物理人教版（2019）选择性必修第二册3.2交变电流的描述（共24张ppt）
文档属性
| 名称 | 物理人教版（2019）选择性必修第二册3.2交变电流的描述（共24张ppt） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 13.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-04-09 13:52:27 | ||
图片预览
文档简介
(共24张PPT)
第2节 交变电流的描述
第三章
人教版（2019）选择性必修二
CONTENTS
目录
周期和频率
01
峰值和有效值
02
正弦式交变电流的公式
和图像
03
电感器和电容器对交变电流的作用
04
思考与讨论：
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？
正弦交流电的变化规律：
瞬时电动势
瞬时电流
瞬时电压
（从中性面开始计时）
复习回顾
新课导入
知识讲解
课堂小结
随堂练习
布置作业
一、周期和频率
e
O
2
4
6
t/s
8
e
O
2
4
6
t/s
8
１.周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间，叫它的周期。
符号：T 单位是秒（S）
２.频率：交变电流一秒内完成周期性变化的次数 。
符号：f 单位是赫兹（Hz）
ω=2πf
交变电流的变化快慢情况不一样。
3.周期、频率及角速度之间的关系
新课导入
知识讲解
随堂练习
课堂小结
布置作业
【学以致用1】如图所示是我国家庭电路中的交变电流 u-t 图，分析下列问题：
（1）交流电流完成一次周期性变化（线圈转动一圈）所用多少时间？
（2）交流电流在1s内完成多少次周期性变化？
（3）由前2问，可知周期和频率有什么关系？
（4）在1s内电流方向变化多少次？
（5）产生交变电流的线圈转动的角速度多大？
u / V
O
1
2
t/ 10-2 s
3
0.02 s
周期 T
频率 f
除此之外，交变电流还有哪些特性？
随堂练习
新课导入
知识讲解
课堂小结
布置作业
二、峰值和有效值
上一节中，我们知道正弦式交变电流的变化规律是怎么样的？
交变电流的峰值是交变电流在一个周期内所能达到的最大数值，可以用来表示交流电的电流或电压变化幅度。
e=Emsinωt
i=Imsinωt
u=umsinωt
Em ＝NωBS
峰值
Um ＝ Im R外
我国家用交变电流的电压为220V,这里的“220V”是怎么来的？
1.峰值
①定义：交变电流的电压、电流所能达到的最大数值。
②应用：电容器所能承受的电压要高于交流电压的峰值。
新课导入
知识讲解
随堂练习
课堂小结
布置作业
问题：如图是通过一个R=1Ω的电阻的电流i随时间变化的曲线。这个电流不是恒定电流。
（1）怎样计算通过1S内电阻R中产生的热量
（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1S内产生同样的热量，这个电流是多大？
在0.2-0.5s内电路中产生的热量为Q2，则
解析：（1）在0-0.2s内电路中产生的热量为Q1，则
故1s内产生的总热量：
Q交=2（Q1+Q2）=2.8J
（2）Q直=Q交
带入数据得：
新课导入
知识讲解
随堂练习
课堂小结
布置作业
①定义：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，而这个恒定电流的电流与电压分别为 I、U，我们就把 I、U 叫 作这一交变电流的有效值。
2.有效值
－
R
总结：若在交流的一个周期内Q直=Q交，则直流电的I、U叫交流电的有效值。
注意：
1.从有效值的定义看“有效”指的是电流热效应的等效。交变电流和恒定电流是一种等效替代关系
2.注意“三同”：电阻相同，时间相同，产生的热量相同。
等 效
②应用：
(1)交流用电设备上所标的额定电压和额定电流都是有效值。
(2)交流电压表测量的数值为有效值。
(3)无特别说明时，提到的交变电流的数值为有效值。
③理论计算表明，正弦交流电的峰值与有效值有以下关系
此关系只限于正弦交变电流，对其他形式的交变电流并不适用。需按定义计算。
新课导入
知识讲解
随堂练习
课堂小结
布置作业
项目 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 计算线圈某一时刻的受力（安培力）情况
最大值 最大的瞬时值 确定电容器的耐压值或击穿电压
有效值 跟交变电流的热效应等效的 恒定电流值、电压值 正弦式交变电流 (1)电流热效应相关量(如功、功率、热量)
(2)交流电表（电压表、电流表）的测量值
(3)电气设备铭牌标注额定电压、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与时间轴所围面积与时间比值 (1)某段时间内产生的平均感应电动势
(2)某段时间内产生感应电流的平均值
(3)某段时间内通过横截面的电荷量
交变电流四值比较与应用
新课导入
知识讲解
随堂练习
课堂小结
布置作业
【学以致用2】通过某交流电流表的电流 i 随时间 t 变化的关系如图所示，该电流表的示数是多少
解析：根据有效值的定义可得：
解得I=5A，该电流表得示数为5A。
随堂练习
新课导入
知识讲解
课堂小结
布置作业
【学以致用3】小型手摇发电机线圈共N匝，每匝可简化为矩形线圈abcd，磁极间的磁场视为匀强磁场，方向垂直于线圈中心轴OO′，线圈绕OO′匀速转动，如图所示。矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，不计线圈电阻，则发电机输出电压( )
A．峰值是e0 B．峰值是2e0
C．有效值是√2/2Ne0 D．有效值是√2 Ne0
解析：因每匝矩形线圈ab边和cd边产生的电动势的最大值都是e0，每匝中ab和cd串联，故每匝线圈产生的电动势的最大值为2e0。N匝线圈串联，整个线圈中感应电动势的最大值为2Ne0，因线圈中产生的是正弦交流电，则发电机输出电压的有效值E＝ √2 Ne0，故选项D正确。
随堂练习
新课导入
知识讲解
课堂小结
布置作业
【学以致用4】阻值相等的甲、乙两电阻分别接到图（a）和（b）所示的方波交变电压、正弦式交变电压电路中，两种电压的周期和峰值都相等。求两电阻的电功率之比。
解析：图（a）为方波交变电压，由有效值定义可知：
= ，即有效值Ua=，图（b）为正弦式交变电压。
有效值=2：1
【学以致用5】某电子调光灯经调整后的电压波形如图所示，若用交流电压表测灯泡两端的电压，其示数是多少？
解析：由图可知：Um=220V，该电压0～ 时间内为正弦波形，～T时间内电压为零.根据有效值的定义：
， 解得U效=110V.因为交流电压表的示数为有效值，则其示数为110V.
随堂练习
新课导入
知识讲解
课堂小结
布置作业
三、正弦式交变电流的公式和图像
我们可以采用哪些方法形象描述交变电流变化规律？
1.详细描述交变电流
1.公式
2.图像
从交变电流图像获取信息：
（1）交变电流的最大值Im、Em、Um、周期T。
（2）因线圈在中性面时感应电动势、感应电 流均为零，磁通量最大，所以可确定线圈位于中性面的时刻。
（3）找出线圈平行于磁感线的时刻。
（4）判断线圈中磁通量的变化情况。
（5）分析判断e、i、u随时间的变化规律。
新课导入
知识讲解
随堂练习
课堂小结
布置作业
2.写出以下两种情况下交流电的表达式
新课导入
知识讲解
随堂练习
课堂小结
布置作业
【学以致用6】一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，产生的交变电动势的图像如图所示，则（ ）
A.交流电的频率是4π Hz
B.当t＝0时，线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大
C.当t＝π s时，e有最大值
D.t＝π s时，e＝－10 V最小，磁通量变化率最小
答案 B
随堂练习
新课导入
知识讲解
课堂小结
布置作业
四、电感器和电容器对交变电流的作用
问题1：直流电源电动势与交变电源电动势有效值相等，内阻相同；灯泡和电感器均相同。接直流电时，有电感器和无电感器灯泡的亮度是否相同？接直流电和交流电，灯泡的亮度是否相同？
L
S
E
图甲： 电感器对直流电作用
图乙： 电感器对交流电作用
L
S
u
新课导入
知识讲解
随堂练习
课堂小结
布置作业
①接通直流，灯泡亮度几乎相同。
②接通交流，串联有线圈的支路灯泡较暗。
③匝数越多，灯泡越暗。
④频率越高，灯泡越暗。
2.实验现象：
1.实验视频演示：
新课导入
知识讲解
随堂练习
课堂小结
布置作业
3.实验结论：
电感器对直流电几乎无影响，电感器对交流电有阻碍作用。
线圈与交变电流之间的电磁感应作用所引起的阻碍作用，这叫感抗。
1.感抗定义：电感线圈对交变电流的阻碍作用。用字母X L 表示，单位是 欧 ( Ω )。
感抗
2.影响感抗的因素及公式：
①线圈的自感越大，线圈的感抗就越大。
②交流的频率越高，线圈的感抗就越大。
3.电感器的特点：
通直流，阻交流。通低频，阻高频。
4.电感器的应用：扼流圈
①低频扼流圈：线圈绕在铁芯上,匝数多，自感系数大、感抗大（通直流、阻交流）
②高频扼流圈：线圈绕在铁氧体上,匝数少，自感系数小、感抗小（通直流，通低频，阻高频）
新课导入
知识讲解
随堂练习
课堂小结
布置作业
问题2：实验电路如图所示，将双刀双掷开关S分别接到电压相等的直流电源和交流电源上，灯泡谁亮谁暗？
+
-
1.实验视频演示：
5μF
20μF
23μF
新课导入
知识讲解
随堂练习
课堂小结
布置作业
2.实验现象：
①S接直流电源时，灯泡不亮。
②S接交流电源时，灯泡发光。
3.实验结论：
直流电不能通过电容器，交流电能“通过”电容器
电容器与交变电流之间的电磁感应作用所引起的阻碍作用，这叫容抗。
1. 容抗定义：电容器对交变电流的阻碍作用。用字母XC 表示，单位是 欧 ( Ω )。
2.影响容抗的因素及公式：
容抗
①电容器的电容越大，电容器的容抗就越小。
②交流的频率越高，电容器的容抗就越小。
3.电容器的特点：
通交流，隔直流；通高频，阻低频。
新课导入
知识讲解
随堂练习
课堂小结
布置作业
4.对电容器通交流的理解：
绝缘介质
导体
导体
平行板电容器
实际上并无电荷通过，充电和放电表现为交流“通过“电容器（实际没有通过电介质）
频率f 越高
电容C 越大
阻碍作用越小
充放电越大、越快
注意：(当交流电压升高时，对电容器充电，有充电电流，而当交流电压降低时，电容器放电，有放电电流)
新课导入
知识讲解
随堂练习
课堂小结
布置作业
5.对电容器的应用：
作 用
结构特点
隔直电容器
高频旁路电容器
电容器串联在电路中(C大)
电容器并联在电路中(C小)
通交流，隔直流
通高频，阻低频
电路图
新课导入
知识讲解
随堂练习
课堂小结
布置作业
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
峰值和有效值
定义
相互关系
电感器和电容器对交变电流的作用
布置作业
课堂小结
新课导入
知识讲解
随堂练习
随堂练习
布置作业
新课导入
知识讲解
课堂小结
布置作业
第2节 交变电流的描述
第三章
人教版（2019）选择性必修二
CONTENTS
目录
周期和频率
01
峰值和有效值
02
正弦式交变电流的公式
和图像
03
电感器和电容器对交变电流的作用
04
思考与讨论：
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？
正弦交流电的变化规律：
瞬时电动势
瞬时电流
瞬时电压
（从中性面开始计时）
复习回顾
新课导入
知识讲解
课堂小结
随堂练习
布置作业
一、周期和频率
e
O
2
4
6
t/s
8
e
O
2
4
6
t/s
8
１.周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间，叫它的周期。
符号：T 单位是秒（S）
２.频率：交变电流一秒内完成周期性变化的次数 。
符号：f 单位是赫兹（Hz）
ω=2πf
交变电流的变化快慢情况不一样。
3.周期、频率及角速度之间的关系
新课导入
知识讲解
随堂练习
课堂小结
布置作业
【学以致用1】如图所示是我国家庭电路中的交变电流 u-t 图，分析下列问题：
（1）交流电流完成一次周期性变化（线圈转动一圈）所用多少时间？
（2）交流电流在1s内完成多少次周期性变化？
（3）由前2问，可知周期和频率有什么关系？
（4）在1s内电流方向变化多少次？
（5）产生交变电流的线圈转动的角速度多大？
u / V
O
1
2
t/ 10-2 s
3
0.02 s
周期 T
频率 f
除此之外，交变电流还有哪些特性？
随堂练习
新课导入
知识讲解
课堂小结
布置作业
二、峰值和有效值
上一节中，我们知道正弦式交变电流的变化规律是怎么样的？
交变电流的峰值是交变电流在一个周期内所能达到的最大数值，可以用来表示交流电的电流或电压变化幅度。
e=Emsinωt
i=Imsinωt
u=umsinωt
Em ＝NωBS
峰值
Um ＝ Im R外
我国家用交变电流的电压为220V,这里的“220V”是怎么来的？
1.峰值
①定义：交变电流的电压、电流所能达到的最大数值。
②应用：电容器所能承受的电压要高于交流电压的峰值。
新课导入
知识讲解
随堂练习
课堂小结
布置作业
问题：如图是通过一个R=1Ω的电阻的电流i随时间变化的曲线。这个电流不是恒定电流。
（1）怎样计算通过1S内电阻R中产生的热量
（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1S内产生同样的热量，这个电流是多大？
在0.2-0.5s内电路中产生的热量为Q2，则
解析：（1）在0-0.2s内电路中产生的热量为Q1，则
故1s内产生的总热量：
Q交=2（Q1+Q2）=2.8J
（2）Q直=Q交
带入数据得：
新课导入
知识讲解
随堂练习
课堂小结
布置作业
①定义：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，而这个恒定电流的电流与电压分别为 I、U，我们就把 I、U 叫 作这一交变电流的有效值。
2.有效值
－
R
总结：若在交流的一个周期内Q直=Q交，则直流电的I、U叫交流电的有效值。
注意：
1.从有效值的定义看“有效”指的是电流热效应的等效。交变电流和恒定电流是一种等效替代关系
2.注意“三同”：电阻相同，时间相同，产生的热量相同。
等 效
②应用：
(1)交流用电设备上所标的额定电压和额定电流都是有效值。
(2)交流电压表测量的数值为有效值。
(3)无特别说明时，提到的交变电流的数值为有效值。
③理论计算表明，正弦交流电的峰值与有效值有以下关系
此关系只限于正弦交变电流，对其他形式的交变电流并不适用。需按定义计算。
新课导入
知识讲解
随堂练习
课堂小结
布置作业
项目 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 计算线圈某一时刻的受力（安培力）情况
最大值 最大的瞬时值 确定电容器的耐压值或击穿电压
有效值 跟交变电流的热效应等效的 恒定电流值、电压值 正弦式交变电流 (1)电流热效应相关量(如功、功率、热量)
(2)交流电表（电压表、电流表）的测量值
(3)电气设备铭牌标注额定电压、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与时间轴所围面积与时间比值 (1)某段时间内产生的平均感应电动势
(2)某段时间内产生感应电流的平均值
(3)某段时间内通过横截面的电荷量
交变电流四值比较与应用
新课导入
知识讲解
随堂练习
课堂小结
布置作业
【学以致用2】通过某交流电流表的电流 i 随时间 t 变化的关系如图所示，该电流表的示数是多少
解析：根据有效值的定义可得：
解得I=5A，该电流表得示数为5A。
随堂练习
新课导入
知识讲解
课堂小结
布置作业
【学以致用3】小型手摇发电机线圈共N匝，每匝可简化为矩形线圈abcd，磁极间的磁场视为匀强磁场，方向垂直于线圈中心轴OO′，线圈绕OO′匀速转动，如图所示。矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，不计线圈电阻，则发电机输出电压( )
A．峰值是e0 B．峰值是2e0
C．有效值是√2/2Ne0 D．有效值是√2 Ne0
解析：因每匝矩形线圈ab边和cd边产生的电动势的最大值都是e0，每匝中ab和cd串联，故每匝线圈产生的电动势的最大值为2e0。N匝线圈串联，整个线圈中感应电动势的最大值为2Ne0，因线圈中产生的是正弦交流电，则发电机输出电压的有效值E＝ √2 Ne0，故选项D正确。
随堂练习
新课导入
知识讲解
课堂小结
布置作业
【学以致用4】阻值相等的甲、乙两电阻分别接到图（a）和（b）所示的方波交变电压、正弦式交变电压电路中，两种电压的周期和峰值都相等。求两电阻的电功率之比。
解析：图（a）为方波交变电压，由有效值定义可知：
= ，即有效值Ua=，图（b）为正弦式交变电压。
有效值=2：1
【学以致用5】某电子调光灯经调整后的电压波形如图所示，若用交流电压表测灯泡两端的电压，其示数是多少？
解析：由图可知：Um=220V，该电压0～ 时间内为正弦波形，～T时间内电压为零.根据有效值的定义：
， 解得U效=110V.因为交流电压表的示数为有效值，则其示数为110V.
随堂练习
新课导入
知识讲解
课堂小结
布置作业
三、正弦式交变电流的公式和图像
我们可以采用哪些方法形象描述交变电流变化规律？
1.详细描述交变电流
1.公式
2.图像
从交变电流图像获取信息：
（1）交变电流的最大值Im、Em、Um、周期T。
（2）因线圈在中性面时感应电动势、感应电 流均为零，磁通量最大，所以可确定线圈位于中性面的时刻。
（3）找出线圈平行于磁感线的时刻。
（4）判断线圈中磁通量的变化情况。
（5）分析判断e、i、u随时间的变化规律。
新课导入
知识讲解
随堂练习
课堂小结
布置作业
2.写出以下两种情况下交流电的表达式
新课导入
知识讲解
随堂练习
课堂小结
布置作业
【学以致用6】一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，产生的交变电动势的图像如图所示，则（ ）
A.交流电的频率是4π Hz
B.当t＝0时，线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大
C.当t＝π s时，e有最大值
D.t＝π s时，e＝－10 V最小，磁通量变化率最小
答案 B
随堂练习
新课导入
知识讲解
课堂小结
布置作业
四、电感器和电容器对交变电流的作用
问题1：直流电源电动势与交变电源电动势有效值相等，内阻相同；灯泡和电感器均相同。接直流电时，有电感器和无电感器灯泡的亮度是否相同？接直流电和交流电，灯泡的亮度是否相同？
L
S
E
图甲： 电感器对直流电作用
图乙： 电感器对交流电作用
L
S
u
新课导入
知识讲解
随堂练习
课堂小结
布置作业
①接通直流，灯泡亮度几乎相同。
②接通交流，串联有线圈的支路灯泡较暗。
③匝数越多，灯泡越暗。
④频率越高，灯泡越暗。
2.实验现象：
1.实验视频演示：
新课导入
知识讲解
随堂练习
课堂小结
布置作业
3.实验结论：
电感器对直流电几乎无影响，电感器对交流电有阻碍作用。
线圈与交变电流之间的电磁感应作用所引起的阻碍作用，这叫感抗。
1.感抗定义：电感线圈对交变电流的阻碍作用。用字母X L 表示，单位是 欧 ( Ω )。
感抗
2.影响感抗的因素及公式：
①线圈的自感越大，线圈的感抗就越大。
②交流的频率越高，线圈的感抗就越大。
3.电感器的特点：
通直流，阻交流。通低频，阻高频。
4.电感器的应用：扼流圈
①低频扼流圈：线圈绕在铁芯上,匝数多，自感系数大、感抗大（通直流、阻交流）
②高频扼流圈：线圈绕在铁氧体上,匝数少，自感系数小、感抗小（通直流，通低频，阻高频）
新课导入
知识讲解
随堂练习
课堂小结
布置作业
问题2：实验电路如图所示，将双刀双掷开关S分别接到电压相等的直流电源和交流电源上，灯泡谁亮谁暗？
+
-
1.实验视频演示：
5μF
20μF
23μF
新课导入
知识讲解
随堂练习
课堂小结
布置作业
2.实验现象：
①S接直流电源时，灯泡不亮。
②S接交流电源时，灯泡发光。
3.实验结论：
直流电不能通过电容器，交流电能“通过”电容器
电容器与交变电流之间的电磁感应作用所引起的阻碍作用，这叫容抗。
1. 容抗定义：电容器对交变电流的阻碍作用。用字母XC 表示，单位是 欧 ( Ω )。
2.影响容抗的因素及公式：
容抗
①电容器的电容越大，电容器的容抗就越小。
②交流的频率越高，电容器的容抗就越小。
3.电容器的特点：
通交流，隔直流；通高频，阻低频。
新课导入
知识讲解
随堂练习
课堂小结
布置作业
4.对电容器通交流的理解：
绝缘介质
导体
导体
平行板电容器
实际上并无电荷通过，充电和放电表现为交流“通过“电容器（实际没有通过电介质）
频率f 越高
电容C 越大
阻碍作用越小
充放电越大、越快
注意：(当交流电压升高时，对电容器充电，有充电电流，而当交流电压降低时，电容器放电，有放电电流)
新课导入
知识讲解
随堂练习
课堂小结
布置作业
5.对电容器的应用：
作 用
结构特点
隔直电容器
高频旁路电容器
电容器串联在电路中(C大)
电容器并联在电路中(C小)
通交流，隔直流
通高频，阻低频
电路图
新课导入
知识讲解
随堂练习
课堂小结
布置作业
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
峰值和有效值
定义
相互关系
电感器和电容器对交变电流的作用
布置作业
课堂小结
新课导入
知识讲解
随堂练习
随堂练习
布置作业
新课导入
知识讲解
课堂小结
布置作业