3.2 交变电流的描述 课件 2023-2024学年高二物理人教版（2019）选择性必修2(共28张PPT)
文档属性
| 名称 | 3.2 交变电流的描述 课件 2023-2024学年高二物理人教版（2019）选择性必修2(共28张PPT) |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 2.3MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-02-04 08:17:13 | ||
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文档简介
(共28张PPT)
第三章 交变电流
交变电流的描述
2
理解交变电流的峰值、有效值的概念，会根据电流的热效应计算电流的有效值。
1
知道交变电流的周期、频率的概念，掌握T、f、ω之间的关系。
重点
重难点
3
理解正弦式交变电流的公式和图像。
重点
周期和频率
正弦式交变电流的大小和方向都随时间发生周期性变化，那么我们如何描述这种电流的变化特征呢？
i
t
O
1.周期(T)：
交变电流完成 所需的时间。
2.频率(f)：
交变电流完成周期性变化的次数与所用时间之比叫作频率，数值等于交变电流在单位时间内完成 。
3.周期和频率的关系：T＝___或f＝___。
一次周期性变化
周期性变化的次数
4.角速度与周期、频率、转速的关系：ω＝___＝ ＝2πn。
5.决定正弦式交变电流周期和频率大小的因素是发电机转子的 。
A
B
D
A
B
D
C
D
C
A
2πf
转速
如图为我国照明电路的u－t图像。
这个交变电流的周期为多少？频率为多少？每秒电流方向改变多少次？
周期为0.02 s，频率为50 Hz，每秒电流方向改变100次。
(1)若交变电流是线圈在匀强磁场中匀速转动形成的，则交变电流的周期也是线圈做圆周运动的周期。( )
(2)交变电流在1 s内电流方向变化的次数就是它的频率。( )
√
×
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，线圈中产生的感应电动势e随时间t变化的情况如图所示。下列说法正确的是
A.此交变电流的频率为0.2 Hz
B.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
√
√
峰值和有效值
(2)应用：电容器上标称的电压值(又叫耐压值或击穿电压)是电容器两极间所允许电压的峰值。超过该值，电容器就有被击穿的危险。
电容
耐压值(最大值)
1.峰值
(1)交变电流的电压、电流能达到的最大数值叫峰值。
若将交流电接入纯电阻电路中，则电路中的电流及外电阻两端的电压的最大值分别为Im＝ ，Um＝ImR。
如图是通过一个R＝1 Ω的电阻的电流i随时间t变化的图像。
(1)0～1 s内电阻R中产生的热量为 J。
(2)如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通过这个电阻R，也能在1 s内产生同样的热量，这个电流大小为_____ A。
10
(1)根据焦耳定律：设0~0.5s内电路中产生的热量为Q1，则
Q1 = I12Rt1= 42×1×0.5 = 8J
同理计算0.5~1s内电路中产生的热量 Q2 = I22Rt2 = 22×1×0.5=2J 。
故1s内产生的总热量Q = Q1+Q2 = 10J
2.直流电产生相同的热量 Q = I2Rt，得直流电流 I = A。
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，则此恒定电流的电流和电压叫作这一交变电流的有效值。
R
R
~
3.关于有效值的说明
(1)在正弦式交变电流中，最大值与有效值之间的关系为：
只适用于正弦或余弦电流
I＝ ＝0.707Im
E＝ ＝0.707Em
U＝ ＝0.707Um
(2)在非正弦式交变电流中，必须根据电流的热效应求解有效值。
即“三同”：电阻相同，时间相同(一个周期)，热量相同。
先计算交变电流在一个周期内产生的热量Q，再将热量Q用相应的
物理量的有效值表示，即Q＝I2RT或Q＝ ，最后代入数据求解有效值。
保险丝的熔断电流及一切与热有关的交变电流的功、功率、热量等
一般交流电流表和交流电压表的读数
(3)以下情况均指有效值。
交流用电器上标出的额定电压和额定电流
注意：以后提到的交变电流的数值，若没有特殊说明，均指有效值。
2.(多选)(2023·山东滨州市高二期末)如图甲，匝数为100匝的矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动，线圈电阻忽略不计，线圈中磁通量Φ随时间t变化如图乙。已知电阻R的阻值为200 Ω，电容器的耐压值为220 V，下列说法正确的是
A.t＝0.005 s时电压表的示数为零
B.电阻R消耗的功率为100 W
C.电容器可能被击穿
D.通过R的电流i＝cos 100πt(A)
√
√
3.(2023·河南新乡市高二期末)通过某用电器的电流和时间的关系图像如图所示(前半个周期为正弦波形的 )，则该交变电流的有效值为
√
4.如图所示，图甲和图乙分别表示正弦脉冲波和方波的交变电流与时间的变化关系图像，若使这两种电流分别通过两个完全相同的电阻，则经过1 min的时间，两电阻消耗的电功之比W甲∶W乙为
√
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。若从线圈通过中性面时开始计时，交变电流的图像是 曲线。
2.若已知电压、电流最大值分别是Um、Im，周期为T，则正弦式交变电流
电压、电流表达式分别为u＝__________，i＝_________。
3.正弦式交变电压的图像如图所示。
正弦
根据正弦式交变电流的图像我们可以获得：
(1)是否从中性面开始计时：看图线的变化规律，若符合正弦函数变化规律，表示从线圈位于 位置时开始计时；若符合余弦函数变化规律，表示从线圈位于 位置时开始计时。
(2)峰值和有效值：从图中可读出正弦式交变电流的电压峰值Um或电流峰
值Im；则电压的有效值U＝____，电流的有效值I＝____。
中性面
垂直于中性面
(3)周期、频率和角速度：从图中可读出正弦式交变电流的周期为T，则
频率f＝ ，角速度ω＝___。
(4)可得出正弦式交变电流的表达式。
5.(2021·北京卷)一正弦式交变电流的i－t图像如图所示。下列说法正确的是
A.在t＝0.4 s时电流改变方向
B.该交变电流的周期为0.5 s
C.该交变电流的表达式为i＝2cos 5πt A
√
6.(多选)(2023·四川达州市高二期末)如图甲所示为一台小型发电机的示意图，单匝线圈匀速转动，产生的电动势e随时间t的变化规律如图乙所示。已知发电机线圈内阻为0.2 Ω，小灯泡的电阻恒为0.8 Ω，其余电阻不计。下列说法正确的是
√
√
交变电流的描述
周期和频率
正弦式交变电流
的公式和图像
周期和频率
T、三者之间的关系
峰值
公式描述
有效值
峰值和有效值
图像描述
关于有效值的说明
第三章 交变电流
交变电流的描述
2
理解交变电流的峰值、有效值的概念，会根据电流的热效应计算电流的有效值。
1
知道交变电流的周期、频率的概念，掌握T、f、ω之间的关系。
重点
重难点
3
理解正弦式交变电流的公式和图像。
重点
周期和频率
正弦式交变电流的大小和方向都随时间发生周期性变化，那么我们如何描述这种电流的变化特征呢？
i
t
O
1.周期(T)：
交变电流完成 所需的时间。
2.频率(f)：
交变电流完成周期性变化的次数与所用时间之比叫作频率，数值等于交变电流在单位时间内完成 。
3.周期和频率的关系：T＝___或f＝___。
一次周期性变化
周期性变化的次数
4.角速度与周期、频率、转速的关系：ω＝___＝ ＝2πn。
5.决定正弦式交变电流周期和频率大小的因素是发电机转子的 。
A
B
D
A
B
D
C
D
C
A
2πf
转速
如图为我国照明电路的u－t图像。
这个交变电流的周期为多少？频率为多少？每秒电流方向改变多少次？
周期为0.02 s，频率为50 Hz，每秒电流方向改变100次。
(1)若交变电流是线圈在匀强磁场中匀速转动形成的，则交变电流的周期也是线圈做圆周运动的周期。( )
(2)交变电流在1 s内电流方向变化的次数就是它的频率。( )
√
×
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，线圈中产生的感应电动势e随时间t变化的情况如图所示。下列说法正确的是
A.此交变电流的频率为0.2 Hz
B.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
√
√
峰值和有效值
(2)应用：电容器上标称的电压值(又叫耐压值或击穿电压)是电容器两极间所允许电压的峰值。超过该值，电容器就有被击穿的危险。
电容
耐压值(最大值)
1.峰值
(1)交变电流的电压、电流能达到的最大数值叫峰值。
若将交流电接入纯电阻电路中，则电路中的电流及外电阻两端的电压的最大值分别为Im＝ ，Um＝ImR。
如图是通过一个R＝1 Ω的电阻的电流i随时间t变化的图像。
(1)0～1 s内电阻R中产生的热量为 J。
(2)如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通过这个电阻R，也能在1 s内产生同样的热量，这个电流大小为_____ A。
10
(1)根据焦耳定律：设0~0.5s内电路中产生的热量为Q1，则
Q1 = I12Rt1= 42×1×0.5 = 8J
同理计算0.5~1s内电路中产生的热量 Q2 = I22Rt2 = 22×1×0.5=2J 。
故1s内产生的总热量Q = Q1+Q2 = 10J
2.直流电产生相同的热量 Q = I2Rt，得直流电流 I = A。
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，则此恒定电流的电流和电压叫作这一交变电流的有效值。
R
R
~
3.关于有效值的说明
(1)在正弦式交变电流中，最大值与有效值之间的关系为：
只适用于正弦或余弦电流
I＝ ＝0.707Im
E＝ ＝0.707Em
U＝ ＝0.707Um
(2)在非正弦式交变电流中，必须根据电流的热效应求解有效值。
即“三同”：电阻相同，时间相同(一个周期)，热量相同。
先计算交变电流在一个周期内产生的热量Q，再将热量Q用相应的
物理量的有效值表示，即Q＝I2RT或Q＝ ，最后代入数据求解有效值。
保险丝的熔断电流及一切与热有关的交变电流的功、功率、热量等
一般交流电流表和交流电压表的读数
(3)以下情况均指有效值。
交流用电器上标出的额定电压和额定电流
注意：以后提到的交变电流的数值，若没有特殊说明，均指有效值。
2.(多选)(2023·山东滨州市高二期末)如图甲，匝数为100匝的矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动，线圈电阻忽略不计，线圈中磁通量Φ随时间t变化如图乙。已知电阻R的阻值为200 Ω，电容器的耐压值为220 V，下列说法正确的是
A.t＝0.005 s时电压表的示数为零
B.电阻R消耗的功率为100 W
C.电容器可能被击穿
D.通过R的电流i＝cos 100πt(A)
√
√
3.(2023·河南新乡市高二期末)通过某用电器的电流和时间的关系图像如图所示(前半个周期为正弦波形的 )，则该交变电流的有效值为
√
4.如图所示，图甲和图乙分别表示正弦脉冲波和方波的交变电流与时间的变化关系图像，若使这两种电流分别通过两个完全相同的电阻，则经过1 min的时间，两电阻消耗的电功之比W甲∶W乙为
√
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。若从线圈通过中性面时开始计时，交变电流的图像是 曲线。
2.若已知电压、电流最大值分别是Um、Im，周期为T，则正弦式交变电流
电压、电流表达式分别为u＝__________，i＝_________。
3.正弦式交变电压的图像如图所示。
正弦
根据正弦式交变电流的图像我们可以获得：
(1)是否从中性面开始计时：看图线的变化规律，若符合正弦函数变化规律，表示从线圈位于 位置时开始计时；若符合余弦函数变化规律，表示从线圈位于 位置时开始计时。
(2)峰值和有效值：从图中可读出正弦式交变电流的电压峰值Um或电流峰
值Im；则电压的有效值U＝____，电流的有效值I＝____。
中性面
垂直于中性面
(3)周期、频率和角速度：从图中可读出正弦式交变电流的周期为T，则
频率f＝ ，角速度ω＝___。
(4)可得出正弦式交变电流的表达式。
5.(2021·北京卷)一正弦式交变电流的i－t图像如图所示。下列说法正确的是
A.在t＝0.4 s时电流改变方向
B.该交变电流的周期为0.5 s
C.该交变电流的表达式为i＝2cos 5πt A
√
6.(多选)(2023·四川达州市高二期末)如图甲所示为一台小型发电机的示意图，单匝线圈匀速转动，产生的电动势e随时间t的变化规律如图乙所示。已知发电机线圈内阻为0.2 Ω，小灯泡的电阻恒为0.8 Ω，其余电阻不计。下列说法正确的是
√
√
交变电流的描述
周期和频率
正弦式交变电流
的公式和图像
周期和频率
T、三者之间的关系
峰值
公式描述
有效值
峰值和有效值
图像描述
关于有效值的说明