新教材鲁科版选择性必修第二册-第3章-第1节-交变电流的特点-课件(52张)

1、第3章 交变电流与远距离输电第1节交变电流的特点一、直流电流和交变电流任务驱动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？提示：直流电流的方向不随时间变化，交变电流的方向随时间做周期性变化。课前自主学习1.交变电流：_和_都随时间做周期性变化的电流，简称_，符号为AC。2.直流电流：_不随时间变化的电流，符号为DC。3.转化关系：交变电流经过电子电路的处理，也能变成_。大小方向交流电方向直流电流二、交变电流的周期和频率：任务驱动交变电流的大小和方向都随时间做周期性变化，怎样描述交变电流变化的快慢呢？提示：所有周期性变化的过程，都可以用周期和频率来描述其变化的快慢。1.交

2、变电流的周期：交变电流完成一次_变化所需的时间，称为交变电流的周期，用_表示，单位是_。2.交变电流的频率：交变电流_与_之比称为交变电流的频率，用符号_表示，在国际单位制中的单位是_。频率越大，表示交变电流在1 s 内完成周期性变化的次数_，也就变化得_。3.周期和频率的关系：周期和频率互为_，即T=_。周期性T秒(s)在一段时间内完成的周期性变化的次数这段时间f赫兹(Hz)越多越快倒数4.正弦式交变电流：日常生活中所用的市电，电流的大小和方向随时间按_变化，这种电流被称为正弦式交变电流，简称_。正弦规律正弦交流电三、交变电流的最大值和有效值任务驱动对于交变电流，电压和电流的瞬时值通常会发生

3、变化。生活中常见用电器上标明的“220 V额定电压”或“5 A额定电流”又是什么意思呢？提示：指的是交变电流的有效值。1.峰值：(1)定义：交变电流的电流或电压所能达到的_。(2)意义：用来表示电流的_或电压的_。(3)应用：电容器所能承受的电压要高于交变电流电压的 _。2.有效值：(1)定义：让恒定电流和交变电流分别通过_的电阻，如果它们在_内产生的热量_，就把该恒定电流的数值规定为这个交变电流的有效值。最大值强弱高低峰值阻值相等相同的时间相等(2)应用：交流用电设备上所标的额定电压和额定电流都是_。一般交流电压表测量的数值是_值。无特别说明时提到的交变电流的_，都是有效值。(3)关系：对于

4、正弦式交变电流，有效值I、U与其峰值Im、Um之间的关系：I=_，U=_，这一关系式只适用于_交变电流。有效值有效数值正弦式课堂合作探究主题一直流电流和交变电流【实验情境】情境1：如图甲、乙所示，把小灯泡分别接到干电池和手摇模型发电机的输出端。情境2：如图丙所示，把电流表接入到模型发电机的输出端。【问题探究】(1)闭合图甲、乙中开关，摇动发电机的手柄，观察小灯泡的发光情况，小灯泡的发光情况能够说明什么？提示：接在直流电路中的小灯泡亮度不变；转动手摇发电机的手柄，小灯泡的亮度不断变化，这说明了发电机产生电流的大小变化不同于电池产生的恒定电流。(2)摇动图丙中发电机的手柄，观察电流表的指针摆动情况

5、是怎样的？电流表指针的摆动情况说明什么问题？提示：随着线圈的转动，电流表的指针不停地在“0”刻度线两侧左右摆动，说明手摇发电机产生的电流方向处于变化中。【结论生成】交变电流和直流电流的区别(科学思维)交变电流直流电流脉动直流恒定电流方向随时间周期性变化不随时间变化不随时间变化大小可以随时间变化，也可以不随时间变化，如矩形脉冲可以随时间变化不随时间变化【典例示范】如图所示，其中不表示交变电流的是()【解析】选C。A、B、D中电流i的方向随时间发生了周期性变化，是交变电流；C中电流方向不变，是直流电，故选C。【规律方法】(1)只要电流的方向发生变化，即为交变电流，若方向不变，尽管大小变化，亦为直流

6、电。(2)在i-t或u-t图像中，正负表示方向，若题中给出了i-t或u-t图像，一定要注意图像的坐标原点是否为0，图中i或u的值有无正负变化。【探究训练】(多选)如图所示，属于交流电的是()【解析】选A、C、D。方向随时间做周期性变化是交变电流最重要的特征。B项所示的电流大小随时间做周期性变化，但其方向不变，不是交变电流。A、C、D选项中电流的大小和方向都随时间做周期性变化，是交变电流。故选A、C、D。【补偿训练】甲、乙两电路中电流与时间的关系如图所示，属于交变电流的是()A.甲、乙都是B.甲是乙不是C.乙是甲不是D.甲、乙都不是【解析】选B。题图甲中电流的大小和方向都随时间作周期性变化，是交

7、变电流，题图乙中大小变化、方向不变，是直流电，故选B。主题二交变电路的周期和频率【生活情境】【问题探究】(1)我们日常照明用电是交变电流，为什么电灯并不闪烁，好像通过的是恒定电流？提示：因为电流大小方向变化得太快，也就是说照明用电的频率大，因此人眼感觉不到变化。(2)实验室用的打点计时器，其打点周期为什么等于0.02 s？提示：我国工农业生产和生活用电的频率是50 Hz，周期为0.02 s，打点计时器的打点周期等于交变电流的周期，所以等于0.02 s。【结论生成】关于周期、频率的三点理解(物理观念)(1)周期、频率的关系：T= 。(2)我国使用的交变电流：T=0.02 s，f= =50 Hz。

8、(3)周期T和频率f都是描述交变电流变化快慢的物理量。周期T越小，频率f越大，交变电流变化越快。【典例示范】(多选)如图是某交变电流的电压的图像，由该图像可知()A.该交变电流的周期是210-2 sB.交变电流的周期是410-2 sC.1 s内该交变电流完成25次周期性变化D.交变电流的频率是50 Hz【解析】选B、C。由题图可知周期为410-2 s，则f= Hz=25 Hz，1 s内该交变电流完成25次周期性变化，故选项B、C正确，选项A、D错误。【规律方法】 利用波形图求交变电流的周期(或频率)的方法：一个完整的波形对应的时长就是一个周期，频率与周期互为倒数，即f= 。【探究训练】如图所示

9、，下列对图像的描述正确的是()A.该电压是恒定电压B.该电压是直流电压C.该电压的周期是0.2 sD.该电压的频率是 Hz【解析】选D。从图像可以看出每经过0.3 s开始重复上一个过程，所以0.3 s是一个周期，频率是 Hz，在一个周期内，前0.1 s电压为正值，后0.2 s电压为负值，表示前后电流方向相反，所以是交变电流，D正确，A、B、C错误。主题三交变电路的最大值和有效值【生活情境】我国居民的生活用电的电压为220 V，如图所示，各家用电器的铭牌上标有“220 V1 800 W”“220 V900 W”等字样。【问题探究】(1)交变电流的有效值是根据什么定义的？提示：交变电流的有效值是根

10、据电流的热效应来定义的。(2)交变电流的有效值定义中的三个“相同”具体指的是什么？提示：相同电阻、相同时间、相同热量(3)对于按正弦规律变化的电流，应如何求解有效值？提示：根据U= 、 I= 求解。(4)当电流按照非正(余)弦规律变化时，应如何求解有效值？提示：分段计算交变电流在一个周期内产生的热量Q，然后在一个周期的时间内，让恒定电流通过相同的电阻，产生相同的热量Q。根据Q=I2Rt或Q= t求出I、U即为交变电流的电流、电压的有效值。【结论生成】1.交变电流有效值的求解：(物理观念)(1)若按正(余)弦规律变化的电流，可利用交变电流的有效值与峰值间的关系求解，即 (2)当电流是按非正(余)

11、弦规律变化时，必须根据电流的热效应来求解有效值，且时间一般取一个周期。2.几种典型交变电流的有效值：(科学思维)电流名称电流图像有效值正弦式交变电流 I= 正弦式半波电流 I= 电流名称电流图像有效值正弦式单向脉冲电流 I= 矩形脉冲电流 I= Im非对称性交变电流 I= 【典例示范】如图所示为一交变电流的图像，则该交变电流的有效值为() 【解析】选B。令该交变电流通过一电阻R，它在前半周期 内通过该电阻产生的热量Q1= ，它在后半周期 内产生的热量Q2= ，故在一个周期内产生的热量Q交=Q1+Q2= RT，设某一恒定电流I在相同的时间T内通过该电阻产生的热量为I2RT，由有效值的定义知： R

12、T=I2RT，得I= I0，故B正确。【规律方法】求解有效值的一般方法与技巧(1)要分析交变电流的变化规律，正弦式交变电流的最大值和有效值的关系是I= ，U= ，非正弦式交变电流一般不符合此关系。(2)对于非正弦式交变电流，可在一个周期内分段求出产生的热量，再求热量的总和Q。将总热量Q用相应的物理量I或U来表示(如Q=I2RT或Q= T)，则I或U为该交变电流相应的有效值。【探究训练】1.通过一阻值R=100 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 VB.4 VC.15 VD.8 V【解析】选B。根据图像，一个周期T=1 s，设该交变电流的有效值为U，0

13、0.4 s的时间间隔为t1=0.4 s，0.40.5 s的时间间隔t2=0.1 s，根据电流的热效应，由 ，解得U=4 V，选项B正确。2.(2018全国卷) 一电阻接到方波交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q方；若该电阻接到正弦交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q正。该电阻上电压的峰值均为u0，周期均为T，如图所示，则Q方Q正等于() A.1 B. 1C.12D.21【解析】选D。据Q热= T得：Q方= T、Q正= T，两式相除就有Q方Q正=21，故选D。3.如图表示一交变电流的电流随时间变化的图像。此交变电流的有效值是() 【解析】选B。该交变电流通过阻值为R的电阻在一个周期的时间(即

14、0.02 s)内所产生的热量为Q交=(4 A)2R0.01 s+(3 A)2R0.01 s。设直流电流I通过电阻R在一个周期的时间(即0.02 s)内产生的热量为Q直=I2R0.02 s。由交变电流的有效值定义得Q直=Q交。则I=5 A，即交变电流的有效值为5 A。【课堂小结】课堂素养达标1.(多选)如图所示图像中属于交变电流的有() 【解析】选A、B、C。交变电流是大小、方向都随时间变化的电流，所以A、B、C正确；D仅是电流的大小发生变化而方向不变，故不属于交变电流。2.(多选)有一交变电流随时间变化的图像如图所示，则由此图像可知() A.它的周期是0.8 sB.它的峰值是4 AC.它的有效值是2 AD.它的频率是0.8 Hz【解析】选A、B。由题图知该交变电流周期T=0.8 s，频率f= =1.25 Hz，峰值Im=4 A，若为正弦式交变电流时，有效值才满足I= A，而题中不是正弦式交变电流，故选项A、B正确。3.如图所示是一个按正弦规律变化的交变电流的图像，则该交变电流的周期和电流的有效值分别是()A.0.2 s，5 AB.0.2 s，5 AC.0.1 s，5 AD.0.1 s，5 A【解析】选A。根据正弦式电流的图像知，周期T=0.2 s，电流的最大值为Im=5 A，有效值为I= =5 A。选项A正确。4.如图所示，电