3.1 交变电流的特点 课件 (共32张PPT) 2024-2025学年高中物理鲁科版（2019）选择性必修第二册
文档属性
| 名称 | 3.1 交变电流的特点 课件 (共32张PPT) 2024-2025学年高中物理鲁科版（2019）选择性必修第二册 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 99.2MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 鲁科版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-12-20 21:17:08 | ||
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文档简介
(共32张PPT)
第一节 交变电流的特点
教学课件
Teaching Courseware
20XX.XX.XX
第三章 交变电流与远距离运输
高中物理鲁科版（2019）选择性必修第二册
PART.1
PART.2
PART.3
PART.4
素养目标
新课讲解
新课导入
经典例题
目录
CONTENTS
PART.2
PART.4
课堂练习
课堂小结
素养目标
1.[物理观念]知道什么是直流电、交变电流，并能够区分。
2.[物理观念]知道交变电流的周期、频率以及它们之间的关系。
3.[科学思维]理解交变电流的最大值和有效值，能利用有效值的定义计算常见交变电流的有效值。
新课导入
直流电源产生直流电流，交流电源产生交变电流。这两种电流各有什么特点 如何描述交变电流 本节我们将先通过实验认识两种电流的特点，然后学习描述交变电流特征的物理量。
i
t
O
新课讲解
New lesson explanation
新课讲解
一、直流电流与交变电流
2.交变电流(AC): 大小和方向 随时间做周期性变化的电流,简称交流电。
1.直流电流(DC): 方向 不随时间变化的电流。
交变电压随时间变化的图像
3.交变电流经过电子电路的处理，能变成直流。
学生电源能把交流变成直流
充电器能把交流变成低压直流
新课讲解
实验：通交变电流的灯丝在磁场中的抖动
灯丝中的电流方向周期性变化，所受安培力方向周期性变化，所以灯丝在抖动。
新课讲解
二、交变电流的周期与频率
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)：
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 周期性变化的次数 。
3.周期和频率的关系：或。
4.不同国家和地区电的频率标准不同。
5.正弦式交变电流：电流的大小和方向随时间按正弦规律变化。
t
i
O
新课讲解
6.角速度与周期、频率、转速的关系：ω＝___＝ ＝2πn。
7.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
新课讲解
(1)正弦交流电
(2)示波器中的锯齿波扫描电压
(3)电子计算机中的矩形脉冲
(4)激光通信中的尖脉冲
8.交变电流并不都是按照正弦规律变化的。电力系统中应用的大多是正弦式电流，在电子技术中也常遇到其他形式的交流，如乙丙丁
新课讲解
用示波器观察几种交变电流的波形图
新课讲解
三、交变电流的最大值和有效值
(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。
新课讲解
思考与讨论：
如图所示的电流通过一个R=1 Ω的电阻，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。
(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。
新课讲解
2.有效值：
（1）定义：根据电流的热效应来规定，让交流与直流分别通过相同的电阻，如果在交流的一个周期内它们产生的热量相等，就把这个直流的数值叫做这个交流的有效值。
（2）理论计算表明：正弦交流电的有效值与最大值的关系：
t
i
im
-im
t
e
Em
-Em
O
O
R
R
~
新课讲解
说明：
1.以上关系式只适用于正弦或余弦交流电；
2.交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值；
I＝ ＝0.707Im E＝ ＝0.707Em U＝ ＝0.707Um
3.在正弦式交变电流中，最大值与有效值之间的关系为：
4.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。
新课讲解
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
5.以下情况均指有效值。
注意：一般提到的交变电流的数值，若没有特殊说明，均指有效值。
新课讲解
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=
新课讲解
正弦单向脉冲电流 I=
矩形单向脉冲电流 I=
非对称矩形脉冲电流 I=
Im
经典例题
Classic Example
经典例题
i/A
+10
-10
0.05
0.1
0.15
0.2
例1：如图是一个按正弦函数规律变化的交变电流.请根据图像求出它的周期、频率、最大值和有效值.
解析:由图像可知:
T=0.2s 根据 f=1/T 得: f=5Hz
有效值:
最大值:
t/s
0
经典例题
解析:根据电流的热效应先计算电流的有效值．
例2：通过一阻值R＝100 Ω的电阻的交变电流如图所示，其周期为1 s．电阻两端电压的有效值为( )
A．12 V B．4V
C．15 V D．8V
由0.12R×0.4×2＋0.22R×0.1×2＝I2R×12，
可得有效值I＝ A，
电压有效值U＝IR＝4 V
经典例题
例3：线框在匀强磁场中绕OO′轴匀速转动(由上向下看是逆时针方向)，当转到如图所示位置时，磁通量和感应电动势大小的变化情况是( )
A．磁通量和感应电动势都在变大
B．磁通量和感应电动势都在变小
C．磁通量在变小，感应电动势在变大
D．磁通量在变大，感应电动势在变小
解析：由题图可知，Φ＝Φmcos θ，e＝Emsin θ，所以磁通量变大，感应电动势变小．
D
课堂练习
Classroom Practice
课堂练习
1.（多选）下列表示交变电流的有（ ）
i
i
t
t
i
t
(A)
(B)
(C)
(D)
0
0
0
0
t
(E)
0
t
e
u
解析：根据交变电流的定义分析，是否属于交变电流关键是看电流方向是否发生变化，而不是看大小．CE正确.
CE
课堂练习
2．如图所示，面积均为S的线圈均绕其对称轴或中心轴在匀强磁场B中以角速度ω匀速转动，能产生正弦交变电动势e＝BSωsin ωt的图是( )
解析：线圈只有在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，且从中性面开始计时，产生的电动势e＝BSωsin ωt，由此判断，只有A选项符合．
A
课堂练习
3．如图所示的(a)、(b)两图分别表示两个交变电压，比较这两个交变电压，它们具有共同的( )
A．有效值
B．频率
C．最大值
D．均不一样
解析:图a中电压的最大值为2V，有效值为V ＝ V,图b中电压的最大值和有效值均为2V，图a中交变电压周期为0.4s，图b中交变电压的周期为0.4s
BC
课堂练习
4．如图所示，一单匝闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动，转动过程中线框中产生的感应电动势的瞬时值为e＝0.5sin(20t) V，由该表达式可推知以下哪些物理量( )
A．匀强磁场的磁感应强度
B．线框的面积
C．穿过线框的磁通量的最大值
D．线框转动的角速度
解析：由e＝BSωsin ωt，可得ω＝20 rad/s
由BSω＝0.5可求出BS数值，即磁通量的最大值Φm＝BS
CD
课堂练习
5．线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交流电的图象如图所示，由图可知( )
A．在A和C时刻线圈处于中性面位置
B．在B和D时刻穿过线圈的磁通量为零
C．在A时刻到D时刻线圈转过的角度为π弧度
D．在A和C时刻磁通量变化率绝对值最大
中性面时
磁通量最大
感应电动势为零
感应电流为零
与磁感线平行时
磁通量为零
磁通量的变化率最大
感应电动势最大
感应电流最大
D
课堂练习
6．如图所示，是一交变电流随时间变化的图像，求此交变电流的有效值．
解析:在一个周期(T＝0.2 s)内，该交变电流通过一电阻R产生的热量：Q′＝I12Rt1＋I22Rt2＝(4)2R×0.1＋(－3)2R×0.1＝5R
在一个周期内直流电通过该电阻产生的热量Q＝I2RT＝0.2I2R.
由Q＝Q′得，0.2I2R＝5R，解得I＝5 A
课堂小结
Class Summary
课堂小结
一、直流电流与交变电流
二、交变电流的周期与频率
1.峰值
2.有效值
I＝ ＝0.707Im E＝ ＝0.707Em U＝ ＝0.707Um
定义：根据电流的热效应来规定，让交流与直流分别通过相同的电阻，如果在交流的一个周期内它们产生的热量相等，就把这个直流的数值叫做这个交流的有效值。
交变电流的电压、电流能达到的最大数值叫峰值。
感谢观看
THANK YOU
第一节 交变电流的特点
教学课件
Teaching Courseware
20XX.XX.XX
第三章 交变电流与远距离运输
高中物理鲁科版（2019）选择性必修第二册
PART.1
PART.2
PART.3
PART.4
素养目标
新课讲解
新课导入
经典例题
目录
CONTENTS
PART.2
PART.4
课堂练习
课堂小结
素养目标
1.[物理观念]知道什么是直流电、交变电流，并能够区分。
2.[物理观念]知道交变电流的周期、频率以及它们之间的关系。
3.[科学思维]理解交变电流的最大值和有效值，能利用有效值的定义计算常见交变电流的有效值。
新课导入
直流电源产生直流电流，交流电源产生交变电流。这两种电流各有什么特点 如何描述交变电流 本节我们将先通过实验认识两种电流的特点，然后学习描述交变电流特征的物理量。
i
t
O
新课讲解
New lesson explanation
新课讲解
一、直流电流与交变电流
2.交变电流(AC): 大小和方向 随时间做周期性变化的电流,简称交流电。
1.直流电流(DC): 方向 不随时间变化的电流。
交变电压随时间变化的图像
3.交变电流经过电子电路的处理，能变成直流。
学生电源能把交流变成直流
充电器能把交流变成低压直流
新课讲解
实验：通交变电流的灯丝在磁场中的抖动
灯丝中的电流方向周期性变化，所受安培力方向周期性变化，所以灯丝在抖动。
新课讲解
二、交变电流的周期与频率
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)：
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 周期性变化的次数 。
3.周期和频率的关系：或。
4.不同国家和地区电的频率标准不同。
5.正弦式交变电流：电流的大小和方向随时间按正弦规律变化。
t
i
O
新课讲解
6.角速度与周期、频率、转速的关系：ω＝___＝ ＝2πn。
7.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
新课讲解
(1)正弦交流电
(2)示波器中的锯齿波扫描电压
(3)电子计算机中的矩形脉冲
(4)激光通信中的尖脉冲
8.交变电流并不都是按照正弦规律变化的。电力系统中应用的大多是正弦式电流，在电子技术中也常遇到其他形式的交流，如乙丙丁
新课讲解
用示波器观察几种交变电流的波形图
新课讲解
三、交变电流的最大值和有效值
(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。
新课讲解
思考与讨论：
如图所示的电流通过一个R=1 Ω的电阻，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。
(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。
新课讲解
2.有效值：
（1）定义：根据电流的热效应来规定，让交流与直流分别通过相同的电阻，如果在交流的一个周期内它们产生的热量相等，就把这个直流的数值叫做这个交流的有效值。
（2）理论计算表明：正弦交流电的有效值与最大值的关系：
t
i
im
-im
t
e
Em
-Em
O
O
R
R
~
新课讲解
说明：
1.以上关系式只适用于正弦或余弦交流电；
2.交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值；
I＝ ＝0.707Im E＝ ＝0.707Em U＝ ＝0.707Um
3.在正弦式交变电流中，最大值与有效值之间的关系为：
4.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。
新课讲解
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
5.以下情况均指有效值。
注意：一般提到的交变电流的数值，若没有特殊说明，均指有效值。
新课讲解
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=
新课讲解
正弦单向脉冲电流 I=
矩形单向脉冲电流 I=
非对称矩形脉冲电流 I=
Im
经典例题
Classic Example
经典例题
i/A
+10
-10
0.05
0.1
0.15
0.2
例1：如图是一个按正弦函数规律变化的交变电流.请根据图像求出它的周期、频率、最大值和有效值.
解析:由图像可知:
T=0.2s 根据 f=1/T 得: f=5Hz
有效值:
最大值:
t/s
0
经典例题
解析:根据电流的热效应先计算电流的有效值．
例2：通过一阻值R＝100 Ω的电阻的交变电流如图所示，其周期为1 s．电阻两端电压的有效值为( )
A．12 V B．4V
C．15 V D．8V
由0.12R×0.4×2＋0.22R×0.1×2＝I2R×12，
可得有效值I＝ A，
电压有效值U＝IR＝4 V
经典例题
例3：线框在匀强磁场中绕OO′轴匀速转动(由上向下看是逆时针方向)，当转到如图所示位置时，磁通量和感应电动势大小的变化情况是( )
A．磁通量和感应电动势都在变大
B．磁通量和感应电动势都在变小
C．磁通量在变小，感应电动势在变大
D．磁通量在变大，感应电动势在变小
解析：由题图可知，Φ＝Φmcos θ，e＝Emsin θ，所以磁通量变大，感应电动势变小．
D
课堂练习
Classroom Practice
课堂练习
1.（多选）下列表示交变电流的有（ ）
i
i
t
t
i
t
(A)
(B)
(C)
(D)
0
0
0
0
t
(E)
0
t
e
u
解析：根据交变电流的定义分析，是否属于交变电流关键是看电流方向是否发生变化，而不是看大小．CE正确.
CE
课堂练习
2．如图所示，面积均为S的线圈均绕其对称轴或中心轴在匀强磁场B中以角速度ω匀速转动，能产生正弦交变电动势e＝BSωsin ωt的图是( )
解析：线圈只有在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，且从中性面开始计时，产生的电动势e＝BSωsin ωt，由此判断，只有A选项符合．
A
课堂练习
3．如图所示的(a)、(b)两图分别表示两个交变电压，比较这两个交变电压，它们具有共同的( )
A．有效值
B．频率
C．最大值
D．均不一样
解析:图a中电压的最大值为2V，有效值为V ＝ V,图b中电压的最大值和有效值均为2V，图a中交变电压周期为0.4s，图b中交变电压的周期为0.4s
BC
课堂练习
4．如图所示，一单匝闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动，转动过程中线框中产生的感应电动势的瞬时值为e＝0.5sin(20t) V，由该表达式可推知以下哪些物理量( )
A．匀强磁场的磁感应强度
B．线框的面积
C．穿过线框的磁通量的最大值
D．线框转动的角速度
解析：由e＝BSωsin ωt，可得ω＝20 rad/s
由BSω＝0.5可求出BS数值，即磁通量的最大值Φm＝BS
CD
课堂练习
5．线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交流电的图象如图所示，由图可知( )
A．在A和C时刻线圈处于中性面位置
B．在B和D时刻穿过线圈的磁通量为零
C．在A时刻到D时刻线圈转过的角度为π弧度
D．在A和C时刻磁通量变化率绝对值最大
中性面时
磁通量最大
感应电动势为零
感应电流为零
与磁感线平行时
磁通量为零
磁通量的变化率最大
感应电动势最大
感应电流最大
D
课堂练习
6．如图所示，是一交变电流随时间变化的图像，求此交变电流的有效值．
解析:在一个周期(T＝0.2 s)内，该交变电流通过一电阻R产生的热量：Q′＝I12Rt1＋I22Rt2＝(4)2R×0.1＋(－3)2R×0.1＝5R
在一个周期内直流电通过该电阻产生的热量Q＝I2RT＝0.2I2R.
由Q＝Q′得，0.2I2R＝5R，解得I＝5 A
课堂小结
Class Summary
课堂小结
一、直流电流与交变电流
二、交变电流的周期与频率
1.峰值
2.有效值
I＝ ＝0.707Im E＝ ＝0.707Em U＝ ＝0.707Um
定义：根据电流的热效应来规定，让交流与直流分别通过相同的电阻，如果在交流的一个周期内它们产生的热量相等，就把这个直流的数值叫做这个交流的有效值。
交变电流的电压、电流能达到的最大数值叫峰值。
感谢观看
THANK YOU