3.1 交变电流的特点 学案（2020年鲁科版高中物理选修3-2）

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1、第1节交变电流的特点学习目标核心提炼1.知道什么是交变电流，知道可以用示波器观察交流电的波形。2种电流直流、交流4个物理量周期、频率、最大值、有效值2.知道交变电流的周期和频率、最大值和有效值。3.了解有效值的物理意义，进一步加深对“等效法”这一物理研究方法的认识，知道最大值和有效值之间的关系。一、恒定电流与交变电流的比较阅读教材第4445页，掌握恒定电流和交变电流的区别和特点。1.两种电源(1)直流电源：有正负极。(2)交流电源：没有正负极。2.两种电流的比较恒定电流交变电流定义大小和方向都不随时间变化的电流大小和方向随时间做周期性变化的电流图象形状图象特点一条与时间轴平行的直线有时会在时间

2、轴的上方，有时会在时间轴的下方，即随时间做周期性变化思维拓展在物理实验室做电学实验时，经常会用到学生电源，学生电源的主要功能是什么？答案给学生提供安全的交、直流电压和电流。二、交变电流的周期和频率阅读教材第4546页，了解交变电流的周期和频率的概念及物理意义。1.周期(1)定义：交变电流完成1次周期性变化所需要的时间，用T表示。(2)国际单位：秒(s)。(3)意义：描述交变电流变化快慢的物理量。周期越大，表示交变电流完成1次周期性变化所需要的时间越长，也就是变化得越慢。2.频率(1)定义：交变电流在1 s内完成周期性变化的次数，用f表示。(2)国际单位：赫兹。(3)描述交变电流变化快慢的物理量

3、。频率越大，表示交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数越多，也就是变化得越快。3.周期和频率的关系：T或f。4.我国市电的频率：频率为50 Hz，电流的方向在1 s内改变100次。5.正弦式交变电流：电流的大小和方向随时间按正弦规律变化。思维拓展如图1是实验室用的打点计时器的实物图，其打点周期为什么等于0.02 s?图1答案我国工农业生产和生活用电的频率是50 Hz，周期为0.02 s，打点计时器的打点周期等于交变电流的周期，所以等于0.02 s。三、交变电流的最大值和有效值阅读教材第4648页，知道最大值和有效值的概念及二者关系。1.峰值：交变电流在1个周期内电压、电流能达到的最大值。2.

4、有效值：使交变电流和恒定电流分别通过阻值相同的电阻，在交流的一个周期内，它们产生的热量相等，这个恒定电流、电压值，叫做这个交变电流的有效值。3.二者关系：对于正弦式交变电压和电流的有效值和峰值之间的关系是I，U。4.应用：(1)电气元件或设备上所标的耐压值指该设备所能承受的交流电最大值。(2)交流用电设备上所标的额定电压和额定电流是有效值；交流电表测量的数值是有效值；交变电流的数值在无特别说明时都指有效值。思考判断(1)只要是交变电流，其峰值就是有效值的倍。()(2)家用电器铭牌上标称的电流、电压都是指有效值。()(3)电容器的耐压值指的是交变电流的最大值。()(4)我国生活用电的频率是50

5、Hz，这种交变电流的方向在1 s内改变100次。()(5)生活用电的电压220 V指有效值，动力用电的电压380 V指峰值。()(6)交变电流的有效值是从电流的热效应角度规定的。()预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中问题1问题2交变电流与直流电要点归纳1.交变电流与直流电的辨析(1)交变电流的方向随时间变化，而直流电的方向不随时间变化。另外，交变电流的大小可以不变，如矩形脉冲，而直流电的大小也可以变化。(2)判断是不是交变电流，至少需在一个周期内观察。如矩形波，该电流在正半周期或负半周期，电流的大小和方向都没有发生变化，但在一个周期或更长的时间内，电流的方向随时间发生变化，所以是交

6、变电流。(3)交变电流的波形不一定是曲线，不能认为凡是波形是曲线的，就一定是交变电流。2.交变电流的图象(1)正弦式交变电流随时间变化的图象是一条正弦曲线，如图2所示。从图中可以知道正弦式交变电流的最大值Im和周期T。图2(2)交变电流的共同特点是方向做周期性变化，大小可以变，也可以不变。精典示例例1 (2018泉州高二检测)(多选)如图所示的四种电流随时间变化的图象中，属于交变电流的有()解析A图电流数值总为正，表示电流方向不变，是直流电。B图电流值也总是正值，表示电流方向不变，电流大小随时间变化，也是直流电。C图电流大小不随时间变化，但方向随时间变化，是交变电流。D图电流大小和方向都随时间

7、变化，是交变电流，而且是正弦式交变电流。因此，是交变电流的有C和D。答案CD针对训练1 下列关于交变电流和直流电的说法中，正确的是()A.如果电流的大小做周期性变化，则一定是交变电流B.直流电的大小可以变化，但方向一定不变C.交变电流一定是按正弦或余弦规律变化的D.交变电流的方向不一定变化解析直流电的方向不发生变化，而大小可以改变，A错误，B正确；交变电流不一定是按正弦或余弦规律变化的，故C错误；交变电流的方向一定变化，故D错误。答案B交变电流有效值的理解和计算要点归纳1.有效值的计算方法(1)若是正弦式交变电流，可利用交变电流的有效值与峰值间的关系求解，即E，U，I。(2)若不是正弦式交变电

8、流，则必须根据电流的热效应来求解其有效值，且时间取一个周期。具体解法：假设让交变电流通过电阻R，计算交变电流在一个周期内产生的热量Q(可分段计算)，其中热量Q用相应的恒定电流物理量I或U来表示(如QI2Rt或Qt)，则I或U为交变电流的相应有效值。2.几种典型交变电流的有效值电流名称电流图象有效值正弦式交变电流I正弦式半波电流I正弦式单向脉冲电流I矩形脉冲电流IIm非对称性交变电流I精典示例例2 如图3所示的交变电流由正弦式交变电流的一半和反向脉冲电流组合而成，则这种交变电流的有效值为()图3A.I0 B.I0 C.I0 D.I0解析由it图象知交变电流的周期T2 s。一个周期内，前半个周期电

9、流的有效值I1，后半个周期电流的有效值：I2I0。设交变电流的有效值为I，据交变电流有效值的定义有I2RTIRIRRIR，解得II0。故选项C正确。答案C(1)U、I只适用于正弦式交变电流，对于按其他规律变化的交变电流，上述关系式一般不再适用。(2)对于非正弦式交变电流有效值的计算，时间一般选取一个周期。(3)凡涉及能量、电功以及电功率等物理量时均用有效值，在确定保险丝的熔断电流时也用有效值。针对训练2 (2017济南高二检测)两个完全相同的电热器，分别通以图4甲、乙所示的峰值相等的矩形交变电流和正弦交变电流，则这两个电热器的电功率之比P甲P乙等于()图4A.1 B.21 C.41 D.11解

10、析甲为矩形交变电流，它的大小恒为Im，方向做周期性变化，而电流通过电阻的热功率跟电流的方向无关，所以矩形交变电流通过电阻R的热功率P甲IR；乙为正弦交变电流，计算热功率时要用电流的有效值，I，所以P乙I2RRR，得，选项B正确。答案B1.(对交、直流电的认识)(多选)对于如图5所示的电流i随时间t做周期性变化的图象，下列说法中正确的是()图5A.电流大小变化，方向不变，是直流电B.电流大小、方向都变化，是交变电流C.电流最大值为0.2 A，周期为0.01 sD.电流大小变化，方向不变，不是直流电，是交变电流解析从图中可以看出，电流最大值为0.2 A，周期为0.01 s，电流大小变化，但方向不变

11、，是直流电，不是交变电流。答案AC2.(对描述交流电的物理量的认识)(多选)如图6甲所示电路中，电阻R的阻值为50 ，在ab间加上如图乙所示的正弦交流电，则下面说法中正确的是()图6A.交变电压的有效值为100 VB.电流表示数为2 AC.该交变电流的周期为0.01 sD.如果产生该交流电的线圈转速提高一倍，则交流电的周期也增大一倍解析由题图乙可知：交变电压的最大值Um100 V，有效值U有100 V，选项A正确；电流表显示的是有效值，根据欧姆定律得：I有 A2 A，选项B正确；由题图乙知交变电流的周期为0.02 s，选项C错误；如果产生该交流电的线圈转速提高一倍，则周期T变为原来的，选项D错

12、误。答案AB3.(对最大值和有效值的认识)关于交流电的有效值U和最大值Um，下列说法中正确的是()A.任何形式的交流电都具有U的关系B.只有正弦交流电才具有U的关系C.照明电压220 V，动力电压380 V指的都是最大值D.交流电压表和交流电流表测的都是最大值解析电压、电流的有效值和峰值之间的倍关系是仅限于正弦交流电而言的，所以A错误，B正确；照明电压220 V和动力电压380 V的生活用电都是指有效值，C错误；交流电压表、电流表测的都是有效值，D错误。答案B4.(有效值的计算)某一交变电流的电压波形如图7所示，求这一交变电流的电压的有效值U。图7解析假设让一直流电压U和如题图所示的交流电压分别通过同一电阻，交变电流在一个周期内产生的热量Q12()。直流电在一个周期内产生的热量Q2T。由交变电流有效值的定义知Q1Q2，即T，解得U2 V。答案2 V