第3章 第1节 交变电流的特点-【优化探究】2025-2026学年新教材高中物理选择性必修第二册同步导学案配套PPT课件（鲁科版）

第1节　交变电流的特点 第3章　交变电流与远距离输电   [学习目标]　1.知道什么是直流电流和交变电流,并会区分。　2.知道交变电流的周期、频率以及它们之间的关系(重点)。　3.理解交变电流的最大值和有效值,能利用有效值定义计算常见交变电流的有效值(重难点)。 课时作业 巩固提升 要点1　交变电流的特点 要点2　交变电流的最大值和有效值 内容索引 要点1　交变电流的特点 一 4 1.直流电流和交变电流 (1)恒定电流:　　　　和　　　　都不随时间变化的电流。  (2)直流电流:　　　　不随时间变化的电流。  (3)交变电流:大小和　　　　随时间做　　　　　变化的电流。  大小　 方向 方向 方向 周期性 2.交变电流的周期和频率 (1)周期 交变电流完成一次　　　　　变化所需要的时间,称为交变电流的周期,用符号　　　　表示。  (2)频率 交变电流在一段时间内完成　　　　　变化的次数与这段时间之比称为交变电流的频率,用符号　　　　表示。  周期性　 T 周期性 　f (3)周期和频率的关系:T=　　　　。  (4)正弦式交变电流 电流的大小和方向随时间按　　　　规律变化,这种电流被称为正弦式交变电流,简称正弦交流电。  [思考与讨论] 用示波器或电压传感器先观察电池供给的电压的波形,再观察学生电源交流挡供给的电压的波形。这两种波形各有什么特点? 提示:电池电压的波形是一条平行于t轴的水平直线,说明电压大小、方向不随时间变化;学生电源交流挡电压的波形是一条正弦曲线,说明学生电源交流挡的电压大小、方向随时间做周期性的变化。 [例1]　(2024·天津东丽期末)下列的关于电流i随时间t变化的图像中,不是表示交变电流的是(　　) A 图中电流大小发生周期性变化,但方向保持不变,所以不是交变电流,故A正确;图中电流大小、方向均发生周期性变化,均是交变电流,故B、C、D错误。 [针对训练]　1.(多选)关于正弦式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的一半 B.1 s内正弦式交变电流出现最大值的次数等于频率 C.正弦式交变电流方向变化的频率为交变电流频率的2倍 D.50 Hz的正弦式交变电流,其周期等于0.05 s AC 根据频率的定义知,选项B错误;在一个周期内,正弦式交变电流会出现正向和负向最大值各一次,相邻两个最大值的时间间隔为半个周期,选项A正确;正弦式交变电流在一个周期内方向改变两次,即方向变化的频率为正弦式交变电流频率的2倍,选项C正确;由T== s=0.02 s知,选项D错误。 二 要点2　交变电流的最大值和有效值 14 1.交变电流的最大值 交变电压和电流能达到的最大值称为　　　　,交变电流的电流和电压的峰值分别用Im和Um表示。  2.交变电流的有效值 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　　　　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。同样,交变电压的有效值也可用这种方法来确定。交变电流的电流、电压的有效值分别用I、U表示。  梳理 必备知识 自主学习 峰值 阻值相等　 相同的时间　 热量 3.正弦式交变电流的有效值和峰值的关系 U==0.707Um,I==0.707Im。 4.生活中交变电流的有效值和最大值 (1)交流用电设备上所标的　　　　　　和　　　　　　是有效值; 　　　　　和　　　　　　的示数是有效值;交变电流的数值在无特别说明时都指　　 　　。  (2)电容器上标称的耐压值对应交变电压的　　　　。  额定电压　 额定电流　 交流电流表　 交流电压表　 有效值 最大值 [思考与讨论]如图是通过一个R=1 Ω的电 阻的电流i随时间t变化的图像。 (1)试计算0~1 s内电阻R中产生的热量。 提示:(1)Q=Rt1+Rt2=42×1×0.5 J+22×1×0.5 J=10 J。 (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1 s内产生同样的热量,这个电流是多大? 提示: (2)根据交变电流有效值的定义可得I2Rt=Q,解得I= A。 1.对有效值的理解 (1)“有效”是指电流的热效应等效,要注意交变电流与恒定电流的效果相同是指使相同电阻在相同时间内产生的热量相等。 (2)如果没有特别说明,交变电流的电压、电流,用电器设备上标出的额定电压、额定电流,交流电表测量的数值,都是指有效值。 归纳 关键能力 合作探究 2.有效值的两种计算方法 (1)特殊值法:若按正(余)弦规律变化的电流,可利用正弦式交变电流的有效值与峰值间的关系求解,即U=,I=。 (2)定义法:当电流是非正弦式交变电流时,必须根据有效值的定义求解。 [例2]　(2024·广东饶平二中期中)如图所示为一交变电流随时间变化的图像,正负半轴都是正弦曲线的一个部分,则此交变电流的有效值为(　　)   A. A　　　　　　　 B.2 A C.2 A D. A D 取一个周期T时间,根据电流的热效应结合图像有()2R·+()2R·=I2·R·T,解得I= A,故D正确。 [例3]　(2024·浙江嘉兴五中期中)如图所示,表示一交变电流的电流随时间的变化图像,其中电流正值为正弦曲线的正半周。则该交变电流的电流有效值为(　　) A.10 A B.5 A C.15 A D.5 A D 设交流电的有效值为I,则由有效值的概念可知()2R·+102·R·=I2RT,解得I=5 A,故D正确。 [针对训练]　2.(2024·河南新乡高二期末)通过某用电器的电流和时间的关系图像如图所示(前半个周期为正弦波形的),则该交变电流的有效值为(　　) A.I0 B.I0 C.I0 D.I0 C 设电流的有效值为I,根据电流的热效应有Q=I2RT=()2R×+(I0)2R×,解得I=I0,故选C。 三 课时作业 巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 [A组　基础巩固练] 1.(2024·福建三明期中)下列图像中不属于交变电流的有(　　) 13 D 14 选项A、B、C中电流的大小和方向均发生周期性变化,故它们属于交变电流;选项D中,尽管电流大小随时间变化,但因其方向不变,所以是直流,故选D。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 2.(多选)(2024·福建莆田期末)关于交变电流和直流电的说法中,正确的是(　　) A.如果电流大小做周期性变化,则一定是交变电流 B.直流电的大小可以变化,但方向一定不变 C.交变电流一定是按正弦或余弦规律变化的 D.交变电流的最大特征就是电流的方向发生变化 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 BD 14 如果电流大小做周期性变化,但方向不变,则是直流电,故A错误;直流电的大小可以变化,但方向一定不变,故B正确;交变电流不一定是按正弦或余弦规律变化的,故C错误;交变电流的最大特征就是电流的方向发生变化,故D正确。故选B、D。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 3.(2024·河北石家庄期末)我国民用交流的电压为220 V,频率为50 Hz。关于民用交流,下列说法正确的是(　　) A.交流电压的峰值是220 V B.交流电压的有效值是220 V C.交流在1 s内周期性变化50次 D.交流在1 s内周期性变化100次 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 C 14 我国民用交流电压的有效值为220 V,峰值为220 V,故A、B错误;我国民用交流在1 s内周期性变化50次,故C正确,D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 4.下列说法正确的是(　　) A.使用交流电的电器设备所标示的额定电压、额定电流的数值均为最大值 B.用交流电流表和交流电压表测得的数值是最大值 C.照明电路电压为220 V指的是有效值 D.所有交变电流的有效值和最大值之间均存在E=、U=和I=的关系 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 C 14 使用交流电的电器设备所标示的额定电压、额定电流的数值均为有效值,故A错误;用交流电流表和交流电压表测得的数值是有效值,故B错误;照明电路电压为220 V指的是有效值,故C正确;正弦式交变电流的有效值和最大值之间存在E=、U=和I=的关系,其他交流电一般不满足此关系,故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 5.(2024·福建三明期中)如图所示是一个正弦式交变电流的图像,下列说法正确的是(　　) A.周期是0.2 s,电流的峰值是10 A B.周期是0.15 s,电流的峰值是10 A C.周期是0.2 s,电流的有效值是10 A D.频率是0.2 Hz,电流的有效值是10 A 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 A 14 根据图像,交变电流的周期为0.2 s,峰值是10 A,A正确,B错误;该交变电流的有效值为I==5 A,频率为f==5 Hz,C、D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 6.(2024·四川芦山中学期中)如图表示一交变电流随时间而变化的图像,此交变电流的有效值是(　　)   A.5 A　　　　　　　　 B.5 A C. A D.3.5 A 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 B 14 根据有效值的概念可知(4)2R+(3)2R=I2RT,解得I=5 A,故B正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 [B组　综合强化练] 7.(2024·福建福州期末)如图所示的交变电流,每个周期的前三分之一周期按正弦规律变化,后三分之二周期电压恒定,则该交变电流的电流有效值为(　　)     A.5 A B.5 A C.10 A D. A 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 B 14 根据电流的热效应,有R·T=( A)2R·+(5 A)2R·T, 解得I有效=5 A,故A、C、D错误,B正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 8.(多选)在一阻值为R=10 Ω的定值电阻中通入如图所示的电流,则(　　) A.此电流为交流电 B.此电流的周期为2 s C.此电流的有效值为2.5 A D.在0~2 s内电阻产生的焦耳热为25 J 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 AB 14 根据交流电的定义可知,此电流为交流电,故A正确;由题图可知该交流电的周期为2 s,故B正确;根据交流电有效值的定义有I2RT=R+R,代入数据解得此交变电流的有效值为I=2.5 A,故C错误;根据焦耳定律,在0~2 s内电阻产生的焦耳热为Q=I2Rt=250 J,故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 9.如图甲所示,调节台灯是通过双向可控硅电子器件来实现无级调节台灯的亮度的。现将某无级调光台灯接在220 V的正弦式交流电源上,经过可控硅调节后加在灯管两端的电压如图乙所示(图中曲线为正弦曲线的一部分),则此时电压表的示数是(　　)   A.220 V B.156 V C.110 V D.78 V 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 B 14 电压表的示数为有效值,设加在灯管两端的电压的周期为T,灯管的电阻为R,根据有效值的定义可得T=×T,解得U有≈156 V,故选B。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 10.(2021·浙江6月卷)如图所示,虚线是正弦交流电的图像,实线是另一交流电的图像,它们的周期T和最大值Um相同,则实线所对应的交流电的有效值U满足(　　) A.U=Um B.U=Um C.U>Um D.U<Um 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 D 14 因虚线是正弦交流电的图像,则该交流电的有效值为U有效==Um 由题图可知,在任意时刻,实线所对应的交流电的瞬时值都不大于虚线表示的正弦交流电的瞬时值,则实线所对应的交流电的有效值小于虚线表示的正弦交流电的有效值,则U<Um,故选D。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 11.(2024·北京西城区期末)两个完全相同的电热器分别通以图甲、乙所示的交变电流。两电热器的电功率之比为(　　)       A.1∶ B.5∶4 C.3∶4 D.3∶2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 B 13 14 根据有效值的定义,题图甲则有R·+(I0)2R·=I2RT 解得有效值为I=I0 题图乙为正弦交流电,电流有效值为I'= 通过两电热器的电流有效值之比为I∶I'=∶2 根据功率公式P=I2R 得到P1∶P2=I2∶I'2=5∶4,故选项B正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 12.(2024·陕西延安期中)在垂直磁场方向的平面内有一边长L=6 cm、电阻R=0.36 Ω的正方形金属线框,磁场的磁感应强度B随时间t的变化关系如图所示。求: (1)在0~3 s内和3~5 s内线框中感应电流的大小; 答案:(1)2×10-5 A　3×10-5 A 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 (1)由题可知磁场呈周期变化,由法拉第电磁感应定律有E==L2,I= 在0~3 s,代入数据,解得I1=2×10-5 A 在3~5 s,代入数据,解得I2=3×10-5 A。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 (2)线框中感应电流的有效值I。 答案:　(2)×10-5 A 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 (2)结合(1)问,可得电流随时间的图像为  所以其有效值为Rt1+Rt2=I2Rt 解得I=×10-5 A。 14 [C组　培优选做练] 13.在如图所示的四类电压中,A、B中的曲线为正弦曲线,则电压有效值最大的图像是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 D 14 选项A中的电压的有效值为U1=U0;选项B中,根据有效值的定义有·=T解得电压的有效值为U2=U0;选项C中,根据有效值的定义有·=T得电压的有效值U3=U0;选项D中,根据有效值的定义有·+·=T得电压的有效值U4=U0。综上所述可知选项D中图像的电压有效值最大。故选D。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 14.(2024·四川绵阳期中)利用半导体二极管的单向导电性,可以对交变电流进行整流,将交变电流变为直流。一种简单的整流电路如图甲所示,a、b为交变电流信号输入端,D为半导体二极管,R为定值电阻。信号输入后,电阻R两端的电压如图乙所示,则下列说法正确的是(　　) A.交变电流的频率为100 Hz B.R两端电压的有效值为50 V C.若电阻R=10 Ω,则1 min内R产生的热量为1.5×104 J D.一个标有“95 V　30 μF”的电容器并联在电阻R两端,可以正常工作 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 C 由图乙可知,该电压的周期为0.02 s,可知交 变电流的频率为f== Hz=50 Hz,A错误; 由图乙可知,前周期内最大电压为100 V, 后周期内电压是零,由有效值的定义可得·=T解得R两端电压的有效值为U=50 V,B错误;若电阻R=10 Ω,由焦耳定律,可得1 min内R产生的热量为Q=I2Rt=()2Rt=()2×10×60 J=1.5×104 J,C正确;因电阻R两端的电压最大值为100 V,大于95 V,因此一个标有“95 V　30 μF”的电容器并联在电阻R两端,可能会被击穿,故不可以正常工作,D错误。故选C。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 $$