高中物理教科版 (2019)选择性必修 第二册第三章 交流电2 正弦交变电流的描述图片ppt课件

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1．知道正弦交变电流的周期、频率以及它们之间的关系，知道我国生产和生活用电的频率。2．知道描述正弦交变电流的峰值、瞬时值、平均值、周期、频率等物理量，知道正弦式交变电流的峰值和有效值之间的关系。3．会根据有效值的定义求交变电流的有效值，写出正弦式交变电流的表达式、画出其图像。
必备知识·自主预习储备
5．我国民用交变电流的周期和频率(1)周期：T＝_____ s。(2)频率：f＝___ Hz。ω＝100π rad/s，电流方向每秒钟改变____次。
思考　我们为什么感觉不到日光灯的闪烁？
提示：视觉暂停时间为0.05～0.1 s，大于日光灯闪烁的间隔时间。
知识点二　峰值和有效值1．峰值(1)定义：交变电流的电压、电流所能达到的____值。(2)应用：电容器、二极管所能承受的电压要____交流电压的峰值。2．有效值(1)定义：让交流电与某一直流电通过同一____，如果它们在交流电的一个周期内产生的____相等，则这个直流电的电流、电压，分别称为相应交流电电流和电压的有效值。(2)原理：根据电流的______来规定的。
[预习体验]思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)(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)某段时间内的交变电流的平均值等于这段时间初、末时刻瞬时值的算术平均值。(　)(4)我国民用交变电流的照明电压为220 V和动力电压为380 V都是指有效值。(　)(5)交变电流的有效值即为一个周期内的平均值。(　)
关键能力·情境探究达成
如图所示的交变电流完成一次周期性变化需要多长时间？在1 s内完成多少次周期性变化？
提示：完成一次周期性变化需要0.02 s；在1 s内完成50次周期性变化。
【典例1】　(多选)矩形金属线圈共10匝，绕垂直于磁场方向的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 HzB．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
[跟进训练]1．(多选)一只矩形线圈在匀强磁场中转动产生的交流电动势为e＝10sin 4πt(V)，则(　　)A．交流电的频率是4π HzB．当t＝0时线圈平面跟磁感线垂直C．当t＝0.5 s时，e有最大值D．交流电的周期是0.5 s
3．几种常见电流的有效值
[母题变式]在[典例2]中，若在电路中串联一个二极管，其他条件不变，则电阻两端电压的有效值为多少？
规律方法　当电流是非正弦交变电流时，必须根据有效值的定义求解。求解步骤如下：
[跟进训练]2．如图所示是一交变电流的i-t图像，则该交变电流的有效值为(　　)
考点3　交变电流的四值比较
【典例3】　在水平方向的匀强磁场中，有一个正方形闭合线圈绕垂直于磁感线的轴匀速转动，已知线圈的匝数为N＝100匝，边长为20 cm，电阻为10 Ω，转动频率f＝50 Hz，磁场的磁感应强度为0.5 T，求(取π＝3.14)：(1)外力驱动线圈转动的功率；(2)当线圈转至线圈平面与中性面的夹角为30°时，线圈产生的感应电动势及感应电流的大小；(3)线圈由中性面转至与中性面成60°角的过程中，通过导线横截面的电荷量。
[答案]　(1)1.97×104 W　(2)314 V　31.4 A　(3)0.1 C
规律方法　应用交变电流“四值”时的注意事项(1)研究电容器是否被击穿时，应用交变电流的峰值(最大值)，因为电容器上标明的电压是电容器长时间工作时所能承受的最大电压。(2)研究电功、电功率和电热时，只能用有效值。(3)研究通过导体某横截面的电荷量时，要用平均值。
[跟进训练]3．如图所示，匀强磁场的磁感应强度B＝0.5 T，边长为L＝10 cm的正方形线圈共100匝，线圈电阻r＝1 Ω，线圈绕垂直于磁感线的轴匀速转动。ω＝2π rad/s，外电路电阻R＝4 Ω。求： (1)线圈产生的感应电动势的最大值；(2)交流电压表的示数；(3)线圈转动一周在电阻R上产生的热量。
学习效果·随堂评估自测
2．如图所示为一正弦交变电压随时间变化的图像，由图可知(　　) A．交变电流的周期为2 sB．用电压表测量该交流电压时，读数为311 VC．交变电压的有效值为220 VD．将它加在电容器上时，电容器的耐压值必须等于311 V
回归本节知识，自我完成以下问题：(1)实际生活中哪些用到交变电流的有效值？
提示：电气设备上所标注的额定电压、额定电流；交流电表的数值；保险丝的熔断电流。
(2)由交变电流图像我们可以获得哪些信息？
提示：各个时刻对应的电压或电流值、周期或频率、电压或电流的峰值。
课时分层作业(十)　正弦交变电流的描述
题组一　交变电流有效值的计算1．下列提到的交流电，不是指有效值的是(　　)A．交流电压表的读数 　B．保险丝熔断电流C．电容器击穿电压 　D．220 V交流电压
C　[电容器击穿电压指电容器两端能承受的电压的最大值，故C正确。]
8．图甲是小型交流发电机的示意图，在匀强磁场中，一矩形金属线圈绕与磁场方向垂直的轴匀速转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图乙所示。发电机线圈内阻为10 Ω，外接一只电阻为90 Ω 的灯泡，不计电路的其他电阻，则(　　)A．t＝0时刻线圈平面与中性面垂直B．每秒钟内电流方向改变100次C．灯泡两端的电压为22 VD．0～0.01 s时间内通过灯泡的电荷量为0
[答案]　(1)5 V　3.5 V　(2)5 V　线圈平面跟磁感线平行　(3)0.4 T
12．有一种儿童滑板车，轮子一转就闪闪发光。车轮里有磁体、线圈组成的简易发电系统，可对发光二极管供电。该发电系统简化为以下模型：一电阻为R、边长为L的单匝正方形均匀线圈abcd，处于磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中。现对线圈施加一外力F，使线圈以角速度ω绕bc边匀速转动，产生正弦交流电。已知线圈质量为m，重力加速度为g，求：(1)线圈在图示竖直位置时，产生的感应电动势大小E0及ad边受到的安培力大小FA；(2)线圈从图示竖直位置转过90°的过程中，通过线圈截面的电荷量q；(3)在(2)的情况下，线框中产生的热量Q及外力F对线框做的功W。
13．如图甲所示为手机无线充电工作原理的示意图，由送电线圈和受电线圈组成。已知受电线圈的匝数为n＝50匝，电阻r＝1.0 Ω，在它的c、d两端接一阻值R＝9.0 Ω的电阻。设在受电线圈内存在与线圈平面垂直的磁场，其磁通量随时间按图乙所示的规律变化，可在受电线圈中产生电动势最大值为20 V的正弦交流电，设磁场竖直向上为正。求：
(1)在t＝π×10-3 s时，受电线圈中产生电流的大小，c、d两端哪端电势高？(2)在一个周期内，电阻R上产生的热量；(3)从t1到t2时间内，通过电阻R的电荷量。