3.2 交变电流的描述 导学案-2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

提倡使用“直流电”的代表人物是爱迪生；而主张改用“交流电的代表人物则是比爱迪生小9岁的后起之秀--特斯拉。 高中物理学教评一体化学习设计 编者： 秦海霞 审核: 高二物理组 日期： 3.2交变电流的描述 【课标要求】 通过实验,认识交变电流。能用公式和图像描述正弦式交变电流。 【学习目标】 1.知道交变电流周期、频率的含义及二者之间的关系;知道峰值和有效值的含义及二者之间的关系。能结合交变电流的公式和图像识别周期(频率)、峰值。会用周期(频率)、峰值等物理量通过函数表达式和图像来描述交变电流。 2.经历根据电流的热效应推导交变电流有效值的过程，体会“等效”的科学方法。 3.了解我国家庭电路的频率和电压的有效值。知道家用电器的电压与电流的额定值是有效值 【情景设计】 恒定电流（DC）的______和______不随时间变化，因此只要知道电路中电流或电压的数值，就可以予以定量描述了。而交变电流（AC）的大小和方向都随时间做周期性变化，这需要用哪些新的物理量来描述呢? 【问题体验1】 1.右图为我国照明电路电压变化的u-t图像，观察图像， 你能得出的信息有：_______________________________ 2.我国我国生产和生活用的是正弦交流电，周期是_________,频率是_________,它们的关系是_______。频率是供电质量的重要指标，直接关系到电能驱动设备的运行质量，也是电网调度中监控电力系统运行的核心参数。美国和西欧国家交流电的频率为60 Hz。因此，在不同国家和地区使用电气设备时要注意电源频率是否与之匹配。周期背后的决定因素是_________________________________ 3.线框的转动快慢除了可以用周期和频率来描述,还可以用__________物理量进行描述，它们和周期频率的关系是____________________________________________________。 4.我国电网中交变电流的周期是0.02s，1s内电流的方向发生变化_______次。为什么我们感受不到灯泡在闪烁？____________________ 【归纳总结1】 1.周期：交变电流完成一次周期性变化所需的______，通常用_____表示，单位是____(__)。 2.频率：交变电流完成周期性变化的______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_______。通常用____表示，单位是_______(____)。 3.T与f的关系:________或___________。ω、T、f的关系:ω=_________= _________ 。 【问题体验2】 1.由于交变电流的电动势、电压和电流都在随时间而变化:要精确描述交变电流，就必须 给出它们在任意时刻的数值。交变电流的电动势、电压和电流在某一时刻的数值，叫做交变电流的_______值，通常分别用____写字母e、u、i表示。交变电流的最大值是电动势、电压和电流在一个周期内所能达到的最大数值，分别用______________表示。峰值在实际应用中有着重要的意义，例如在交流电路中使用电容器、二极管等元器件时，需要注意交变电压的峰值不能超过它们所能承受的最大电压，否则这些元件就有被击穿的危险。 2.右图是通过一个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）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? 3. 上图所示的电流通过1Ω的电阻时，在1s内产生的热量为2.8J，相当于一个电流为1.67A的恒定电流通过这个电阻时，在1s内产生的热量。因此，我们把1.67A定义为这个交变电流的有效值。交变电流的有效值是根据电流的_____效应来规定的，让交变电流和恒定电流分别通过___同阻值的电阻，如果在交变电流的一个周期内它们产生的___量相等，那么这一恒定电流的数值称为交变电流的有效值。交变电流的电动势、电流和电压的有效值分别用______________表示。平时我们所说的 220V交变电流、各种使用交变电流的电气设备所标注的额定电压和额定电流的数值，以及交流电流表、交流电压表等电气仪表测出的数值，指的都是______值。凡没有特别说明的，都指________值。 4. 实验验证：如果我们用正弦式交流电给电热水壶烧水,交变电流的峰值只是一瞬间的最大值,不能代表交变电流所产生的平均效果。如图3-2-1所示，将滑动变阻器接到交流电源上，用交流电压表测量变阻器两端的交变电压______值，用示波器显示交变电压的波形图，测量其____值。正弦式交变电流的峰值与有效值满足关系__________。 5. 理论分析：如图和图3-2-8所示分别为峰值和周期相同的正、余弦式交变电流，则它们的瞬时电流表达式分别i1=__________，i2=___________，为让它们分别通过阻值均为R的纯电阻，则它们的瞬时功率表达式分别为P1=_____，P2=______， 因此，在一个周期内，交变电流i1和i2分别通过电阻R产生的总热量为Q=_______________由于交变电流i1和i2的有效值相等，则Q总=2_________，联立上述两式，可得I=__________ 通过上述推导可以得出此关系式只适用于正弦式交流电。同理U=_________，E=________ 【归纳总结2】 1.四值之间的关系； 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=Emsinωt=________ i=Imsinωt=________ 计算线圈某一时刻的受力情况 最大值 最大的瞬时值 Em=NBSω， Im=________ 确定用电器的耐压值 有效值 跟交变电流的_____效应等效的恒定电压值和电流值 E= U=___ I=______ (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)用电器标注的额定电压、额定电流 (4)保险丝的熔断电流 平均值 交变电流图像中图线与时间轴所夹面积与时间的比值 =____ q=______ 计算通过电路截面的电荷量 2.几种常用交流电的有效值 电流名称 正弦式半波电流 正弦式单向脉冲电流 矩形脉冲电流 非对称性矩形脉冲电流 电流图像 有效值 I=___________ I=____________ I=___________ I=____________ 【问题体验3】 1. 用图像描述： 图3.2-7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____________。 2. 用函数表达式描述： 有一个电热器，工作时的电阻为50Ω，接在电压u为Umsinωt的交流电源上，其中Um为311V，ω为100πs-1。该电热器消耗的功率是多大？ 【拓展学习】 将电阻、电感器、电容器依次分别接入电路中A、B端,观察灯泡的亮度。然后调节交流电的频率,再做一遍可以得出以下实验结论: (1) 电阻对交流电和直流电的阻碍作用____同 (2) 电感器:通____流、阻____流(通____频、阻____频) (3)电容器:隔____流、通____流(通____频、阻____频)。 【巩固提升】 2-1.一个电容器，当它的两个极板间的电压超过10V时，其间的电介质就可能被破坏而不再绝缘，这个现象叫作电介质的击穿，这个击穿电压叫作这个电容器的耐压值。能否把这个电容器接在正弦式交流电压是9V的电路两端？为什么？ 2-3.一个灯泡，上面写着“220V,40W”。当它接在正弦式交流电源上正常工作时，通过灯丝电流的峰值是___________。 2-6.有A、B、C三条导线，它们与大地之间的电压随时间变化的规律如图3.2-8所示。这三个电压中，它们的峰值关系_______________它们的周期有关系_______________ 2-7.通过某交流电流表的电流i随时间t变化的关系如图3.2-9所示，该电流表的示数是多少？ A3.在有效值为220V的交流电路中，接入50Ω的电阻，电流的有效值是__________和最大值是__________，这时消耗的功率是__________。 A6.A、B是两个完全相同的电热器，A通以图3-2甲所示的方波交变电流，B通以图3-2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？ 【自我评价】你对自己本节课的知识掌握、课堂表现作何评价？ ( 3 - 2 - 2 ) ( 3 - 2 - 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $$