式交变电流的峰值同周期、频率一样是不变的,但有效值是随时间不断变化的。( × ) 知识点三 正弦式交变电流的公式和图像 探究新知 1.正弦式交变电流的公式和图像可以详细描述交变电流的情况。若线圈通过中性面时开始计时,交变电流的图像是正弦曲线。 2.若已知电压、电流最大值分别是Um、Im,周期为T,则正弦式交变电流电压、电流表达式分别为u=Umsint,i=Imsint。 正误辨析 依据下面情境,判断下列说法的对错。 一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时,产生的交变电动势的图像如图所示。 (1)交变电流的频率是4π Hz。( × ) (2)当t=0时,线圈平面与磁感线垂直,磁通量最大。( √ ) (3)当t=π s时,e有最大值。( × ) 要点一 周期和频率 峰值和有效值 情境探究 某交流电压的瞬时值表达式为u=6sin 100πt V,把标有“6 V 2 W”字样的小灯泡接在此电源上会不会被烧坏 把耐压值为6 V的电容器接在此电源上会不会被击穿 【答案】 交流电压的瞬时值表达式u=6sin 100πt V中6 V是最大值,其有效值为 6 V,而标有“6 V 2 W”字样的小灯泡中的6 V是有效值,小灯泡不会被烧坏;电容器会被 击穿。 要点归纳 1.周期和频率 (1)理解:交变电流的周期T是指交变电流完成一次周期性变化所需的时间;交变电流的频率f是指交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数。周期和频率都是表征交变电流变化快慢的物理量,且f=。 (2)线圈在匀强磁场中的转速与交变电流的周期和频率的关系。 ①交变电流的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1 s内转动的圈数。 ②交变电流的周期和频率跟线圈转动的角速度ω或转速n有关,其关系为T=,ω=2πf=2πn。 2.峰值 (1)理解:交变电流的峰值Im或Um是指电流或电压所能达到的最大值,线圈绕垂直于磁感线的轴匀速转动时产生的感应电动势的峰值Em=NBSω。 (2)应用。 ①电容器耐压值要高于交流电压的峰值,否则电容器就可能被击穿。 ②电气元件或设备上所标的耐压值指该元件或设备所能承受的交流电压的最大值。 3.有效值 (1)理解:确定交变电流有效值的依据是电流的热效应。 (2)正弦式交变电流的有效值和峰值的关系。 E==0.707Em,U==0.707Um,I==0 ... ...
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