3.1交变电流的特点 学案（含答案）

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1、第第 1 1 节节 交变电流的特点交变电流的特点 核 心 素 养 物理观念 科学思维 科学态度与责任 1.知道什么是恒定电流、交变电流。 2.知道交变电流的周期、频率以及它们 之间的关系。 3.理解交变电流的最大值和有效值，知 道正弦式交变电流最大值和有效值之间 的关系。 利用有效值的定 义计算常见交变 电流的有效值。 了解生活中提到 的电压值、电流值 哪些是有效值，哪 些是最大值。 知识点一 直流电流和交变电流 交变电流的周期和频率 观图助学 图甲为干电池组对外提供的电压随时间变化的关系图像， 图乙为生活用电电压随 时间的变化关系图像，将这两种电压分别加在一电阻上，形成的电流各有什么特 点？

2、 1直流电流和交变电流 (1)恒定电流：大小和方向都不随时间变化的电流。 (2)直流电流：方向不随时间变化的电流。 (3)交变电流：大小和方向随时间做周期性变化的电流。 2交变电流的周期和频率 (1)交变电流的周期和频率 周期(T) 频率(f) 定义 交变电流完成一次周期性 变化所需的时间 交变电流在一段时间内完 成周期性变化的次数与这 段时间之比 单位 秒(s) 赫兹(Hz) 作用 表示交变电流变化的快慢 联系 T1 f(或 f 1 T) (2)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，这种电流被称为正弦式交变电流，简 称正弦交流电。 思考判断 (1)方向不发生变化的电流称为恒定

3、电流。() (2)交变电流的周期越小，交变电流变化的越慢。() (3)交变电流是正弦式交变电流的简称。() 知识点二 交变电流的最大值和有效值 观图助学 如图为正弦式交变电流的 it 图像，让其通过定值电阻 R，在时间 t 内，电阻的 焦耳热能够用 I2mRt 来计算吗？ 1最大值 交变电压和电流能达到的最大值叫作交变电流的最大值，又称峰值，交变电流的 电流、电压的峰值分别用 Im和 Um表示。 2有效值 让恒定电流和交变电流分别通过阻值相等的电阻， 如果它们在相同的时间内产生 的热量相等，就把该恒定电流的数值规定为这个交变电流的有效值。同样，交变 电压的有效值也可用这种方法来确定。 交变电流

4、的电流、 电压的有效值分别用 I、 U 表示。 3正弦式交变电流的有效值和峰值的关系 UUm 20.707Um，I Im 20.707Im。 4生活中交变电流的有效值和最大值 (1)交流用电设备上所标的额定电压和额定电流是有效值；交流电流表和交流电 压表的示数是有效值；交变电流的数值在无特别说明时都指有效值。 (2)电容器上标称的耐压值对应交变电流的最大值。 思考判断 (1)生活用电的电压 220 V 指的是有效值。() (2)只要是交变电流，其峰值就是有效值的 2倍。() (3)家用电器铭牌上标称的电流、电压都是指有效值。() 我国生活用电的周期为 0.02 s， 频率是 50 Hz， 所以

5、打点计时器的打点周期为 0.02 s。 正弦式交变电流 交变电流的最大值难以表示渐变电流产生的实际效果， 例如一段时间内产生的热 量。 有效值是根据电流的热效应定义的应用了等效替代的物理思想方法。 只有正弦式交变电流的有效值和峰值之间才满足 UUm 2，其它交变电流的峰值 与有效值不符合这一关系式。 核心要点 交变电流与直流电 问题探究 如图所示电路中，有两个发光二极管，二极管具有单向导电的特点。 (1)a、b 两端接入干电池时，我们能观察到什么现象？ (2)a、 b 两端接在手摇式发电机(手摇式发电机产生的是交变电流)两端时， 我们能 观察到什么现象？ 答案 (1)只有一个二极管会亮。 (2

6、)当接在手摇式发电机两端时两个发光二极管交替闪亮。 探究归纳 1直流电流 (1)大小和方向都不随时间改变的电流叫恒定电流，如图甲所示。 (2)方向不随时间改变而大小随时间改变的电流叫脉动直流电，如图乙所示。 2交变电流 (1)正弦式交变电流的图像描述的是交变电流随时间变化的规律，它是一条正弦 曲线，如图所示。从图中我们可以 找出正弦式交变电流的最大值 Im和周期 T。 (2)非正弦式交变电流的形式多种多样，图为几种常见的交变电流的图像。 经典示例 例 1 (多选)下列关于交变电流和直流电流的说法中，正确的是( ) A如果电流大小做周期性变化，则一定是交变电流 B直流电流的大小可以变化，但方向一

7、定不变 C交变电流一定是按正弦规律变化的 D交变电流的最大特征是电流的方向发生周期性的变化 解析 直流电流的特征是电流的方向不变，电流的大小可以改变。交变电流的特 征是电流的方向随时间改变。交变电流有多种形式，正弦式交变电流只是交变电 流中最基本、最简单的一种。选项 B、D 正确。 答案 BD 针对训练 1 下列各选项的图像中表示交变电流的是( ) 解析 B、C 两图像中，虽然电流大小随时间做周期性变化，但方向不变，故不 是交变电流；A 图像中电流的方向没有发生变化，不是交变电流；D 图像中，电 流的大小、方向随时间均做周期性变化，是交变电流，故选项 D 正确。 答案 D 核心要点 交变电流有

8、效值的理解与计算 要点归纳 1有效值的计算方法 (1)按正(余)弦规律变化的交变电流， 可利用交变电流的有效值与峰值的关系求解， 即 EEm 2，U Um 2，I Im 2。 (2)对于非正弦式交变电流，必须根据有效值的定义进行计算。 第一步：计算交变电流在一个周期内产生的热量 Q； 第二步：将热量 Q 用相应的物理量的有效值表示 QI2RT 或 QU 2 R T； 第三步：代入数值，求解有效值。 2有效值的应用 (1)在交流电路中，电压表、电流表、功率表等电工仪表的示数均为交变电流的 有效值，在没有具体说明的情况下，所给出的交变电流的电压、电流指的都是有 效值。 (2)在计算交变电流通过导体

9、产生的热量和电功率以及确定保险丝的熔断电流时， 只能用交变电流的有效值，如电功率的计算式 PUI 中，U、I 均为有效值；若 计算通过电路某一横截面的电量，必须用交变电流的平均值。 经典示例 例 2 如图所示是一交变电流的 it 图像，t 轴上方每段图像均为正弦曲线的一 部分，则该交变电流的有效值为( ) A4 A B2 2 A C.8 3 A D.2 30 3 A 解析 设该交变电流的有效值为 I，由有效值的定义得 ( Im 2) 2Rt1I2 mRt2I2RT，而 Tt1t2 代入数据解得 I2 30 3 A，故选项 D 正确。 答案 D 规律总结 几种常见电流有效值的计算 电流名称 电流

10、图线 有效值 正弦式交 变电流 I Im 2 正弦半 波电流 IIm 2 正弦单向 脉动电流 I Im 2 矩形脉动 电流 I Im 2 非对称性 交变电流 I 1 2（I 2 1I22） 针对训练 2 如图所示，表示一交变电流的电流随时间变化的图像，此交变电 流的有效值是( ) A5 2 A B5 A C3.5 2 A D3.5 A 解析 根据有效值的定义， 让图示交变电流和一恒定电流分别通过阻值相同的电 阻， 如果在相同时间内电阻产生的热量相同，则此恒定电流的电流值为该交变电 流的有效值。取一个周期研究，设有效值为 I，电阻为 R，有 I21Rt1I22Rt2I2RT， 即(4 2 A)2

11、R0.01 s(3 2 A)2R0.01 sI2R0.02 s，解得 I5 A。 答案 B 1(交变电流与直流电流)(多选)如图所示的 4 种电流随时间变化图像中，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 2(正弦式交变电流)(多选)如图所示是一个正弦式交变电流的图像，下列说法正 确的是( ) A周期是

12、0.2 s，电流的峰值是 10 A B周期是 0.15 s，电流的峰值是 10 A C频率是 5 Hz，电流的有效值是 7.07 A D频率是 0.2 Hz，电流的有效值是 5 A 解析 由图像可知 T0.2 s， Im10 A， 故频率 f1 T5 Hz， I Im 25 2 A7.07 A。A、C 正确，B、D 错误。 答案 AC 3(有效值的计算)两个相同的定值电阻 1、2 分别接在正弦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。则该正弦交流电源电压的最大值是( ) A. 2U0 B2U0 C. 2

13、2 U0 D.1 2U0 解析 设两电阻的阻值均为R， 正弦交流电源电压的最大值为Um， 则Q （Um 2） 2 R t，QU 2 0 R 2t，解得 Um2U0，选项 B 正确。 答案 B 4(交变电流的综合问题)如图所示，图甲、乙分别表示两种电压的波形，下列 说法正确的是( ) A图甲表示交流电，图乙表示直流电 B两种电压最大值都是 311 V C两种电压的有效值相同 D两种电压都是交流电压，但周期、频率、有效值都不同 解析 两种都是交流电，周期都是 210 2 s，最大值都是 311 V，图甲的有效值 为 220 V，图乙的有效值小于 220 V，A、C、D 错误，B 正确。 答案 B