2019年高中物理第3章第1节交变电流的特点讲义（含解析）鲁科版 8页

交变电流的特点1．两种电流(1)恒定电流电流的大小和方向都不随时间变化。(2)交变电流电流的大小和方向随时间做周期性变化，俗称交流电。(3)两种电流的图象恒定电流(如图甲所示)，交变电流(如图乙所示)直流电源和交流电源有何区别？解析：直流电源有正负极，交流电源没有正负极。2．描述交变电流的物理量(1)交变电流的周期、频率、最大值、有效值区别联系物理量　　　概念(或物理意义)符号及单位联系周期完成1次周期性变化所需要的时间T、s用来表示电流周期性变化的快慢，f＝频率1s内完成周期性变化的次数f、Hz最大值交变电流在1个周期内能达到的最大值Um、VIm、A对正弦式(或余弦式)交流电有I＝ImU＝Um有效值和交变电流通过相同阻值的电阻，在相同时间内产生的热量相等的恒定电流的值U、VI、A(2)有关交流的常见数值及说法n①我国工农业生产及生活用电的周期为0.02s，频率为50Hz，电流方向每秒改变100次；②电气元件或设备上所标的耐压值是指该设备所能承受的交流电压的最大值；③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。我国民用交变电流中的照明电压220V和动力电压380V，指的是最大值还是有效值？解析：有效值。1．交变电流是指方向随时间变化的电流，无论其大小是否变化，只要方向变化就是交变电流，方向不变化就是直流电，大小和方向都不变的为恒定电流。2．常见的几种交变电流交变电流的变化规律不同，常见的有以下几种情况：[典例1]　如图所示的各图线中不表示交变电流的是(　　)[思路探究]　(1)理解交变电流的特征是电流方向变化。(2)明确图象中电流方向是否变化。[解析]　A、C、D中电流的方向发生改变，故A、C、D中的图象表示交变电流，B中电流方向始终不变，B正确，A、C、D错误。[答案]　Bn[总结提能]交变电流和恒定电流的区分方法交变电流方向会发生改变，而恒定电流的大小和方向均不变。1．[多选]如图所示的各图线中表示交变电流的是(　　)解析：选BCD　交变电流的方向随时间变化，B、C、D正确。1．有效值的特点(1)交变电流有效值是根据电流的热效应来规定的，与电流的方向无关，但一般与所取时间的长短有关，在无特别说明时是由一个周期的时间来确定的。(2)在定义有效值时应注意三“同”：①相同电阻；②相同时间；③产生相同热量。2．有效值的计算方法(1)分段计算交变电流在一个周期内产生的热量Q。(2)让直流电流(实际上是恒定电流)通过相同的电阻在交变电流的一个周期时间内产生的热量等于Q。如：Q＝I2RT，或Q＝T或Q＝T。相对应的I、U、E即为交变电流、电压、电动势的有效值。3．交变电流的平均值不等于有效值(1)交变电流的平均值是交变电流图象中波形与横轴所围的面积跟时间的比值，与交流的方向及所取时间的长短均有关系，其数值根据法拉第电磁感应定律E＝n求得。(2)在计算通过导体某截面的电荷量时，只能用交变电流的平均值＝，q＝·Δt＝n·Δt＝n。(3)交变电流的平均值的计算不是初、末状态瞬时值的平均。[典例2]　如图表示一交变电流随时间变化的图象，则此交变电流的有效值是多少？[思路探究]　[解析]　交变电流的周期T＝0.02s，在前半周期，电流为I1＝4A；后半周期电流I2＝－3A。根据焦耳定律，在一个周期内交变电流通过电阻R产生的热量Q＝IR·＋IR·＝I2RT所以交变电流的有效值I＝＝5A[答案]　5A2．如图所示交变电流图象为某一正弦交变电流更换负载后的it图象，求该交变电流的有效值。解析：根据交变电流有效值的定义取一个周期T。I2RT＝2R·＋102R·已知T＝0.2s解得有效值I＝5A≈8.7A答案：8.7A(或5A)n思想方法应用等效法计算交变电流有效值1．根据有效值的定义我们可知，计算交变电流的有效值时，其思想是应用了物理学中的等效思想，即在相同的时间内(通常取一个周期)让交流电和直流电分别通过相同的电阻，若产生的热量相等，则直流电的大小即为交流电的有效值。2．几种常见交变电流有效值的计算电流名称电流图线有效值正弦式交变电流I＝正弦半波电流I＝正弦单向脉动电流I＝矩形脉动电流I＝n非对称性交变电流I＝[典例]　如图所示为一交变电流随时间变化的图象，求此交变电流的有效值I。[解析]　由有效值的定义可得I2RT＝IR·＋IR·将I1＝A，I2＝A代入上式解得I＝A[答案]　A[变式训练](海南高考)通过一阻值R＝100Ω的电阻的交变电流如图所示，其周期为1s。电阻两端电压的有效值为(　　)A．12V　　　　　　　　B．4VC．15VD．8V解析：选B　由题意结合有效值的定义可得I2RT＝2，将I1＝0.1A，I2＝0.2A代入可得流过电阻的电流的有效值I＝A，故电阻两端电压的有效值为IR＝4V，B正确。1．关于交变电流和直流电的说法，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nB．直流电的大小可以变化，但方向不一定变化C．交变电流一定是按正弦或余弦规律变化的D．交变电流的最大特征就是电流的方向发生周期性的变化解析：选D　直流电的特征是电流方向不变，交流电的特征是电流方向改变，另外交变电流不一定都是正弦交流电或余弦交流电，D正确。2．关于交流电的有效值和最大值，下列说法正确的是(　　)A．任何形式的交流电压的有效值都是U＝的关系B．只有正弦式交流电才具有U＝的关系C．照明电压220V和动力电压380V指的都是最大值D．交流电压表和电流表测量的是交流电的最大值解析：选B　只有正弦式交流电才有U＝的关系，其他交流电不适用，A错误，B正确；家用照明电压、动力电压均指有效值，交流电表测量的也是有效值，C、D错误。3．有一电子器件，当其两端电压高于100V时导电，等于或低于100V时则不导电。若把这个电子器件接到100V、50Hz的正弦式交变电流的电源上，这个电子器件将(　　)A．不导电B．每秒钟内导电50次C．每秒钟内导电100次D．每秒钟内导电200次解析：选C　由题知该正弦式交流电的频率为50Hz，100V是有效值，其最大值为100V，则该交变电流每秒钟电压瞬时值有100次高于100V，所以这个电子器件每秒钟导电100次，C正确。4．(福建高考)如图所示，实验室一台手摇交流发电机，内阻r＝1.0Ω，外接R＝9.0Ω的电阻。闭合开关S，当发电机转子以某一转速匀速转动时，产生的电动势e＝10sin10πt(V)，则(　　)A．该交变电流的频率为10HzB．该电动势的有效值为10VC．外接电阻R所消耗的电功率为10WnD．电路中理想交流电流表的示数为1.0A解析：选D　由产生的电动势可知，该交流电的频率为5Hz，A错误；该电动势的有效值为10V，B错误；外接电阻R所消耗的电功率为9W，C错误；电路中交流电流表的示数为电流的有效值，为1.0A，D正确。5．图中两交变电流分别通过相同电阻R。(1)分别写出它们的有效值、周期、频率；(2)计算它们在R上产生的功率之比。解析：(1)题图甲为正弦式交变电流，其有效值I1＝＝≈3.54A周期T1＝0.4s频率f1＝2.5Hz题图乙为方波交流电，电流的大小不变，方向作周期性变化，由于热效应与电流方向无关，因而它的有效值I2＝5A周期T2＝0.3s频率f2＝Hz(2)由公式P＝I2R得P甲∶P乙＝I∶I＝1∶2答案：(1)3.54A，0.4s,2.5Hz　5A,0.3s，Hz　(2)1∶2