人教版高中物理选择性必修第二册第三章交变电流2交变电流的描述课件（67页ppt）

(共67张PPT)
第三章　交变电流
2. 交变电流的描述
核心素养：
1. 理解交变电流的峰值和有效值的含义；了解交变电流的相位和初相位及其物理意 义.（物理观念）
2. 通过对交变电流的有效值进行理论推导，培养学生应用数学工具解决物理问题的 能力.（科学思维）
3. 了解家庭电路的电压.（科学态度与责任）
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研习任务一　周期和频率
合作　讨论
如图所示的交变电流完成一次周期性变化需要多长时间？在1 s内完成多少次周 期性变化？
提示：由图可知完成一次周期性变化需要0.02 s，1 s内完成50次周期性变化.
教材　认知
1. 周期
（1）定义：交变电流完成一次 所需时间，叫作交变电流的周期，通 常用符号 表示.
（2）单位： .
（3）意义：周期越大，表明交变电流变化得 .
周期性变化　
T　
秒（s）　
越慢　
比　
f　
越快　
要点　归纳
研习　经典
BD
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
解析：由题图可知T＝0.2 s，故f＝5 Hz，即1 s内完成5个周期，线圈转5圈，每转1圈 电流方向改变2次，则1 s内电流方向变化10次，故A错误，B、D正确；在t＝0.1 s 时，e＝0，所以线圈平面与磁场方向垂直，故C错误.
名师点评
　　此类问题主要考查基本概念的掌握，解决这类问题要注意以下两个方面：一是培 养从图像获得信息的能力，二是掌握物理量基本概念，及物理量之间的关系.
对应　训练
A. t＝0时刻，线圈平面与中性面垂直
B. t＝0.5T时刻，线圈中的磁通量最大
C. 该交变电流的频率为100 Hz
D. 该线圈转动角速度为100π rad/s
BD
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研习任务二　峰值和有效值
合作　讨论
如图所示是通过一个R＝1 Ω的电阻的电流i随时间t变化的图像.这个电流不是恒 定电流.
（1）试计算1 s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1 s内产生同样的热量，这个电流是多大？
教材　认知
1. 峰值
（1）定义：交变电流的电压、电流所能达到的最大值.
（2）电动势峰值的表达式：Em＝NBSω.
2. 有效值
（1）定义：让交变电流和恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果在交变电流 的 内它们产生的 相等，而这个恒定电流的电流是I、电压是U， 我们就把I、U叫作这个交变电流的 .
一个周期　
热量　
有效值　
要点　归纳
1. 交变电流有效值的计算方法
（2）若不是正弦式交变电流，则必须根据电流的热效应来求解其有效值，且时间取 一个周期.具体解法：
①假设让交变电流通过电阻R；
②计算交变电流在一个周期内产生的热量Q（可分段计算）；
2. 几种典型电流的有效值
电流名称 电流图像 有效值
正弦式交变电流
正弦半波电流
正弦单向脉冲电流
电流名称 电流图像 有效值
矩形脉
冲电流
非对称性
交变电流
研习　经典
A. 10 A B. 5 A
C. 15 A D. 8.7 A
D
对应　训练
A. 12 V
C. 15 V
B
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研习任务三　交变电流的四值的对比
合作　讨论
要点　归纳
1. 正弦式交变电流“四值”的比较及应用
名称 物理含义 重要关系 适用情况
瞬时值 交变电流某 时刻的值 e＝Emsin ωt
i＝Imsin ωt 分析交变电流在某一时刻的情况
最大值 最大的瞬
时值 确定用电器的耐压值
名称 物理含义 重要关系 适用情况
有效值 跟交变电流 的热效应等 效的恒定电 动势、电压 或电流值 （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
名称 物理含义 重要关系 适用情况
平均值 交变电流图 像中图线与 时间轴所夹 “面积”与 时间的比值
2. 注意事项
（1）不能混淆四值的物理意义，解决不同的问题要选用不同的物理量.
（2）不能认为有效值就是平均值，有效值和平均值的物理意义、计算方法、应用对 象都不同.
研习　经典
（1）写出线圈内所产生的感应电动势的瞬时值表达式；
答案：（1）e＝100sin 20πt（V）　
解析：（1）感应电动势的瞬时值表达式为
e＝Emsin ωt
其中Em＝NBSω
ω＝2πn
解得e＝100sin 20πt（V）.
答案：（2）86.6 V　
对应　训练
甲 乙
BD
A. 框内电流方向不变
B. 电动势的最大值为Um
知识　构建
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课后提素养 深刻剖析 提升能力
基础　题组
1. 判断正误.
×
×
×
√
甲 乙
B
A. t＝0.02 s时线圈平面与中性面垂直
B. 每秒钟内电流方向改变100次
C. 产生交变电流的周期为2 s
D. 线圈的转速为100 r/s
C. I0
C
中档　题组
D. Um
A
A. 两线圈产生的电动势的有效值相等
B. 两线圈产生的交变电流频率相等
C. 两线圈产生的电动势同时达到最大值
D. 两电阻消耗的电功率相等
B
3. 如图所示，匀强磁场的磁感应强度B＝0.5 T，边长L＝10 cm的正方形线圈abcd共 100匝，线圈电阻r＝1 Ω，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO'匀速转动，角速度ω＝2π rad/s，外电路电阻R＝4 Ω.求：
（1）转动过程中感应电动势的最大值；
答案：（1）3.14 V
解析：（1）根据Em＝NBSω，可得感应电动势的最大值：
Em＝100×0.5×0.12×2π V＝3.14 V.
（2）由图示位置（线圈平面与磁感线平行）转过60°角时的瞬时感应电动势；
答案：（2）1.57 V　
解析：（2）由于从线框垂直于中性面开始计时，所以感应电动势的瞬时值表达式为
e＝Emcos 2πt（V）
当线圈转过60°角时的瞬时感应电动势为e＝Emcos 60°＝1.57 V.
（3）由图示位置转过60°角的过程中产生的平均感应电动势；
答案：（3）2.6 V　
（4）交变电压表的示数；
　答案：（4）1.78 V
（5）线圈转动一周外力做的功.
　答案：（5）0.99 J
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课时作业（十）
[基础训练]
A. 在一个周期内交变电流的方向只改变一次
B. 电风扇铭牌上标出的电压值和电流值都是指有效值
C. 某正弦式交流电压的最大值为311 V，则该交流电压最小值为－311 V
D. 用交流电流表或交流电压表测交流电流或电压时，测量的是交流电流或电压的最 大值
解析：在一个周期内交变电流的方向改变两次，故A错误；电风扇铭牌上标出的电压 值和电流值都是指有效值，故B正确；正弦式交流电压的最大值为311 V，最小值为 零，故C错误；交流电流表和交流电压表测量的是有效值，故D错误.
B
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A. 交变电流能通过电容器
B. 电容器具有通直流、阻交流的作用
C. 电容器电容较小，它具有通高频、阻低频的作用
D. 电容器的电容越大、交变电流的频率越高，电容器对交变电流的阻碍作用就越小
解析：电容器“通交流、隔直流”，但对交流电有阻碍作用，电容器的电容越 大，交流的频率越高，电容器的容抗越小，故A、C、D正确，不符合题意，B错 误，符合题意.
B
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甲 乙
A. 3∶1 B. 1∶2
C. 2∶1 D. 4∶3
B
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B. 感应电动势的瞬时值表达式为e＝NBL1L2ωsin ωt
C
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B. 将该电压加在110 Ω的电阻两端，则该电阻消耗的电功率为110 W
C. 交流电的频率为60 Hz，电流方向每秒改变60次
D. 当t＝0.1 s时电压表瞬间示数为0
B
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A
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A. 线圈消耗的电功率为4 W
B. 线圈中感应电流的有效值为2 A
AD
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[能力提升]
A. 通过该电阻的电荷量为90 C
C. 电流流过该电阻产生的焦耳热为150 J
D. 通过该电阻电流的有效值为1.5 A
C
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C
A. 两次t＝0时刻线圈平面均与中性面垂直
B. 曲线a、b对应的线圈转速之比为2∶3
C. 曲线a表示的交变电流频率为25 Hz
D. 曲线b表示的交变电动势有效值为10 V
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甲 乙
BC
B. 电灯恰好正常发光
C. 电容器有可能被击穿
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（1）线圈中感应电动势的最大值是多少？
答案：（1）50 V　
（2）若从线圈处于中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式；
答案：（2）e＝50sin 10πt（V）
解析：（2）感应电动势的瞬时值表达式为e＝Emsin ωt＝50sin 10πt（V）.
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（3）电路中理想电压表和理想电流表的示数各是多少？
答案：（3）31.82 V　3.54 A
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12. 如图所示，一个面积为S、匝数为N的半圆形线圈，以直径ab为轴匀速转动，角速 度为ω，ab的左侧有垂直于纸面向里（与ab垂直）的匀强磁场，磁感应强度为B，M和 N是两个集流环，负载电阻为R，线圈、电流表和连接导线的电阻不计.从图示位置开 始计时，求：
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（1）电流表的示数；
解析：（1）线圈绕轴匀速转动时，在电路中产生如图所示的交变电流.
此交变电动势的最大值为Em＝NBSω，
设此交变电动势在一个周期内的有效值为E，
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