第1节 交变电流的特点（教学课件）物理鲁科版选择性必修第二册

该高中物理课件聚焦交变电流特点，涵盖产生原理、周期频率、四值及公式图像。通过三幕《电磁演义》情景剧导入，结合示波器观察波形、灯丝抖动实验等，搭建从直流到交流的认知支架。 亮点在于以科学探究（示波器实验）和科学思维（有效值推导）为主线，用“四值”表格对比明晰物理观念。情景剧激发兴趣，提升训练联系生活，助学生培养实验与推理能力，为教师提供重点突出的教学资源。

第3章 交变电流与远距离输电 物理选择性必修第二册•鲁科版2019 第1节 交变电流的特点 播放：三幕物理幽默情景剧《电磁演义》 第一幕：法拉第的发现（电磁感应定律） 第二幕：“来拒去留”（楞次定律） 第三幕：“特斯拉大战爱迪生”（交流直流之争） 提问：物理情景剧中反映了哪些物理现象或物理定律？交变电流有哪些特点呢？ 导入新课 物理观念 能理解交变电流的产生原理，掌握正弦式交变电流的、有效值等描述量，建立“线圈转动→磁通量变化→交变电流”的动态变化认知。 科学思维 能推导正弦式交变电流的瞬时值表达式（𝑒=𝐸𝑚sin𝜔𝑡），区分有效值与最大值的物理意义，运用图像分析交变电流的变化规律，提升逻辑推导与图像分析能力。 科学探究 能参与“观察交变电流的波形”实验，利用示波器观察正弦式交变电流的图像，记录数据并分析其周期、峰值等特点，培养实验观察与数据处理能力。 科学态度 与责任 通过了解交变电流在电力生产、生活中的广泛应用，认识其对现代社会能源供应的重要意义，树立节约用电、科学利用电能的责任意识。 学习目标 重点难点 重点 理解正弦式交变电流产生原理，掌握有效值与瞬时值的计算。 难点 区分交变电流有效值与最大值的物理意义及应用场景。 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？ 方向大小不变化 方向大小周期性变化 问题与思考 00 2.交变电流(AC):　大小和方向    随时间做周期性变化的电流,简称交流电。 1.直流电流(DC):　方向    不随时间变化的电流。 交变电压随时间变化的图像 3.交变电流经过电子电路的处理，能变成直流。 学生电源能把交流变成直流 充电器能把交流变成低压直流 直流和交流 02. 01 实验：通交变电流的灯丝在磁场中的抖动 灯丝中的电流方向周期性变化，所受安培力方向周期性变化，所以灯丝在抖动。 1.周期(T)： 交变电流完成 一次周期性变化 所需的时间。 2.频率(f)： 交变电流完成周期性变化的次数与所用时间之比叫作频率，数值等于交变电流在单位时间内完成 周期性变化的次数 。 3.周期和频率的关系：或。 4.不同国家和地区电的频率标准不同。 5.正弦式交变电流：电流的大小和方向随时间按正弦规律变化。 t i O 周期和频率 02 6.角速度与周期、频率、转速的关系：ω＝___＝ ＝2πn。 7.决定正弦式交变电流周期和频率大小的因素是发电机转子的 。 A B D A B D C D C A 2πf 转速 (1)正弦交流电 (2)示波器中的锯齿波扫描电压 (3)电子计算机中的矩形脉冲 (4)激光通信中的尖脉冲 8.交变电流并不都是按照正弦规律变化的。电力系统中应用的大多是正弦式电流，在电子技术中也常遇到其他形式的交流，如乙丙丁 用示波器观察几种交变电流的波形图 (2)应用：电容器上标称的电压值(也叫耐压值或击穿电压)是电容器两极间所允许电压的峰值。超过该值，电容器就有被击穿的危险。 1.峰值 (1)交变电流的电压、电流能达到的最大数值叫峰值。 若将交流电接入纯电阻电路中，则电路中的电流及外电阻两端的电压的最大值分别为Im＝ ，Um＝ImR。 峰值和有效值 03 思考与讨论： 如图所示的电流通过一个R=1 Ω的电阻，电流i随时间t变化的图像 (1)0～1 s内电阻R中产生的热量为 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，这个电流大小为_____ A。 (1)根据焦耳定律：设0~0.5s内电路中产生的热量为Q1，则Q1 = I12Rt1= 42×1×0.5 = 8J 同理计算0.5~1s内电路中产生的热量 Q2 = I22Rt2 = 22×1×0.5=2J 。故1s内产生的总热量Q = Q1+Q2 = 10J 2.直流电产生相同的热量 Q = I2Rt，得直流电流 I = A。 2.有效值： （1）定义：根据电流的热效应来规定，让交流与直流分别通过相同的电阻，如果在交流的一个周期内它们产生的热量相等，就把这个直流的数值叫做这个交流的有效值。 （2）理论计算表明：正弦交流电的有效值与最大值的关系： t i im -im t e Em -Em O O R R ~ 说明： 1.以上关系式只适用于正弦或余弦交流电； 2.交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值； I＝ ＝0.707Im E＝ ＝0.707Em U＝ ＝0.707Um 3.在正弦式交变电流中，最大值与有效值之间的关系为： 4.在非正弦式交变电流中，必须根据电流的热效应求解有效值。 即“三同”：电阻相同，时间相同(一个周期)，热量相同。 先计算交变电流在一个周期内产生的热量Q，再将热量Q用相应的物理量的有效值表示，即Q＝I2RT或Q＝ ，最后代入数据求解有效值。 保险丝的熔断电流及一切与热有关的交变电流的功、功率、热量等 一般交流电流表和交流电压表的读数 5.以下情况均指有效值。 注意：一般提到的交变电流的数值，若没有特殊说明，均指有效值。 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   I= 矩形单向脉冲电流   I= 非对称矩形脉冲电流   I= Im 平均值 04 1.交变电流图象中图线与时间轴所围的面积与时间的比值。 3.平均值适用于计算通过电路横截面电量。 2.公式 平均电动势： 平均电流： 电荷量： 交变电流的“ 四值” 05 名称 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＝Emsin ωt i＝Imsin ωt 分析交变电流在某一时刻的情况 最大值 最大的瞬时值 Em＝NBSω 确定用电器的耐压值 交变电流的“四值” 05 名称 物理含义 重要关系 适用情况 有效值 跟交变电流的热效应等效的恒定、电动势、电压或电流值 (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)电气设备标注的额定电压、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 计算通过电路横截面的电量 正弦式交变电流的公式和图像 06 我们可以采用哪些方法形象描述交变电流变化规律？ 1.公式： 2.图像： 学以致用 写出图示交流电压的瞬时表达式： 课堂小结 03 有效值：电流的热效应 周期和频率描述交变电流变化的快慢 01 02 交变电流 的描述 周期和频率 峰值和有效值 公式和图像 Em ＝NωBS 1.如图为一交变电流的图像，图中曲 线是正弦曲线的一部分，该交变电流电动势的有效值为 ( ) D A. B. C. D. 提升训练 25 2. 河南安阳·一模)如图1所示，为100匝的正方形闭合金属线圈， 边长为L，线圈整体处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，绕着与磁场垂直且 与线圈共面的轴匀速转动。图2是在匀速转动过程中穿过该线圈的磁通量随 时间按正弦规律变化的图像，则下列说法正确的是( ) A.线圈产生的最大电动势为 B.若线圈边长，则磁感应强度大小为 C.时感应电动势最小 D.时线圈中的电流改变方向 =𝑵𝑩𝑺𝝎=𝟓𝛑𝐕 C 提升训练 26 3.广东茂名·模拟预测)某款电热毯内部简化电路结构如图甲 所示，其中电热丝的电阻，电压表为理想交流电压表，交流电压的变 化规律如图乙所示，下列说法正确的是( ) C A.交流电压的变化频率为 B.图甲中交流电压表的读数为 C.电热毯工作时的电流为 D.电热毯工作时的功率为 , 提升训练 27 4．如图所示，一单匝闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动，转动过程中线框中产生的感应电动势的瞬时值为e＝0.5sin(20t) V，由该表达式可推知以下哪些物理量(　　) A．匀强磁场的磁感应强度 B．线框的面积 C．穿过线框的磁通量的最大值 D．线框转动的角速度 解析：由e＝BSωsin ωt，可得ω＝20 rad/s 由BSω＝0.5可求出BS数值，即磁通量的最大值Φm＝BS。 CD 提升训练 5．线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交流电的图象如图所示，由图可知(　　) A．在A和C时刻线圈处于中性面位置 B．在B和D时刻穿过线圈的磁通量为零 C．在A时刻到D时刻线圈转过的角度为π弧度 D．在A和C时刻磁通量变化率绝对值最大 中性面时 磁通量最大 感应电动势为零 感应电流为零 与磁感线平行时 磁通量为零 磁通量的变化率最大 感应电动势最大 感应电流最大 D 提升训练 6.四川攀枝花·三模)对同一个纯电阻发热原理的取暖器，先后通以图甲 和图乙所示的交变电流，则先后两次取暖器的发热功率之比为( ) D A. B. C. D. ,电流有效值为 , 可得先后两次取暖器的发热功率之比为 提升训练 30 FormatFactory : www.pcfreetime.com FormatFactory : www.pcfreetime.com T $