5.2 描述交变电流的物理量—2020-2021学年人教版高中物理选修3-2学案（Word含答案）

描述交变电流的物理量 一、对描述交变电流物理量的理解 周期和频率 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) 交变电流在1 s内完成周期性变化的次数． 3．T＝或f＝. 交变电流的周期和频率跟发电机转子的角速度ω或转速n有关．ω(n)越大，周期越短，频率越高，其关系为T＝，ω＝2πf＝2πn. 峰值和有效值 1．峰值：交变电流的电压、电流能达到的最大值叫峰值． 2．有效值：让交流与恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果在交流的一个周期内它们产生的热量相同，则此恒定电流的数值叫做交流电的有效值． 3．在正弦式交变电流中，最大值与有效值之间的关系 E＝＝0.707Em　U＝＝0.707Um　I＝＝0.707Im 相位和相位差 1．定义：正弦式交变电流u＝Umsin (ωt＋φ)，其中“ωt＋φ”叫做交变电流的相位．两支交流的相位之差叫做它们的相位差． 2．正弦式交流电u1＝Umsin (ωt＋φ1)和u2＝Umsin (ωt＋φ2)的相位差是φ1－φ2. 1．(多选)矩形金属线圈共10匝，绕垂直于磁场方向的转动轴在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生的交流电动势e随时间t变化的情况如图所示．下列说法中正确的是(　　) A．此交变电流的频率为0.2 Hz B．1 s内电流方向变化10次 C．t＝0.1 s时，线圈平面与磁场方向平行 D．1 s内线圈转5圈 答案　BD 解析　由题图知T＝0.2 s，故f＝＝ Hz＝5 Hz，即1 s内完成5个周期，线圈转5圈，每转1圈电流方向改变2次，故A错误，B、D正确；在t＝0.1 s时，e＝0，所以线圈平面与磁场方向垂直，故C错误． 2．一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图所示，由图可知(　　) A．该交流电的电压的有效值为100 V B．该交流电的频率为25 Hz C．该交流电压瞬时值的表达式为u＝100sin (25t) V D．并联在该电压两端的交流电压表指针不停摆动 答案　B 解析　根据题图可知该交变电流电压的最大值为100 V，周期为4×10－2 s，所以频率为25 Hz，A错误，B正确；而ω＝2πf＝50π rad/s，所以u＝100sin (50πt) V，C错误；交流电压表的示数为交流电的有效值而不是瞬时值，不随时间变化，D错误． 3．(多选)如图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，为交流电流表．线圈绕垂直于磁场方向的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示，以下判断正确的是 (　　) A．电流表的示数为10 A B．线圈转动的角速度为50π rad/s C．t＝0.01 s时线圈平面与磁场方向平行 D．t＝0.02 s时电阻R中电流的方向自右向左 答案　AC 4．如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速，绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图象如图乙中曲线a、b所示，则(　　) A．两次t＝0时刻线圈平面均与中性面垂直 B．曲线a、b对应的线圈转速之比为2∶3 C．曲线a表示的交变电动势频率为25 Hz D．曲线b表示的交变电动势有效值为10 V 答案　C 解析　线圈位于中性面时，磁通量最大，电动势为零，A错误；转速之比等于周期的反比，故该比值为3∶2，B错误；频率为周期的倒数，a的周期为0.04 s，频率为25 Hz，C正确；正弦式交变电流的电动势的有效值为E＝＝，已知Ea＝ V，且ωb＝ωa，故可知Eb＝× V＝5 V，D错误． 二、（非）正弦式交流电有效值的计算 1．峰值和有效值的应用 (1)电容器所能承受的电压应高于交流电的峰值，否则电容器可能被击穿． (2)电气设备铭牌上标注的额定电压、额定电流都是有效值．交流电压表和交流电流表测量的也是有效值． (3)保险丝的熔断电流为有效值． 2．有效值的计算 (1)对于正弦式交变电流，可先根据Em＝nBSω求出最大值，然后根据E＝求出其有效值． (2)当电流是非正弦式交变电流时，必须根据有效值的定义求解．先计算交变 ... ...