高中物理新教材同步备课人教版选择性必修第二册3.2 交变电流的描述（教学设计）

第3章交变电流

第2节交变电流的描述

本节课程是学生在了解交流电的产生过程及交流电瞬时值、峰值的基础上，以正弦式交变电流的瞬

时值为载体引入了周期（T）、频率（f）、角速度（）的概念，并明确了三者的相互关系，重

点在于引出有效值的概念，要求学生理解什么是有效值，并学会常见交变电流有效值的计算方法。

了解电感器和电容器对交变电流的作用。

【物理观念】知道交变电流的周期、频率、峰值、有效值、瞬时值等概念及其间的关系，能通过函

数表达式和图像来描述交变电流，并通过图像信息求有关物理量。

【科学思维】经历推导有效值的过程，体会等效的科学方法。

【科学探究】通过演示实验了解电感器与电容器对交变电流的作用，了解家用电路的频率和电压的

有效值。

【科学态度与责任】要勇于探索生活中的物理现象，勤于思考，体会物理知识在生活中的重要性。

【教学重点】瞬时值、峰值、有效值之间的关系

【教学难点】有效值的理解与计算

一、【引入新课】

引导学生回忆

矩形线框在匀强磁场中怎样匀速转动时，会在线框中产生式交流电。

如果从中性面开始计时，是否会写通过线框的磁通量、电动势、电流、部分电路电压与时间的函数

表达式？是否会画出相应的图像？观察图像，有何特征？(周期性、有最大值、有最小值)

二、【进行新课】

1、周期与频率（完成导学案【合作探究一】及教材52页思考与讨论）

周期(T)——交流电完成一次周期性变化所需时间

频率(f)——1秒内完成周期性变化的次数（55页练习1）

意义：描述周期性变化的快慢

关系：T＝1/f，T秒(s)，f赫兹(Hz)

转速n(转/秒)，角速度ω(弧度/秒)

引导学生体会交流电瞬时表达式中的周期、角速度、频率以及转速之间的关系：

T=2π/ωf＝ω/2πω＝2π/T＝2πf=2πn

eEmsint

iImsint

uUmsint

2

提示学生交流电瞬时表达式中的可以用来替代。

T

典例示范

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？

1

T=0.02s，f50HZ

T

引导学生认识电磁式打点计时器的基本构造，并说明日常家用交流的频率为50HZ.

2.峰值与有效值

1、结合交流电的瞬时表达式引导学生认识峰值电动势、峰值电压、峰值电流的概念

eEmsint

iImsint

uUmsint

Em＝NωBS

Im＝Em/R总

Um＝ImR外

2.知道电容器的击穿电压就是“峰值电压”。

有效值（完成导学案【合作探究二】）

3.通过简单示例引入有效值的概念。

如图所示是通过一个R为1Ω的电阻的电流i随时间变化的曲线。这个电流不是恒定电流。

1.怎样计算通电1s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1s内产生同样的热，这个电流

是多大？

计算过程：

（1）设0-0.2s内电路中产生的热量为Q1，则Q1=12×1×0.2=0.2J

设0.2-0.5s内电路中产生的热量为Q2，则Q2=22×1×0.3=1.2J

设0.5-0.8s内电路中产生的热量为Q3，则Q3=22×1×0.3=1.2J

设0.8s-1s内电路中产生的热量为Q4，则Q4=12×1×0.2=0.2J

故1s内产生的总热量Q=Q1+Q2+Q3+Q4=2.8J

（2）2.8=I2×1×12得出I2.8A=1.67A。

引入峰值和有效值的概念

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，而这个恒定电流的电流与电压分别为I、U，我们就把I、U叫作这一交变电流的有效值。

RR

~

向学生展示用电器的铭牌：

额定电压、功率都是指的有效值：

引出正弦交变电流的有效值与峰值的关系：并强调这两个关系式只适用于正弦式电流。

Im

I0.707Im

2

Um

U0.707Um

2

课堂练习巩固

A、B是两个完全相同的电热器，A通以图甲所示的方波交变电流，B通以图乙所示的正弦交变电流。

两电热器的电功率之比PA∶PB等于多少？

甲乙

2TI02T2

图甲有效值的计算：IR()RI有甲RT

0222

5

得出：I有甲I

80

I0

I有乙

2

2

PI甲有RT5

A

2

PBI乙有RT4

3.正弦式交变电流的公式和图像

公式

uumsint

图像：

引入典例：

下图是一个正弦式交变电流的波形图。根据i-t图像求出它的周期、频率、电流的峰值、电流的

有效值。

周期0.2s

频率5Hz

电流的峰值10A

电流的有效值52A

要求学生总结以下两幅图电流的表达式：

2

电流的表达式为：iIsint

mT

电流的表达式为：i10cos10t

4.引导学生认识电感与电容器及其作用

按如图所示的电路连接实验器材，引导学生观察电感器与电容器对灯泡亮度的影响。

1.观察发现：甲图中的小灯泡更亮；

改变图乙中交流电的频率：继续观察小灯泡的亮度：

观察发现：当交流电的频率增大时，小灯泡变暗，频率减小时小灯泡变亮。

2.观察发现：闭合开关后发现甲图中的小灯泡不亮；乙图中的小灯泡变亮；

改变图乙中交流电的频率：继续观察小灯泡的亮度：

观察发现：当交流电的频率增大时，小灯泡变亮，频率减小时小灯泡变暗。

3.总结出电感器与电容器对电流的作用，并引出感抗与容抗的感念。

电感器的作用：实验和理论分析都表明，线圈的自感越大、交流的频率越高，线圈的感抗就越大。

由于线圈与交变电流之间的电磁感应作用所引起的阻碍作用，这叫感抗。

电容器的作用：实验和理论分析都表明，电容器的电容越大，交流的频率越高，电容器对交流的阻

碍作用就越小，即容抗越小。

电容器对交流阻碍作用的大小叫容抗

扼流圈是电工技术和电子技术常用的元件，它利用了电感器对交流的阻碍作用，分为高频扼流圈

和低频扼流圈。

老师引导学生课堂小结：

一、周期和频率

二、峰值和有效值

三、正弦式交变电流的公式和图像

四、电感器和电容器对交变电流的作用

课堂巩固提高

例1．已知某电阻元件在正常工作时，通过它的电流按如图所示的规律变化，今将这个电阻元件与

一个多用电表串联(已调至交变电流电流挡)，则多用电表的读数为()

A．5AB．4A

C．42AD．52A

【答案】A

【解析】多用电表的读数是有效值，设该电流的有效值为I，根据交变电流有效值的定义，有I2RT

8

ATT

＝22R·＋(32A)2R·，解得I＝5A，所以多用电表的读数为5A。故选A。匝数为100的线圈

22

例2.通有如图所示的交变电流(图中曲线为余弦曲线的一部分)，单匝线圈电阻r＝0.02Ω，则在0～

10s内线圈产生的焦耳热为()

A．80JB．85J

C．90JD．125J

【答案】B

3

ATT17

【解析】由交变电流的有效值定义知22R·＋(2A)2R·＝I2RT，该交变电流的有效值I＝A，

222

2

线圈的总电阻R总＝100×0.02Ω＝2Ω，由Q＝IR总t得Q＝85J，选项B正确。

例3.试电笔上的氖管，起辉电压86.6V，若将其接在电压为70.7V（=50）频率为50Hz的交流电

路，氖管能发光吗？在1秒内有多少时间发光？√2v

引领思考：①70.7V是什么电压？该交流电压最大值为多少？周期又为多少？

②交变电流的图象如何？表达式如何？

解：①70.7V是有效值

氖管会发光（rad/s）

②

作出交变电流的U-t图U＝Umsinωt＝100sinl00πt伏

设电压为70.7V对应时刻为t1代入公式即70.7V＝100sin100πt1t1＝0.0025s

由图象对称性知，1个周期氖管发光时间为Δt＝4(t1-0)＝0.01s

1s内有1/0.02=50个周期，则1s内发光时间0.01s×50=0.5s

例4.(多选)如图甲、乙两图是电子技术中的常用电路，a、b是各部分电路的输入端，其中输入的交

流高频成分用“”表示，交流低频成分用“～”表示，直流成分用“－”表示。关于两图中负载电阻