《学霸笔记 同步精讲》第3章 交变电流 2.交变电流的描述（课件）高中物理人教版选择性必修2
文档属性
| 名称 | 《学霸笔记 同步精讲》第3章 交变电流 2.交变电流的描述（课件）高中物理人教版选择性必修2 |
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| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 1.4MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2026-03-10 00:00:00 | ||
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文档简介
(共40张PPT)
2.交变电流的描述
第三章
2026
内容索引
01
02
03
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
04
随 堂 练 习
课 标 定 位
1.掌握交变电流的周期、频率、线圈转动角速度三者之间的关系。
2.掌握交变电流有效值与峰值的关系,会进行有效值的计算。
3.会用公式和图像详细描述交变电流的情况。
素 养 阐 释
1.通过对交变电流周期与频率的学习,形成物理观念。
2.知道交变电流峰值和有效值的意义,通过利用有效值的定义计算某些交变电流的有效值,利用正弦式交变电流的公式和图像进行相关计算与分析,掌握科学思维的方法。
自主预习·新知导学
一、周期和频率
1.交变电流的周期:交变电流完成一次周期性变化所需的时间,通常用T表示,单位是秒(s)。
2.交变电流的频率:交变电流完成周期性变化的次数与所用时间之比,数值等于交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数。通常用f表示,单位是赫兹(Hz)。
二、峰值和有效值
1.峰值:电容器所能承受的电压要高于交流电压的峰值。
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,这个恒定电流的电流I、电压U,叫作这一交变电流的有效值。
3.正弦式交变电流的有效值I、U与峰值Im、Um之间的关系:
4.有效值有哪些应用
提示:(1)人们通常说家庭电路的电压220 V,是指有效值。
(2)使用交流的用电器上标出的额定电压(电流)都是有效值。
(3)一般交流电压表(电流表)测量的数值是有效值。
(4)以后提到交变电流的数值,凡没有特别说明的,都指有效值。
三、正弦式交变电流的公式和图像
2.正弦式交变电流的u-t图像:
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)打点计时器所接交变电流频率f=50 Hz时,打点周期为T=0.02 s。( )
(2)我国民用交变电流的照明电压220 V和动力电压380 V都是指有效值。
( )
(4)交变电流的有效值是指相同时间内,产生相同热量的直流的电流值或电压值。( )
√
√
×
×
2.我国电网中交变电流的周期是多少 1 s内电流的方向改变多少次
提示:0.02 s 100次
3.我们根据定义来计算交变电流的有效值时所取的相等时间能不能任意长或任意短呢
提示:不能。应取周期的整数倍,至少应为一个周期。
合作探究·释疑解惑
知识点一
有效值的理解与计算
【问题引领】
1.用交变电流我们可以享受电暖气、电褥子带来的温暖,可以享受电锅、电壶给我们带来的方便。
室内侧循环风量:540 m3/h
制冷剂名称/注入量: R22/2.2 kg
额定电压/额定频率: 220 V~/50 Hz
额定电流:制冷 6.2 A
热泵 6.2 A
电热 2.8 A
(1)你知道交变电流的热效应与交变电流的什么值有关系吗
(2)如图所示,某电器铭牌上标的电压值和电流值是交变电流的什么值
提示:(1)热效应与有效值有关。
(2)铭牌上标的电压值和电流值是交变电流的有效值。
2.某交流电压瞬时值表达式 (V),把标有“6 V 2 W”的小灯泡接在此电源上会不会被烧坏 把标有6 V的电容器接在此电源上会不会被击穿
【归纳提升】
1.对有效值的理解
交变电流的有效值是根据电流的热效应定义的,理解有效值重点在“等效”和“热”,“效果”相同在定义中体现为相同电阻、相同时间,产生相同热量,交变电流与多大的直流“效果”相同,有效值就是多大。
2.有效值的计算
3.交变电流的平均值
(1)交变电流图像中图线与t轴所围成的面积与时间的比值叫作交变电流的平均值。
(2)平均值是利用 来进行计算的,计算电荷量时只能用平均值。
4.正弦式交变电流的四值对比
【典型例题】
【例题1】 下图为一交变电流的图像,则该交变电流的有效值为( )
答案:B
几种常见交变电流的有效值
【变式训练1】 右图为交流发电机示意图,矩形线圈的匝数N=50,每匝线圈的边长lab=0.4 m,lbc=0.2 m,矩形线圈所在处的匀强磁场的磁感应强度B=0.2 T,线圈总电阻r=1 Ω,外接电阻R=9 Ω,线圈以 的转速在磁场中匀速转动。
(1)求线圈中产生的感应电动势的最大值。
(2)若线圈从通过中性面时开始计时,求回路中电流随时间变化的关系式。
(3)求交流电压表和电流表的读数。
(4)求此交流发电机的总功率和输出功率。
(5)在线圈由中性面转至与中性面成60°角的过程中,求通过导线横截面的电荷量。
答案:(1)160 V
(2)i=16sin 200t (A)
(4)1 280 W 1 152 W
(5)0.04 C
解析:此题考查交变电流“四值”的理解与应用能力,意在培养学生的科学思维。矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,线圈中产生的是交变电流。从线圈通过中性面时开始计时,交变电流的表达式为正弦函数。电压表和电流表的读数为交变电流的有效值。
(1)ω=2πn=200 rad/s
Em=NBSω=NBlablbcω
=50×0.2×0.4×0.2×200 V=160 V。
(1)求电荷量时要用平均值。
(2)交流电表显示的是有效值。
(3)计算热量、功率、电功以及确定保险丝的熔断电流时,一定要用有效值。
(4)判断电容器是否能被击穿,应看最大值。
知识点二
正弦式交变电流公式和图像的应用
【问题引领】
如图所示,正弦式交变电流随时间的变化情况可以从图像上表示出来,图像描述的是交变电流的电动势、电流、电压随时间变化的规律,它们是正弦曲线。
(1)从图像中可以解读到什么信息
(2)怎样确定线圈位于中性面的时刻
(3)正弦式交变电流图像的应用有哪些
提示:(1)交变电流的最大值Im、Em、Um和周期T。
(2)线圈在中性面时感应电动势、感应电流均为0,磁通量最大。
(3)分析判断e、i、u随时间的变化规律。
【归纳提升】
分析物理图像的要点
一看:看“轴”、看“线”、看“斜率”、看“点”、看“截距”、看“面积”、看“拐点”,并理解其物理意义。
二变:掌握“图与图”“图与式”和“图与物”之间的变通关系。
对于正弦式交变电流的变化规律,不应只从其随时间按正弦规律变化这一点去认识,还应看到交变电流的电动势随线圈在匀强磁场中空间位置的变化而变化,随穿过线圈磁通量的变化而变化。
三判:在此基础上进行正确的分析和判断。
【典型例题】
【例题2】 一正弦式交变电流的电压随时间变化的规律如图所示,由图可知( )
A.该交变电流的电压的有效值为100 V
B.该交变电流的频率为25 Hz
C.该交流电压瞬时值的表达式为u=100sin 25t (V)
D.并联在该电压两端的交流电压表指针不停地摆动
答案:B
解析:根据题图可知该交变电流电压的最大值为100 V,周期为4×10-2 s,所以频率为25 Hz,A错,B对;而ω=2πf=50π rad/s,所以u=100sin 50πt (V),C错;交流电压表的示数为交变电流的有效值而不是瞬时值,不随时间变化,D错。此题主要考查正弦式交变电流公式和图像的应用,意在提高学生根据图像获取信息的能力,培养学生的科学思维。
【变式训练2】 (多选)一交流电压的图像如图所示。将该交流电压加在一阻值为22 Ω的电阻两端,下列说法正确的是( )
答案:AB
课 堂 小 结
随 堂 练 习
1.(周期和频率)关于交变电流的周期和频率,下列说法正确的是( )
A.正弦式交变电流最大值连续出现两次的时间间隔等于周期
B.1 s内交变电流出现最大值的次数等于频率
C.交变电流方向变化的频率为交变电流频率的2倍
D.50 Hz的交变电流,其周期等于0.05 s
答案:C
解析:在一个周期的时间内,交变电流会出现正向和负向最大值各一次,但相邻两个最大值的时间间隔为半个周期,选项A、B错误;交变电流在一个周期内方向改变两次,即方向变化的频率为交变电流频率的2倍,故选项C正确;由 ,知选项D错误。
答案:A
3.(正弦式交变电流的图像)电阻R1、R2与交流电源按照图甲方式连接, R1=10 Ω,R2=20 Ω。合上开关S后,通过电阻R2的正弦式交变电流i随时间t变化的情况如图乙所示。下列说法正确的是( )
A.通过R1的电流有效值是1.2 A
B.R1两端的电压有效值是6 V
答案:B
4.(非正弦式交变电流有效值的计算)右图是一交变电流随时间变化的图像,求此交变电流的有效值。
答案:5 A
解析:设该交变电流的有效值为I',直流的电流为I,让该交变电流和直流分别通过同一电阻(阻值为R),在一个
周期(T=0.2 s)内,该交变电流产生的热量
在一个周期内直流通过该电阻产生的热量
Q=I2RT=0.2 s·I2R。
由Q=Q'得,0.2 s·I2R=5 A2·s·R,解得I=5 A,即此交变电流的有效值I'=I=5 A。
2.交变电流的描述
第三章
2026
内容索引
01
02
03
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
04
随 堂 练 习
课 标 定 位
1.掌握交变电流的周期、频率、线圈转动角速度三者之间的关系。
2.掌握交变电流有效值与峰值的关系,会进行有效值的计算。
3.会用公式和图像详细描述交变电流的情况。
素 养 阐 释
1.通过对交变电流周期与频率的学习,形成物理观念。
2.知道交变电流峰值和有效值的意义,通过利用有效值的定义计算某些交变电流的有效值,利用正弦式交变电流的公式和图像进行相关计算与分析,掌握科学思维的方法。
自主预习·新知导学
一、周期和频率
1.交变电流的周期:交变电流完成一次周期性变化所需的时间,通常用T表示,单位是秒(s)。
2.交变电流的频率:交变电流完成周期性变化的次数与所用时间之比,数值等于交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数。通常用f表示,单位是赫兹(Hz)。
二、峰值和有效值
1.峰值:电容器所能承受的电压要高于交流电压的峰值。
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,这个恒定电流的电流I、电压U,叫作这一交变电流的有效值。
3.正弦式交变电流的有效值I、U与峰值Im、Um之间的关系:
4.有效值有哪些应用
提示:(1)人们通常说家庭电路的电压220 V,是指有效值。
(2)使用交流的用电器上标出的额定电压(电流)都是有效值。
(3)一般交流电压表(电流表)测量的数值是有效值。
(4)以后提到交变电流的数值,凡没有特别说明的,都指有效值。
三、正弦式交变电流的公式和图像
2.正弦式交变电流的u-t图像:
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)打点计时器所接交变电流频率f=50 Hz时,打点周期为T=0.02 s。( )
(2)我国民用交变电流的照明电压220 V和动力电压380 V都是指有效值。
( )
(4)交变电流的有效值是指相同时间内,产生相同热量的直流的电流值或电压值。( )
√
√
×
×
2.我国电网中交变电流的周期是多少 1 s内电流的方向改变多少次
提示:0.02 s 100次
3.我们根据定义来计算交变电流的有效值时所取的相等时间能不能任意长或任意短呢
提示:不能。应取周期的整数倍,至少应为一个周期。
合作探究·释疑解惑
知识点一
有效值的理解与计算
【问题引领】
1.用交变电流我们可以享受电暖气、电褥子带来的温暖,可以享受电锅、电壶给我们带来的方便。
室内侧循环风量:540 m3/h
制冷剂名称/注入量: R22/2.2 kg
额定电压/额定频率: 220 V~/50 Hz
额定电流:制冷 6.2 A
热泵 6.2 A
电热 2.8 A
(1)你知道交变电流的热效应与交变电流的什么值有关系吗
(2)如图所示,某电器铭牌上标的电压值和电流值是交变电流的什么值
提示:(1)热效应与有效值有关。
(2)铭牌上标的电压值和电流值是交变电流的有效值。
2.某交流电压瞬时值表达式 (V),把标有“6 V 2 W”的小灯泡接在此电源上会不会被烧坏 把标有6 V的电容器接在此电源上会不会被击穿
【归纳提升】
1.对有效值的理解
交变电流的有效值是根据电流的热效应定义的,理解有效值重点在“等效”和“热”,“效果”相同在定义中体现为相同电阻、相同时间,产生相同热量,交变电流与多大的直流“效果”相同,有效值就是多大。
2.有效值的计算
3.交变电流的平均值
(1)交变电流图像中图线与t轴所围成的面积与时间的比值叫作交变电流的平均值。
(2)平均值是利用 来进行计算的,计算电荷量时只能用平均值。
4.正弦式交变电流的四值对比
【典型例题】
【例题1】 下图为一交变电流的图像,则该交变电流的有效值为( )
答案:B
几种常见交变电流的有效值
【变式训练1】 右图为交流发电机示意图,矩形线圈的匝数N=50,每匝线圈的边长lab=0.4 m,lbc=0.2 m,矩形线圈所在处的匀强磁场的磁感应强度B=0.2 T,线圈总电阻r=1 Ω,外接电阻R=9 Ω,线圈以 的转速在磁场中匀速转动。
(1)求线圈中产生的感应电动势的最大值。
(2)若线圈从通过中性面时开始计时,求回路中电流随时间变化的关系式。
(3)求交流电压表和电流表的读数。
(4)求此交流发电机的总功率和输出功率。
(5)在线圈由中性面转至与中性面成60°角的过程中,求通过导线横截面的电荷量。
答案:(1)160 V
(2)i=16sin 200t (A)
(4)1 280 W 1 152 W
(5)0.04 C
解析:此题考查交变电流“四值”的理解与应用能力,意在培养学生的科学思维。矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,线圈中产生的是交变电流。从线圈通过中性面时开始计时,交变电流的表达式为正弦函数。电压表和电流表的读数为交变电流的有效值。
(1)ω=2πn=200 rad/s
Em=NBSω=NBlablbcω
=50×0.2×0.4×0.2×200 V=160 V。
(1)求电荷量时要用平均值。
(2)交流电表显示的是有效值。
(3)计算热量、功率、电功以及确定保险丝的熔断电流时,一定要用有效值。
(4)判断电容器是否能被击穿,应看最大值。
知识点二
正弦式交变电流公式和图像的应用
【问题引领】
如图所示,正弦式交变电流随时间的变化情况可以从图像上表示出来,图像描述的是交变电流的电动势、电流、电压随时间变化的规律,它们是正弦曲线。
(1)从图像中可以解读到什么信息
(2)怎样确定线圈位于中性面的时刻
(3)正弦式交变电流图像的应用有哪些
提示:(1)交变电流的最大值Im、Em、Um和周期T。
(2)线圈在中性面时感应电动势、感应电流均为0,磁通量最大。
(3)分析判断e、i、u随时间的变化规律。
【归纳提升】
分析物理图像的要点
一看:看“轴”、看“线”、看“斜率”、看“点”、看“截距”、看“面积”、看“拐点”,并理解其物理意义。
二变:掌握“图与图”“图与式”和“图与物”之间的变通关系。
对于正弦式交变电流的变化规律,不应只从其随时间按正弦规律变化这一点去认识,还应看到交变电流的电动势随线圈在匀强磁场中空间位置的变化而变化,随穿过线圈磁通量的变化而变化。
三判:在此基础上进行正确的分析和判断。
【典型例题】
【例题2】 一正弦式交变电流的电压随时间变化的规律如图所示,由图可知( )
A.该交变电流的电压的有效值为100 V
B.该交变电流的频率为25 Hz
C.该交流电压瞬时值的表达式为u=100sin 25t (V)
D.并联在该电压两端的交流电压表指针不停地摆动
答案:B
解析:根据题图可知该交变电流电压的最大值为100 V,周期为4×10-2 s,所以频率为25 Hz,A错,B对;而ω=2πf=50π rad/s,所以u=100sin 50πt (V),C错;交流电压表的示数为交变电流的有效值而不是瞬时值,不随时间变化,D错。此题主要考查正弦式交变电流公式和图像的应用,意在提高学生根据图像获取信息的能力,培养学生的科学思维。
【变式训练2】 (多选)一交流电压的图像如图所示。将该交流电压加在一阻值为22 Ω的电阻两端,下列说法正确的是( )
答案:AB
课 堂 小 结
随 堂 练 习
1.(周期和频率)关于交变电流的周期和频率,下列说法正确的是( )
A.正弦式交变电流最大值连续出现两次的时间间隔等于周期
B.1 s内交变电流出现最大值的次数等于频率
C.交变电流方向变化的频率为交变电流频率的2倍
D.50 Hz的交变电流,其周期等于0.05 s
答案:C
解析:在一个周期的时间内,交变电流会出现正向和负向最大值各一次,但相邻两个最大值的时间间隔为半个周期,选项A、B错误;交变电流在一个周期内方向改变两次,即方向变化的频率为交变电流频率的2倍,故选项C正确;由 ,知选项D错误。
答案:A
3.(正弦式交变电流的图像)电阻R1、R2与交流电源按照图甲方式连接, R1=10 Ω,R2=20 Ω。合上开关S后,通过电阻R2的正弦式交变电流i随时间t变化的情况如图乙所示。下列说法正确的是( )
A.通过R1的电流有效值是1.2 A
B.R1两端的电压有效值是6 V
答案:B
4.(非正弦式交变电流有效值的计算)右图是一交变电流随时间变化的图像,求此交变电流的有效值。
答案:5 A
解析:设该交变电流的有效值为I',直流的电流为I,让该交变电流和直流分别通过同一电阻(阻值为R),在一个
周期(T=0.2 s)内,该交变电流产生的热量
在一个周期内直流通过该电阻产生的热量
Q=I2RT=0.2 s·I2R。
由Q=Q'得,0.2 s·I2R=5 A2·s·R,解得I=5 A,即此交变电流的有效值I'=I=5 A。