3.1 交变电流的特点（Word教参）-【优化指导】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第二册（鲁科版2019）

第1节　交变电流的特点 核心素养 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 知道交变电流的周期、频率、最大值和有效值。 了解有效值的物理意义，进一步加深对“等效替代”这一物理研究方法的认识，知道最大值和有效值之间的关系。 知道什么是交变电流，通过实验探究出恒定电流与交变电流的区别。 了解最大值和有效值不同的实际应用，培养学生将物理知识应用于实际生产和生活的能力，鼓励学生勇于探究与日常生活有关的物理学问题。 [对应学生用书P50] 知识点一 直流电流和交变电流❶ 1.直流电流：方向不随时间变化的电流。 2．恒定电流：大小和方向都不随时间变化的电流。 3．交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流，俗称交流电。 1．大小不变的电流一定是直流。(　×　) 2．方向周期性变化，大小不变的电流是交变电流。(　√　) 知识点二 交变电流的周期和频率❷ 1.物理意义：描述交变电流变化快慢的物理量。 2．周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间，用符号T表示，单位是秒(s)。 3．频率：交变电流在一段时间内完成周期性变化的次数与这段时间之比，用符号f表示，单位是赫兹(Hz)。 4．正弦式交变电流：大小和方向随时间按正弦规律变化的电流。 1．我国电网中交流电的频率是100 Hz。(　×　) 2．各国交变电流的周期都是0.02 s。(　×　) 知识点三 交变电流的最大值和有效值 1.最大值：交变电流在一个周期内所能达到的最大值叫作交变电流的最大值，又称峰值，交变电流的电流和电压的峰值分别用Im和Um表示。 2．有效值❸：让恒定电流和交变电流分别通过阻值相等的电阻，如果它们在相同时间内产生的热量相等，就把该恒定电流的数值规定为这个交变电流的有效值。交变电流的电流和电压的有效值分别用I和U表示。 3．正弦式交变电压及交变电流的有效值和峰值之间的关系 U＝≈0.707Um，I＝≈0.707Im。 1．家用电器铭牌上标称的电流、电压都是指有效值。(　√　) 2．电容器的耐压值指的是交变电流的有效值。(　×　) 批注❶：(1)恒定电流的图像是一条与时间轴平行的直线，如图甲所示。 (2)交变电流的图像有时会在时间轴的上方，有时会在时间轴的下方，即随时间做周期性变化，如图乙所示。 批注❷：(1)ω、T、f的关系：ω＝＝2πf，T＝或f＝。 (2)我国民用交变电流的周期T＝0.02 s；频率f＝50 Hz。 批注❸：有效值的具体应用 (1)交流用电设备上所标的额定电压和额定电流； (2)交流电压表测量的数值； (3)保险丝的熔断电流； (4)无特别说明时提到的交变电流。 [对应学生用书P51] 探究点一　交变电流与直流电　(科学探究之结论) ►要点归纳 　交流电与直流电的本质区别 (1)交流电与直流电的最大区别在于交流电的方向一定发生周期性变化，而直流电的方向固定不变。 (2)交流电的大小不一定发生变化，如方形波交流电；而直流电的大小同样不一定固定不变。 ►对点例练 如图所示，表示交变电流的图像是(　　) D　解析：大小和方向随时间做周期性变化的电流，称为交变电流，A、B、C三幅图中电流的大小虽然变化，但其方向不随时间做周期性变化，不是交流电。 [练1] (多选)如图所示，下列对图像的描述正确的是(　　) A．该电压是直流电压 B．该电压是交流电压 C．该电压的周期是0.2 s D．该电压的频率是 Hz BD　解析：从图像可以看出，电压每经过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，前后电流方向相反，所以是交变电流，B、D正确，A、C错误。 探究点二　交流电最大值与有效值的理解和计算　(科学思维之提升) ►情境探究 如图甲、乙所示，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，则： (1)两种情况的通电时间内，电阻产生的热量相同吗？ (2)交变电流的有效值是多少？ 提示：(1)产生的热量相同。 (2)恒定电流3 A能等效替代交变电流计算热量，所以交变电流的有效值为3 A。 ►探究归纳 1．计算有效值的两种方法 (1)若交变电流按正(余)弦规律变化，可利用交变电流的有效值与峰值的关系求解，即E＝，U＝，I＝。 (2)对于非正弦式交变电流，必须根据有效值的定义进行计算： 第一步：计算交变电流在一个周期内产生的热量Q； 第二步：将热量Q用相应物理量的有效值表示Q＝I2RT或Q＝T； 第三步：代入数值，求解有效值。 2．几种常见电流有效值的计算 电流名称 电流图线 有效值 正弦式交变电流 I＝ 正弦半波电流 I＝ 正弦单向脉冲电流