3.2 交变电流的描述-2022-2023学年高二物理精讲与精练高分突破考点专题系列(人教版2019选择性必修第二册)
3.2:交变电流的描述
一:知识精讲归纳
考点一、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
):周期的倒数叫作频率,数值等于交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数.
3.周期和频率的关系:
T
=或
f
=.
4.角速度与周期、频率的关系:
ω
==2π
f
.
二、峰值和有效值
1.峰值:交变电流的电压、电流能达到的最大数值叫峰值.电容器所能承受的电压要高于交流电压
的峰值,否则电容器就可能被击穿.
2.有效值:让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的电阻,如果在交变电流的一个周期内它们产
生的热量相等,则此恒定电流的数值叫作交变电流的有效值.
3.在正弦式交变电流中,最大值与有效值之间的关系
E
==0.707
E
m,
U
==0.707
U
m,
I
==0.707
I
m
三、正弦式交变电流的公式和图像
1.正弦式交变电流的公式和图像可以详细描述交变电流的情况.若线圈通过中性面时开始计时,交
变电流的图像是正弦曲线.
2.若已知电压、电流最大值分别是
U
m、
I
m,周期为
T
,则正弦式交变电流电压、电流表达式分别为
u
=
U
msin
t
,
i
=
I
msin
t
.
技巧归纳
有效值的理解计算
1.有效值的理解
(1)交变电流的有效值是根据电流的热效应定义的,与电流的方向无关.
(2)“等效”理解:相同电阻、相同时间,产生相同热量.交变电流与多大的直流电“效果”
相同,有效值就是多大.
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,在交变电流一个周期内产生的热量等于
Q
.如
Q
=
I
2
RT
或
Q
=
T
,相对应的
I
、
U
即为交变电流、电压的有效值.
3.几种常见交变电流的有效值
交变电流的“四值”对比
物理含义 重要关系 适用情况
瞬时值 交变电流某一时刻的
值
e=Emsinωt
i=Imsinωt
计算线圈某一时刻的
受力情况
最大值 最大的瞬时值 Em=NBSω
Im=确定用电器的耐压值
有效值 跟交变电流的热效应
等效的恒定电流值
E=
U=
I=
(1)计算与电流热效应
相关的量(如功率、热
量)
(2)交流电表的测量值
(3)电气设备标注的额
定电压、额定电流
(4)保险丝的熔断电流
平均值 交变电流图象中图线 E=n计算通过电路截面的
交变电流名称 交变电流图象 有效值
正弦式交变电流
U
=
U
m
正弦半波交变电
流
U
=
U
m
正弦单向脉冲电
流
U
=
矩形脉冲电流
U
=
U
m
非对称性交变电
流
U
=
与时间轴所夹面积与
时间的比值 I=电荷量
二:考点题型归纳
题型一:交变电流的频率和峰值
1.(2022·山东·肥城市第一高级中学高二期末)如图所示,空间中分布着磁感应强度大小为 B的匀强有界磁场,
EF 是其左边界,一面积为 S的n匝圆形金属线框垂直于磁场放置,圆形线圈的圆心 O在EF 上,若线框以角速度
ω绕EF 匀速转动,并从图示位置开始计时,则( )
A.t= 时,线框中的感应电流最大
B.t= 时,穿过线框的磁通量最大
C.线框中产生的交变电动势的最大值为
D.线框中产生的交变电动势的有效值为
2.(2022·全国·高二课时练习)如图所示,单匝矩形线圈 ab 边长为20cm,bc 边长为10cm,绕垂直于磁场方向的
轴OO′匀速转动,转速为 ,若磁感应强度为 0.1 T,线圈电阻为 1Ω,从中性面处开始
计时,则( )
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