第3章 2 交变电流的描述-【成才之路·学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册同步新课程学习指导(人教版)

跟踪训练4：B的示数为电源输出电压的有效值220V,选 项A、D错误；电源输出电压的有效值恰好等于灯泡的额定电 压，灯泡正常发光，选项B正确：电源输出电压的峰值U= 2202V≈311V,大于电容器的额定电压，故开关闭合时电容 器被击穿，选项C错误。 3.变压器 第1课时变压器的原理实验：探究变压 器原、副线圈电压与匝数的关系 实验要点梳理 一、1.闭合铁芯线圈2.交流电源负载 3.互感感应电动势4.磁场电场 二、3.可拆变压器 7.(1)断开(2)12V(3)最大量程 8.(1)能量损失理想化模型(2)①漏磁 经典题型剖析 例1：AC原、副线圈缠绕在一个闭合铁芯上，是为了减少磁场 能的损失，有效地传送电能，故A正确：铁芯不用整块金属做 成是为了防止涡流产生较多的热量从而烧坏变压器，故B错 误；变压器不改变交变电流的频率，只改变电压大小，故C正 确；变压器对恒定电流不起作用，故D错误。 例2：(1)B、E、G(2)A(3)增大 解析：(1)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实 验中，需要的器材是低压交流电源、可拆变压器、导线、多用 电表。 (2)实验操作中，为了人身安全，原线圈两端只能使用低压交 流电源，所用电压不要超过12V;实验通电时，不可用手接触 裸露的导线、接线柱等检查电路；使用多用电表测电压时，先 用最大量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量，选项A正 确，B、C错误。 (3)在实验中，某同学保持原线圈两端的电压及副线圈的匝 数不变，仅减小原线圈的匝数，根据变压器变压公式，副线圈 两端的电压将增大。 例3：(1)在误差允许的范围内，变压器原、副线圈的电压比等于 它们的匝数比(2)见解析 解析：(1)通过分析实验数据可得出实验结论，在误差允许的 范围内，变压器原、副线圈的电压比等于它们的匝数比。 (2)电压比与匝数比并不相等，主要原因是变压器有漏磁、铁 芯发热、导线发热等。 创新实验提升 :(1)24A(2)2A③交流电压④”号 解析：(1)由多用电表知，电阻为240，根据R=p冬，导线越 长，电阻越大，因为A线圈的电阻比B线圈的大，所以A线圈 总匝数多。 (2)②因为要测量A线圈总匝数，所以要把A全部线圈与低 压交流电源相连接；③变压器输入、输出均为交变电流，测电 压时要用交流电压挡测输入和输出电压；④根据变压器电压 比等于恒纸比，有号-片所以光 22 第2课时理想变压器的基本关系 探究点理想变压器的基本关系 2.(1)(2)降压升压 n2 43 n 判断正误 (1)V(2)×(3)V(4)× 例1：AC根据严_80%么可得接收线圈的输出电压，约为 n2 U. 8V,故A正确；由于存在磁漏现象，电流比不再与匝数成反 比，故B错误；变压器是不改变交变电流的频率的，故C正确； 由于穿过发射线圈的磁通量与穿过接收线圈的磁通量大小不 相同，所以穿过发射线圈的磁通量变化率与穿过接收线圈的 不相同，故D错误。 例2：B由图可知，交流电的周期为2.25s,故A错误；根据图乙 可知，输入电压最大值Um=482V,则输入电压有效值为U =二=48V,根据变压比可知，副线圈电压即电压表示数为 2 么-=2V,故B正确：R的阻值为见的2倍，根据并 联规律可知，两电阻的电压相同，根据欧姆定律可知，流经R, 和R,的电流之比为1：2，副线圈干路电流等于流经两电阻的 电流之和，则副线圈干路的电流为R电流的3倍，故C错误； 根据理想变压器的原理可知，原副线圈功率相同，故D错误。 故选B。 跟踪训练1：D根据理想变压器电压比与匝数比关系可知 U = ,“,由于输入电压不变，可知元， n'U2 n =,即 U sin oot n =?U。si血o;可知此时输出的交流电的周 n10 期为T-2红。故选D。 w 例3：40W0.25A 解析：因灯泡L正常发光，所以U=30V, 验-号品四每得么20v 哈产甲条器得5=wv 用电器R的电功率Pg=?=250W=40W。 因为理想变压器P=P,即U11=U2山2+UI,代入数据有： 220V·11=40W+15W, 解得原线圈中的电流I1=0.25A。 跟踪训练2：C理想变压器的铁芯不漏磁，每匝线圈的电压等 于V2的读数，则原线圈电压有效值为U1=n1×0.10V= 110V,副线圈电压有效值为，=山，原线圈输入功率等于 剧线周箱出功率，有4瓷则电压表V的示数为10V =1R,其中m1=1100。联立各式解得U2=220V,n2=2200 匝，C正确。087 2.交变电流的描冰 ●目标重点展示 素养目标 学习重点 1.知道交变电流的周期、频率、角速度的含义及其三者间 的关系。 物理观念 (1)周期和频率 2.理解交变电流有效值的含义，会根据有效值的定义求 (2)有效值的计算 交变电流的有效值。 (3)交变电流“四值”的 应用 1.体会等效思想在交变电流有效值计算中的应用。 科学思维 2.能用公式法和图像法描述正弦式交变电流。 探究点1周期和频率 [理解]对交变电流 的周期和频率的 1.周期T 理解 交变电流完成一次 变化所需的时间，通常用T表示，单位是 (1)周期和频奉是描 迷交变电流变化快慢 2.频率：交变电流完成周期性变化的次数与所用时间之比。数值等于交 的物理量。 (2)产生交变电流的 变电流在单位时间内完成周期性变化的 ,通常用f表示，单位是 线圈转动一周，交变 .0 [理解] 电流恰好完成一次周 3.角速度w 期性变化。 (1)定义：产生交变电流的线圈单位时间内转过的 (3)交变电流的周期 就是线圈在磁场中转 (2)单位：弧度每秒( 动一周所用的时间； (3)意义：角速度越大，则交变电流变化越快。 频奉就是1s内线圈 4.周期(T)、频率（月及角速度（ω）之间的关系 在磁场中转动的 (1)周期和频率之间的关系为T= 或f= 周数。 (2)角速度与周期、频率之间的关系为ω= [思考] 5.转速n 图示交变电流的周期 (1)定义：产生交变电流的线圈单位时间内转过的 是多少？频率是 多少？ (2)单位：转每秒(/s)。 个u/V (3)意义：转速越大，交变电流变化越快。 P[思考] 6.我国照明电路交变电流的周期和频率 0 0.02/ 0.0: 0.03六 (1)周期：T=0.02s。 -220 (2)频率：f=50Hz。 提示：周期为0.02s, (3)角频率：w=100πad/s,电流方向每秒钟改变100次。 频奉为50Hz。 088 [判断正误] (1)各国交变电流的周期都是0.02s。 ( (2)若交变电流是线圈在匀强磁场中匀速转动形成的，则交变电流的周期也 是线圈匀速转动的周期。 ( (3)我国提供市电的发电机转子的转速为3000r/min。 例1：（多选)一矩形线圈在匀强磁场中以角速度 ◆eW 4πrad/s匀速转动，产生的交变电动势的图像如10 0 图所示，则 ( 10 A.交变电流的频率是4πHz B.当t=0时，线圈平面与磁感线垂直 C.当t=0.5s时，e有最大值 D.交变电流的周期是0.5s 跟踪训练1：（多选）某小型发电机产生的交变电动势e=50sin100π (V),对此电动势，下列表述正确的是 A.频率是50Hz B.频率是100Hz C.周期是0.01s D.周期是0.02s 探究点2峰值和有效值 。新知导学 情境：如图是通过一个R=12的电阻的电流i ilA 随时间t变化的图像。 4 探究：(1)0~1s内电阻R中产生的热量为 0 0.5 多少？ [提示] (2)如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通 1)Q=R号+ 过这个电阻R,也能在1s内产生同样的热量，这个电流大小为多少？ [提示] R子=华1 ●要点归纳 0.5J+22×1×0.5= 10J。 1.峰值 (2)Q=PRT,I= (1)定义：交变电流的电压、电流所能达到的 数值。 √10A。 (2)应用：电容器所能承受的电压要 交流电压的峰值。 2.有效值 [理解] (1)定义：让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的 ,如果在 理解有效值重点在于 交变电流的一个周期内它们产生的热量 ,则这个恒定电流的电流、 “等效”。 〔相同电阻 电压U,叫作这一交变电流的有效值。 ●[理解] 有效值定 相同时间 (2)对有效值的这几，点说明 义中的 (一个周期) “三同” ①在计算交变电流通过导体的电功、产生的热量和电功率时，要用交变 相同热量 电流的有效值。 089 ②实际生活中交变电流的有效值 [思考] 1)使用交变电流的电气设备上所标注的额定电压和额定电流； 某交流电源的电压瞬 2)交流电表测量的数值； 时值表达式为u= 82sin(100mt)V,把 3)保险丝的熔断电流； 标有“8V2W”的小 4)无特别说明时提到的交变电流的电压、电流、电动势的数值。 灯泡接在此电源上会 (3)正弦式交变电流的有效值与峰值的关系 不会被烧坏？把标有 ①电动势的有效值：E Em≈0.707Em “8V”的电容器接在 此电源上会不会被 击穿？ ②电流的有效值：1=二≈0.7071。 提示：由u= 82sin(100元t)V ③电压的有效值：U=0.707U。 知，交变电压的最大 值是8√2V,有效值 》特别提醒 是8V,标有“8V 2W”的小灯泡中的 对于完整的了、（的正（余）弦波形的电流，上述公式同样成立 “8V”是有效值，因 此小灯泡不会被烧 [判断正误] 坏；而标有“8V”的 (1)一个正弦式电流的峰值同周期、频率一样是不变的，但有效值是随时间不 电容器被击穿。 断变化的。 [规律方法]有效值 (2)正弦式交变电流的正负两部分是对称的，所以有效值为零。 ( ) 的两种计算方法 (1)对于按正（余) (3)只要是交变电流，其峰值就是有效值的2倍。 ( 弦规律变化的交变电 (4)家用电器铭牌上标的电流、电压都是指有效值。 ( 流，可直接应用公式 [思考] 例2：某种交变电流随时间变化的图像如图所示，22 >0部分的图线是一个正弦曲线的正半周， 二计算对应的有 i<0部分的图线是另一个正弦曲线的负半周，2。 3o45i6o7 效值。 则这种交变电流的有效值为 ( (2)对于非正（余） 先确定此交变电流的周期，然，后用Q=1分别求出前半周期和后半周期产生的 弦式交变电流，必须 热量Q和Q2,在一个周期时间内，与此交变电流产生相同热量的恒定电流的值， 根据有效值的定义进 即为此交变电流的有效值 行计算。 A.Io B.√3Io C.21 D.√61o ①第一步：假设让交 变电流通过电阻R, 计算交变电流在一个 [规律方法] 周期内产生的热量Q 跟踪训练2：(2025·山东滨州期末)一个经 (可分段计算）： 双向可控硅调节后加在电灯上的电压如图所示， C ②第二步：列出相应 正弦交流电的每一个二分之一周期中，前面四分 的方程Q= 之一周期被截去。则现在电灯上电压的有效值 为 ) 下m或Q-发7 A.U B.t U C. U D. ③第三步：代入数 √2 3 值，求解有效值。 090 探究点3正弦式交变电流的公式和图像 1.正弦式交变电流的公式和图像可以详细描述交变电流的情况。若线 圈通过中性面时开始计时，交变电流的图像是 曲线。 2.若已知电压、电流最大值分别是U、I,周期为T, 则正弦式交变电流电压、电流表达式分别为“= i= 3.从交变电流图像中可以得到的信息 (1)交变电流的最大值Im、Em、Um、周期T。 (2)因线圈在中性面时感应电动势、感应电流均为零，磁通量最大，所以 可确定线圈位于中性面的时刻及线圈平行于磁感线的时刻。 (3)判断线圈中磁通量的变化情况。 (4)分析判断e、i、u随时间的变化规律。 (5)根据峰值求有效值等。 例3：小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场W [规律方法]分析正 中匀速转动，产生的感应电动势与时间成正弦00 弦式交变电流图像 0 函数关系，如图所示，此线圈与一个阻值为10 6t/10-2s) 问题的几个要点 2的电阻构成闭合电路，不计电路的其他电 (1)注意分析横、纵 阻，下列说法正确的是 坐标表示的物理量， A.感应电流的有效值为10√2A 以及图像上的特殊位 B.该交流电的频率为50Hz 置、周期、峰值等 C.若将该交流电接在阻值R=100Ω的电阻两端，则电阻消耗的功率是 信息。 50W (2)注意把图像和线 D.该感应电动势的瞬时值的表达式为e=l00·sin(25πt)V 圈的转动过程联系 起来。 >[规律方法] (3)注意把图像和表 跟踪训练3：(2021·北京卷)一正弦式交变 i/A 达式结合起来。 电流的i-t图像如图所示。下列说法正确的是 0.1012 0.30.40.5t/s A.在t=0.4s时电流改变方向 B.该交变电流的周期为0.5s C.该交变电流的表达式为i=2cos5πlA D.该交变电流的有效值为)A 素养能力提升 拓展整合·启智培优 正弦式交变电流“四值”的比较 物理量 物理含义 重要关系 适用情况及说明 从线圈位于中性面开 交变电流在某 始计时，有e=Esin wt 计算线圈某时刻的受 瞬时值 时刻的值 力情况 i=Isin ot 091 En=NBSw或Enm= 计算使用交变电流的 峰值 最大的瞬时值 NΦwIm=R+ 用电器的耐压值 (1)计算与电流的热效 应有关的量（如功、功 [注意] 跟交变电流的热 E= U=- 率、焦耳热等)；（2)电 (1)交变电流的平均 2 气设备“铭牌”上所标 有效值 效应等效的恒定 值不等于有效值，也 的值；(3)保险丝的熔 电流的值 I= 不是初、末状态眸时 2 断电流；(4)交流电路 值的平均值，平均值 中，电流表、电压表等 与交变电流的方向及 电表的示数 所取时间长短有关。 (2)交变电流的有效 交变电流图像中 计算通过导体某一横 值和电流的方向 图线与坐标轴所 无关。 平均值 围的面积与时间 E=N4Φ 截面的电荷量q=1· △t R+r E 的比值 ,4=N4五 △t= R+r >[注意] 例4：如图所示，线圈abcd的面积是0.05m2,共100匝， + 线圈电阻为1Ω，外接电阻R为9Ω，匀强磁场的 磁感应强度B-1T。当线圈以300/min的转速 匀速旋转时，则： (1)若从线圈处于中性面开始计时，写出线圈中感 R 应电动势的瞬时值表达式。 (2)线圈转过0s时，电动势的瞬时值为多大？（结果保留一位小数） (3)电路中，电压表和电流表的示数各是多少？（结果保留两位小数） (4)从中性面开始计时，经0s通过电阻R的电荷量为多少？ 092 跟踪训练4：如图甲所示，标有“220V40W”的 22021/W 灯泡和标有“20uF300V”的电容器并联到交流电源 上，⊙为理想交流电压表，交流电源的输出电压如图 -220.2 乙所示，下列判断正确的是 A所开开关1=时刻，①的示数为零 甲 B.断开开关时灯泡恰好正常发光 C.开关闭合时电容器不可能被击穿 D.断开开关，⑦的示数保持200√2V不变 夯基提能作业 请同学们认真完成练案[19 3.变压器 第1课时变压器的原理 实验：探究变压 器原、副线圈电压与匝数的关系 ○目标重点展示 素养目标 学习重点 物理观念 知道变压器的工作原理。 (1)变压器原理 会用控制变量法进行“探究变压器原、副线圈电压与匝数 (2)实验原理、实验器材、 科学探究 的关系”实验，分析实验数据.总结实验结论。 注意事项和误差分析 实验要点梳理系统学习·落实新知 ●变压器的原理 1构造：变压器是由 和 [思考] 原线圈 副线圈 绕在铁芯上的两个 组成的， 如图所示，理想变压 器原、副线圈的匝数 如图所示。 AC 21 之比n1:n2=4:1, 2.原线圈：与 连接的线 当导体棒在匀强磁场 圈叫原线圈，也叫初级线圈 中向左做匀速直线运 副线圈：与 连接的线圈 、铁芯 动切割磁感线且灯L 变压器的示意图 叫副线圈，也叫次级线圈。 正常发光时，灯L2会 3.变压器的工作原理 不会发光？ 变压器工作的基础是 现象。电流通过原线圈时在铁芯中激发 磁场，由于电流的大小、方向在不断变化，铁芯中的磁场也在不断变化。变化 的磁场在副线圈中产生 >[思考]