人教版高中物理选择性必修第二册第三章2交变电流的描述课件

2．交变电流的描述第三章

交变电流整体感知·自我新知初探[学习任务]

任务1．知道描述交变电流的峰值、瞬时值、平均值、周期、频率等物理量，并理解这些物理量的意义。知道交变电流的周期、频率、角速度三者间的关系。任务2．理解交变电流有效值的含义，会根据有效值的定义求交变电流的有效值。任务3．会用正弦式交变电流的公式和图像解决周期、频率、峰值、瞬时值和有效值的相关问题。[问题初探]

问题1．周期和频率的含义是什么，二者什么关系？问题2．交流电有效值是如何定义的？问题3．正弦式交变电流峰值、有效值的关系？[自我感知]经过你认真的预习，结合你对本节课的理解和认识，请画出本节课的知识逻辑体系。探究重构·关键能力达成[链接教材]

一交变电流的电压随时间的变化图像如图所示，这个交变电流的周期是多少？频率是多少？知识点一周期和频率提示：周期0.02s；频率50Hz。

变化快慢赫兹2πf5．我国民用交变电流的周期和频率(1)周期：T＝_____s。(2)频率：f＝__Hz。ω＝100πrad/s，电流方向每秒钟改变___次。提醒：转速n(1)定义：产生交变电流的线圈单位时间内转过的圈数。(2)单位：转每秒(r/s)。(3)意义：转速越大，交变电流变化越快。0.0250100如图甲所示为线框在磁场中转动产生交变电流的示意图，图乙是一个正弦式交变电流的电流随时间变化的图像。问题1．图甲中电流表指针左、右摇摆说明了什么问题？提示：说明了线框在磁场中转动产生的交变电流具有周期性。问题2．图乙中所示交变电流完成一次周期性变化需要多长时间？在1s内完成多少次周期性变化？提示：0.02s；50次。1．线圈转动一周，交变电流恰好完成一次周期性变化。2．从线圈转动的角度来说，周期就是线圈在磁场中转动一周所用的时间；频率就是线圈在磁场中一秒钟内转动的圈数。3．线圈在匀强磁场中转动一周，电动势、电流都按正(余)弦规律变化一个周期。【典例1】

(交变电流的周期)发电机与电动机的结构非常相似。图甲是小型交流发电机的示意图，在匀强磁场中，一矩形金属线圈绕与磁场方向垂直的轴匀速转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图乙所示，发电机线圈内阻为10Ω，外接一只电阻为90Ω的灯泡，不计电路的其他电阻，则(

)A．t＝0.02s时线圈平面与中性面垂直B．每秒内电流方向改变100次C．产生交变电流的周期为2sD．线圈的转速为100r/s√

【教用·备选例题】一个矩形线圈在匀强磁场中转动，产生的感应电动势e＝220sin100πt(V)，则以下说法正确的是(

)A．交变电流的频率是100πHzB．交变电流的周期是0.01sC．t＝0时，线圈位于中性面D．t＝0.05s时，e有最大值

√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____交流电压的峰值。2．有效值(1)定义：让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的____，如果在交变电流的一个周期内它们产生的热量____，则把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。知识点二峰值和有效值、正弦式交变电流的公式和图像高于电阻相等

额定电压额定电流4．正弦式交变电流的公式和图像物理量函数表达式图像峰值和有效值的关系电动势电压物理量函数表达式图像峰值和有效值的关系电流

如图1、2所示，两个电炉烧水，设其他条件都相同，水的质量相等，水的初温相同。若恒定电流用10分钟把水烧开，而交变电流也用10分钟把水烧开。问题1：两种情况的通电时间内，电阻产生的热量相同吗？提示：产生的热量相同。问题2：交变电流的有效值是多少？提示：恒定电流3A能等效替代交变电流计算热量，所以交变电流的有效值为3A。

3．几种常见电流的有效值分类电流图像有效值正弦式交变电流正弦半波电流分类电流图像有效值正弦单向脉冲电流矩形脉冲电流非对称性交变电流【典例2】

(交变电流的最大值、有效值、周期)如图所示为正弦式电流和方波电流随时间的变化关系图像，关于甲、乙、丙、丁四幅图下列说法正确的是(

)

√

如图甲所示为电容器，如图乙所示为保险丝管，请思考：知识点三交变电流的“四值”比较问题1：将电容器接在交流电路上，要保证电容器正常工作，需要考虑交变电流哪一个值？提示：交变电流的最大值。问题2：若保证保险丝管正常使用，应考虑交变电流哪一个值？提示：交变电流的有效值。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e＝Emsin

ωti＝Imsin

ωt计算线圈某一时刻的受力情况最大值最大的瞬时值确定电容器的耐压值项目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流值、电压值(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)保险丝的熔断电流项目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围面积与时间的比值计算通过电路横截面的电荷量

规律方法

交变电流“四值”的适用情况(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。(5)计算霓虹灯或氖管的发光时间和线圈在某时刻的受力情况等问题，只能用交变电流的瞬时值处理。【教用·备选例题】如图甲所示为交流发电机示意图，用导体做的两个电刷E、F分别压在两个滑环上，线圈在转动时通过滑环和电刷保持与外电路连接，已知外电路电阻R＝5Ω，图示线圈匝数N＝50匝(其电阻可忽略不计)，穿过该线圈的磁通量Φ随时间t的变化规律如图乙所示，求：(1)发电机输出电压随时间变化的瞬时值表达式；(2)电流表的读数(结果保留至小数点后一位)；(3)若不计一切摩擦，外力驱动线圈转动一周所做的功W(π2≈10)。

[答案]

(1)e＝10πcosπt(V)

(2)4.4A

(3)200J应用迁移·随堂评估自测1．(多选)关于交变电流，下列说法正确的是(

)A．使用交变电流的电器设备上所标的电压值和电流值是所用交变电流的峰值B．用交流电流表和电压表测定的数值是交变电流的瞬时值C．给出的交变电流的电压值和电流值，在没有特别说明的情况下都是指有效值D．跟交变电流有相同热效应的恒定电流的有关数值就是交变电流的有效值√243题号1√CD

[交流电器设备上所标的电压值和电流值是交变电流的有效值，故A错误；用交流电流表和电压表测定的数值是交变电流的有效值，故B错误；给定的交流数值在没有特别说明的情况下都是指有效值，故C正确；根据交变电流的有效值的定义可知，跟交变电流有相同热效应的恒定电流的有关数值就是交变电流的有效值，故D正确。]243题号1

23题号14√

3．(多选)如图甲所示，某型号的发电机产生的电动势e随时间t呈正弦规律变化，发电机线圈电阻为10Ω。将一个电阻为100Ω的小灯泡接入其中，并且与一个理想电压表并联，如图乙所示。不考虑小灯泡电阻随温度的变化，下列说法正确的是(

)A．电压表示数为220VB．小灯泡消耗的功率为440WC．电路中的电流方向每秒改变100次D．发电机线圈每秒产生的焦耳热为40J23题号41√√

23题号414．(多选)如图甲所示，匝数为100匝的矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动，线圈电阻忽略不计，线圈中磁通量Φ随时间t变化如图乙所示。已知电阻R的阻值为200Ω，电容器标有“20μF

220V”的字样，下列说法正确的是(

)A．t＝0.005s时电压表的示数为零B．电阻R消耗的功率为100WC．电容器可能被击穿D．通过R的电流i＝cos100πt(A)243题号1√√

243题号1回归本节知识，完成以下问题：(1)实际生活中哪些用到交变电流的有效值？提示：电气设备上所标注的额定电压、额定电流；交流电表测量的数值；保险丝的熔断电流。(2)由交变电流图像我们可以获得哪些信息？提示：各个时刻对应的电压或电流、周期或频率、电压或电流的峰值。(3)求解电荷量和热量分别用电流四值中的哪项？提示：求解电荷量用平均值；求解热量用有效值。题号课时分层作业(十)交变电流的描述13524687910111213√

题组一周期和频率1．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．1s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．频率为50Hz的交变电流，其周期等于0.05s14

题号1352468791011121314题号21345687910111213√2．(多选)某小型发电机产生的交变电动势e＝50sin100πt(V)，对此电动势，下列表述正确的是(

)A．频率是50Hz

B．频率是100HzC．周期是0.01s

D．周期是0.02s14

√题号32456879101112131√

题组二交变电流有效值3．下列提到的交流电，不是指有效值的是(

)A．交流电压表的读数B．保险丝熔断电流C．电容器击穿电压D．220V交流电压14C

[电容器击穿电压指电容器两端能承受的电压的最大值，故C正确。]题号42356879101112131√

14题号42356879101112131

14题号24536879101112131√5．调光台灯是利用闸流晶体管来实现无级调节灯的亮度的。现将某无极调光台灯接在220V的正弦式交变电流上，如图甲所示。经过闸流晶体管调节后，加在灯管两端的电压如图乙所示。图乙中每一小段都是正弦函数，则此时电压表的示数是(

)14A．220V

B．156VC．110V

D．78V题号24536879101112131

14题号24536879101112131√

14题号24536879101112131

14题号24537689101112131√7．如图甲所示为风力发电的简易模型，在风力的作用下，风叶带动与其固定在一起的磁铁转动，转速与风速成正比。某一风速时，线圈中产生的正弦式交变电流如图乙所示，则(

)A．电流的表达式为i＝0.6sin10πt(A)B．磁铁的转速为10r/sC．风速加倍时，电流的表达式为i＝1.2sin10πt(A)D．风速加倍时，线圈中电流的有效值为1.2A14题号24537689101112131

14题号24538679101112131√8．(多选)如图甲所示为小型交流发动机的原理图，矩形线圈绕垂直于匀强磁场方向的轴匀速转动。线圈的匝数N＝20匝，电阻r＝5Ω，外接R＝45Ω的电阻，电流表和电压表均为理想交流电表。穿过线圈的磁通量Φ随时间t按如图乙所示的余弦规律变化，则(

)A．感应电动势的最大值为10VB．t＝0.4πs时，线圈处在中性面的位置C．1min内电阻R上产生的焦耳热为60JD．线圈从图示位置转过90°过程中通过电阻R的电荷量为0.16C14√题号24538679101112131

14题号92453867101112131√

14√题号92453867101112131

14题号92453867101112131√

14

题号9245386710111213114题号92453867101112131

14题号92453867101112131

14题号9245386710111213114

[答案]

(1)5A

(2)0.1C

(3)8πJ题号924538671011121311412．交流发电机的原理图如图甲所示，闭合的矩形线圈放在匀强磁场中，绕OO′轴匀速转动，在线圈中产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示，已知线圈的电阻为r＝2.0Ω，负载电阻R＝4Ω。(1)写出负载两端电压u随时间t变化的函数关系式；(2)线圈电阻上产生的电热功率是多少？(3)保持线圈匀速转动，1min内外界对线圈做的功是多少？题号9245386710111213114