3.1 交变电流的特点（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年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 第3章　交变电流与远距离输电 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第3章　交变电流与远距离输电 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第3章　交变电流与远距离输电 栏目索引 必备知识 自主学习 关键能力 互动探究 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第3章　交变电流与远距离输电 必备知识 自主学习 方向 大小 方向 周期性 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第3章　交变电流与远距离输电 × √ 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第3章　交变电流与远距离输电 变化快慢 正弦 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第3章　交变电流与远距离输电 × × 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第3章　交变电流与远距离输电 最大值 阻值 时间 热量 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第3章　交变电流与远距离输电 √ × 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第3章　交变电流与远距离输电 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第3章　交变电流与远距离输电 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第3章　交变电流与远距离输电 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第3章　交变电流与远距离输电 关键能力 互动探究 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第3章　交变电流与远距离输电 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第3章　交变电流与远距离输电 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第3章　交变电流与远距离输电 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第3章　交变电流与远距离输电 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第3章　交变电流与远距离输电 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第3章　交变电流与远距离输电 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第3章　交变电流与远距离输电 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第3章　交变电流与远距离输电 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第3章　交变电流与远距离输电 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第3章　交变电流与远距离输电 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第3章　交变电流与远距离输电 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第3章　交变电流与远距离输电 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第3章　交变电流与远距离输电 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第3章　交变电流与远距离输电 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第3章　交变电流与远距离输电 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第3章　交变电流与远距离输电 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第3章　交变电流与远距离输电 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第3章　交变电流与远距离输电 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第3章　交变电流与远距离输电 谢谢观看！ 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第3章　交变电流与远距离输电 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。 知识点一 直流电流和交变电流❶ 1．直流电流：______不随时间变化的电流。 2．恒定电流：______和______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_________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____________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______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_________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______相等的电阻，如果它们在相同______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。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＝ eq \f(Um,\r(2)) ≈0.707Um，I＝ eq \f(Im,\r(2)) ≈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＝ eq \f(2π,T) ＝2πf，T＝ eq \f(1,f) 或f＝ eq \f(1,T) 。 (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。 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 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 eq \f(10,3) 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 eq \f(10,3) 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＝ eq \f(Em,\r(2)) ，U＝ eq \f(Um,\r(2)) ，I＝ eq \f(Im,\r(2)) 。 (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＝ eq \f(U2,R) 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＝ eq \f(Im,\r(2)) 正弦半波电流 I＝ eq \f(Im,2) 正弦单向脉冲电流 I＝ eq \f(Im,\r(2)) 电流名称 电流图线 有效值 矩形脉冲电流 I＝ eq \f(Im,\r(2)) 非对称性交变电流 I＝2),\s\do1(1)) eq \r(\f(1,2)（I＋I eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(2)) ）) ►对点例练 A． eq \f(\r(2),2) I0 B． eq \f(\r(3),2) I0 C． eq \f(1,2) I0 D．I0＋ eq \f(\r(2),2) I0 B　解析：令该交变电流通过一电阻R，它在前半个周期内通过该电阻产生的热量，它在后半个周期内产生的热量，故它在一个周期内产生的热量，设某一恒定电流I在相同的时间T内通过该电阻产生的热量为I2RT，由有效值的定义可知，解得，B正确。 [练2] 一交变电流随时间变化的图像如图所示，则此交变电流的有效值是(　　) A．5 eq \r(2) A B．5 A C．3.5 eq \r(2) A D．3.5 A B　解析：根据交变电流有效值的定义可得I eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(1)) Rt1＋I eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(2)) Rt2＝I2RT，其中I1＝4 eq \r(2) A，I2＝－3 eq \r(2) A，t1＝t2＝0.01 s，T＝0.02 s，代入数据解得I＝5 A，B正确。 求解交变电流有效值时应注意的问题 (1)要分析清楚交变电流的变化规律，在一个交变电流中可能存在几种不同形式的交变电流。 (2)对于一个交变电流中存在几种不同形式的交变电流的情况，可分段求出一个周期内每种形式的交变电流产生的热量，再求其和。 (3)正弦式交变电流的最大值和有效值的关系是I＝ eq \f(Im,\r(2)) ，非正弦式交变电流不符合此关系。 (4)分段求解交变电流在一个周期内的有效值，不是求其算术平均值，而是应用焦耳定律根据产热相等的条件求解 eq \o(。,\s\do4(　,)) 探究点三　解决实际问题　(科学态度与责任之落实) [练3] (生活情境)(多选)把发光颜色不同的两个二极管并联(该类二极管具有单向导电性，导通时发光)，使两者正负极方向不同。当摇动如图所示的手摇发电机时，两个二极管交替发光，则流过其中一个二极管的电流是(　　) A．交流电 B．直流电 C．恒定电流 D．涡流 B　解析：交流电是指大小和方向发生周期性变化的电流，直流电的方向不变，恒定电流的大小与方向均不变，涡流是感应电流；手摇发电机产生的是交流电，因为该类二极管具有单向导电性，所以通过每个二极管的电流方向不变，为直流电。 [练4] (生活情境)(多选)如图甲所示是某种型号的电热毯的电路图，电热毯接在如图乙所示的交变电源上，电热毯是由一理想二极管D(正向电阻为零，反向电阻为无穷大)与电热丝串联组成的。若电热丝的电阻为110 Ω，则下列说法正确的是(　　) A．交变电流的周期为1×10－2 s B．用交流电压表测得电热丝两端的电压为110 V C．通过电热丝的电流为 eq \r(2) A D．电热丝在1 min内产生的热量为1.32×104 J CD　解析：根据题图乙可知，交变电流的周期为0.02 s，A错误；根据有效值的定义可得 eq \f(（\f(Um,\r(2))）2,R) · eq \f(T,2) ＝ eq \f(U2,R) T，解得U＝110 eq \r(2) V，B错误；通过电热丝的电流I＝ eq \f(U,R) ＝ eq \r(2) A，C正确；电热丝在1 min内产生的热量Q＝I2Rt＝1.32×104 J，D正确。 $$