第三章 2 交变电流的描述-【新课程能力培养】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册学习手册（人教版）

高中物理选择性必修第二册（人教版） >"2.交变电流的描述 知识梳理 知识点1 1.一次周期性变化2.周期性变化的次数 知识点2 1.某一时刻3.恒定电流 0.707Em 1/2 50.70muU。0701.4.A9 v2 V2 △t 要点突破 例1AD【解析】由图像可知该交变电流的电压 最大值为Um=10V,周期T-0.04s,所以瞬时值的表达 式为u=10sin50mt(V),A正确；0.01s末线圈电压最 大，处于与中性面垂直的位置，B错误；该交流电电压 的有效值为=。=5V2V,C错误；电阻消耗的功 V2 率为上代-5W,D正确。 变式训练1B 例2C【解析】电流方向随着时间周期性变化的 电流就是交流电，图甲、图乙均表示交流电，故A正 确；图甲中电压的最大值为20V,周期为0.02s,故表 达式为u=Usin2π1=20sin100mt(V),故B正确；图 T 乙所示电压的最大值为20V,根据有效值的定义，有 /2012 -V2T +0,解得U=10V,故C错误，D R R -× 2 正确。 变式训练2D 情境拓展 B【解析】根据E=nBwS,因n1>,故两线圈内电 动势的最大值不相等，电动势的有效值不相等，两电阻 消耗的电功率不相等，A、D错误；条形磁体转动的周 期即为线圈内交变电流的周期，故两线圈内交变电流的 频率相等，B正确；题图所示位置，匝数为的线圈磁 通量最大，感应电动势最小，匝数为2的线圈磁通量最 小，感应电动势最大，C错误。 >m3.变压器 知识梳理 知识点1 1.闭合铁芯3.互感4.输出功率P=P 34 知识点2 4.磁通量 要点突破 例1C【解析】原线圈两端的电压为U=220V,由 变压器的变压比=得副线圈两端电压为U,=10V, U22 副线圈接一个102电阻，副线圈中电流I2=1A,电功率 P=U1=10W,原线圈输人功率也为10W;由变压器的 变流比片光得立A,铁芯中磁通量的变化幸最大值 12 n1 为△中-E,由于具体的匝数未知，所以磁通量变化率 △tn 的最大值未知，所以答案是C 变式训练11320匝 例2C【解析】原线圈和副线圈电压与匝数的关 系为丛=凸=凸，解得=8V,=4V,由欧姆定律解 n n2 n3 得副线圈中的电流分别为1=0.8A,1=0.4A,输出功率 为PH=U以+U,1=8W,因为P=P人，所以输入电流1= 0.5A,故C正确。 变式训练2D 例3BC【解析】在输人电压和匝数比一定的情 况下，输出电压，是一定的，当R被小时，由上冬可 知电流表读数变大，故应向下移动，B正确；=，凸， n 在输人电压山一定的条件下，减小匝数比，则输出 2 电压2增大，故电流强度增大，应掷向2，C正确。 变式训练3D 情境拓展 C【解析】根据图乙得到原线圈电压的最大值为 50V,加在变压器原线圈上正弦式交流电压的有效值为 U=Um=25V2V,故电压表的示数为U=25V2V, V/2 故A错误；两点火针间的瞬时电压大于5000V即可产 生电火花，所以有效值一定大于5000V=25V2V, /2 而不一定大于5000V,故B错误；原、副线圈的电压 关系为盟=，由于原线圈最大电压为50V,副线圈 最大电压要大于5000V,所以必=>100，故C正 nI Ui 确；根据电压的图像可读出周期为T=0.02s,则相同频 率的交流电，转速为m=7=50转秒，故D错误。高中物理选择性必修第二册（人教版） 情境拓展 如图是一款高空风车及其发电模块原理 简图，该装置利用充气球将发电机带上高 空，通过电缆将电能传输到地面，可为救灾 场所等临时供电。在发电期间，发电机线圈 ab在某一时刻转至图示位置，则下列说法正 确的是( N 情境拓展题图 2.交变电 知识梳理 知识点1表征交变电流变化快慢的物 理量 1.周期T:电流完成 所用的时间。单位：秒，符号：S。 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它的频率，数值等 于变化电流在单位时间内完成的 。单位：赫兹，符号：Hz。 3.角频率ω：线圈在匀强磁场中转动的角速 度。单位：rad/s。 4.角速度、频率、周期的关系：w=2π52π。 36)学 A.高空风车发电的工作原理是电流的磁效应 B.无论风力多大，线圈ab的发电频率不变 C.该时刻线圈磁通量为零，感应电动势也 为零 D.该时刻线圈b端电势高于a端电势 流的描述 知识点2交变电流的瞬时值、峰值、 有效值、平均值 1.瞬时值：交变电流 的值，是时 间的函数。正弦交流电瞬时值的表达式为 e=E sin wt,u=Usin wt,i=sin wt。在求 解某一时刻线圈受到的磁力矩时，用的是 瞬时值。 2.峰值：交变电流的电流或电压所能达到的 最大值，也叫最大值；电容器的击穿电压 为最大值。 3.有效值：跟交变电流的热效应等效的 的值叫作交变电流的有效 值。正弦交流电的有效值与最大值之间的 关系：E= ,I= 各种交流电电气设备铭牌上所标示的值、 交流电表上所测得的读数以及在叙述中没有 特别加以说明的交流电的值，都是指有效值。 4.平均值：交流电的平均值是交流电图像中 波形与横轴所围的面积跟时间的比值，用 e= 计算。在求交变电流流过导体 的过程通过导体横截面积的电量时，用的 是平均值。 要点突破 川要点1交变电流的变化规律 交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平 均值的比较。 物理 物理 量 含义 重要关系 适用情况及说明 瞬时 交变电流 e=Emsin wt 计算线圈某时刻 值 某一时刻 的值 i=lsin wt 的受力情况 最大的瞬 Em=nBSo, 峰值 讨论电容器的击 时值 In- Em 穿电压 R+r 适用于正（余） 弦式交变电流 (1)计算与电流 跟交变电E= Em 的热效应有关的 流的热效 v2 量（如电功、电 有效 应等效U=U 功率、电热等) 值 的恒定电 2 (2)电气设备“铭 流值、 牌”上所标的一般 电 压值 v2 是有效值 (3)保险丝的熔 断电流为有效值 (4)交流电表的 示数 交变电流 图像中图 E =BLv, 平均 △Φ 线与时间E=n 计算通过电路截 值 轴所夹的 △ 面的电荷量 面积与时7= E 间的比值 R+r 第三章交变电流。 例1（多选）一线圈在磁场中转动产生的 正弦交流电的电压随时间变化的规律如图所 示。由图可知() /x102s 例1题图 A.该交流电的电压瞬时值的表达式为u= 10sin 50mt (V) B.0.01s末线圈处于中性面的位置 C.该交流电电压的有效值为10V2V D.若将该交流电压加在阻值为R=102的电 阻两端，则电阻消耗的功率为5W 思路点拨 交变电流在计算电功率时应使用有 效值，正弦交变电流的有效值和最大值 的关系是U=Un V2 B变式训练① 关于交变电流的感应电动势的有效值U 和最大值Um,下列说法正确的是（) A.任何形式的交变电流都具有U=U的 v2 关系 B.只有正（余）弦交变电流才具有U= v2 的关系 C.照明电压220V、动力电压380V指的都 是最大值 D.交流电压表和交流电流表测的都是最大值 学 37 高中物理选择性必修第二册（人教版） 川要点2求交变电流有效值的方法 1.公式法 利用E=E。,U=,1=计 V21 v2 算，只适用于正余弦式交变电流。 2.利用有效值的定义计算（非正、余弦式交 变电流) 在计算有效值时“相同时间”至少取一 个周期或周期的整数倍。 3.利用能量关系 当有电能和其他形式的能转化时，可利 用能的转化和守恒定律来求有效值。 温馨提示 非正、余弦式交变电流有效值的求 解根据电流的热效应进行计算，其中， 交变电流的有效值是根据电流通过电阻 时产生的热效应定义的，即让交变电流 和直流电流通过相同的电阻，在相同的 时间里若产生的热量相同，则交变电流 (电压)的有效值就等于这个直流电流 (电压)的值，即求解交变电流有效值 问题必须在相同电阻、相同时间、相同 热量的“三同”原则下求解。 例2图甲、乙分别表示两种电压的波形， 其中图甲所示的电压按正弦规律变化，图乙 所示的电压是正弦函数的一部分。下列说法 错误的是( 20 t/x10-2s 乙 例2题图 (38)学 A.图甲、图乙均表示交变电流 B.图甲所示电压的瞬时值表达式为u= 20sin 100mt (V) C.图乙所示电压的有效值为20V D.图乙所示电压的有效值为10V 思路点拨 只有正、余弦式交变电流才能利用 E=E。、=U2、1e计算有效 v2 V2 v2 值，在计算有效值时必须在相同电阻、 相同时间、相同热量的“三同”原则下 求解。 B变式训练② 一个匝数为100匝的 /Wb 10 闭合线圈处于某一磁场 中，磁场方向垂直于线 -5m 圈平面，从某时刻起， 变式训练2题图 穿过线圈的磁通量随时间变化的关系如图所 示，已知线圈的电阻为0.52，则线圈中交 变电流的有效值为( A.2XI0'A B.V3x10 A 2 C.2500V6A D.V3×103A 3 情境拓展 如图所示是简化 R 的某种旋转磁极式发 c 电机原理图。定子是 仅匝数n不同的两线 圈，n>m2,二者轴线 在同一平面内且相互 情境拓展题图 垂直，两线圈到其轴线交点O的距离相等， 且均连接阻值为R的电阻，转子是中心在O 点的条形磁体，绕O点在该平面内匀速转动 时，两线圈输出正弦式交变电流。不计线圈 电阻、自感及两线圈间的相互影响，下列说 3.变 知识梳理 川知识点1变压器的工作原理 1.变压器的构成：变压器由 和绕在铁芯上的两个线圈组成。 2.变压器的结构示意图和符号。 原线圈」 副线圈 ●入 铁芯 变压器示意图 工 变压器符号 3.变压器工作原理：在变压器原、副线圈中 由于有交变电流而发生 铁芯的作用：使绝大部分磁感线集中在 铁芯内部，提高变压器的效率。 4.理想变压器：忽略变压器原、副线圈的电 阻和各种电磁能量损失的变压器，磁通量 全部集中在铁芯内，称为理想变压器。理想 变压器的输入功率等于 即 第三章交变电流。 法正确的是() A.两线圈产生的电动势的有效值相等 B.两线圈产生的交变电流频率相等 C.两线圈产生的电动势同时达到最大值 D.两电阻消耗的电功率相等 压 器 知识点2理想变压器原、副线圈基本 关系的应用 1.P=P2或P人=PHo 2.=心=A亚，有多个副线圈时，仍然成 U22△U2 立，U===…。 ni n2 n3 3.4==丛，电流与匝数成反比，只对 I2n1△L2 一个副线圈的变压器适用，有多个副线圈 时，由输入功率和输出功率相等确定电流 关系，nl=nl+n3l+…。 4.原、副线圈的每一匝的 都相等， 磁通量变化率也相同，频率也就相同。 川知识点3互感器 电压互感器和电流互感器，比较如下： 比较项目 电压互感器 电流互感器 原理图 1④ 原线圈 并联在高压 串联在待测 的连接 电路中 高流电路中 副线圈 的连接 连接电压表 连接电流表 学 39