第1节 交变电流的特点-【金版新学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册同步课堂高效讲义教师用书（鲁科版）

第1节　交变电流的特点 【核心素养目标】 物理观念 能区分直流和交流电流，掌握交变电流的周期、频率、最大值、有效值等概念。会计算现实生活中交变电流的有效值。 科学思维 建立正弦式交流电模型，学会用等效替代法、公式法解决实际问题。 科学探究 能观察恒定电流和交变电流的图像。 科学态度与责任 能领会交流电的使用对人类社会带来的巨大进步。 一、直流电流和交变电流 1.恒定电流：电流大小和方向都不随时间变化。 2.直流电流：方向不随时间变化的电流为直流电流，俗称直流电。 3.交变电流：电流大小和方向随时间做周期性变化，俗称交流电。 二、交变电流的周期和频率 1.周期 (1)交变电流完成一次周期性变化所需要的时间，称为交变电流的周期，用符号T表示。 (2)国际单位：秒(s)。 (3)意义：描述交变电流变化快慢的物理量。周期越大，表示交变电流完成一次周期性变化所需要的时间越长，也就是变化得越慢。 2.频率 (1)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称为交变电流的频率，用符号f表示。 (2)国际单位：赫兹(Hz)。 (3)描述交变电流变化快慢的物理量。频率越大，表示交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数越多，也就是变化得越快。 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正弦规律变化。 三、交变电流的最大值和有效值 1.最大值：交变电压和电流能达到的最大值，又称峰值。交变电流的电压、电流的峰值分别用Um和Im表示。 2.有效值：让恒定电流和交变电流分别通过阻值相等的电阻，如果它们在相同时间内产生的热量相等，则把该恒定电流的数值规定为这个交变电流的有效值。交变电流的电压、电流的有效值分别用U、I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＝＝0.707Um；I＝＝0.707Im。 学生用书⬇第59页 4.有效值的几种说法 (1)平时所说的220 V交流电源。 (2)各种电气仪表上所显示或测量出来的交流量值的大小。 (3)各种交流用电器铭牌上所标示的额定电压、额定电流等量值。 (4)人们提到的没有特别声明的某一交流量值。 1.判断正误 (1)方向不变的电流就是恒定电流。(×) (2)i -t波形图是正弦曲线的一定是交变电流。(×) (3)大小、方向随时间周期性变化的电流就是交变电流。(√) (4)直流电源有正负极，而交流电源没有。(√) 2.链接实景 如图所示电路，其中二极管的特点是单向导电。a、b两端接在手摇式发电机两端时，又会观察到怎样的现象？为什么？ 提示：当接在手摇式发电机两端时，两个发光二极管间或地闪亮，原因是发电机产生与直流电流不同的电流，两个发光二极管一会儿接通这一个，一会儿再接通另外一个，电流方向不停地改变。 知识点一　直流电和交流电 家庭生活用电是交流电，此前我们学过的电池对外供电是直流电，你知道家庭生活用电与电池对外供电的区别吗？ 又该如何来区分直流电和交流电呢？ 提示：家庭生活用电，电流方向不断变化。而电池对外供电电流方向不变。 要区分直流电和交流电主要看它们的电流方向是否发生变化。 1.直流电和交流电的理解 (1)直流电是方向不随时间变化的电流；交变电流是大小和方向随时间做周期性变化的电流，或大小不变、方向改变的电流。 (2)区分直流电和交流电的关键是看电流的方向是否随时间发生变化。 2.直流电和交流电的图像区别 (1)直流电分类及图像： ①大小和方向都不随时间改变的电流叫恒定电流，如图甲所示。 ②方向不随时间改变而大小随时间改变的电流叫脉冲直流电，如图乙所示。 (2)交变电流的分类及图像： ①正弦交流电随时间变化的图像是一条正弦曲线，如下图所示。从图中可以知道正弦交流电的最大值Im和周期T。 ②非正弦交流电的形式多种多样，如下图是几种常见的交变电流的图像。 关于交变电流，下列说法正确的是 (　　) A.变化的电流，一定不是直流电 B.大小不变的电流，一定是恒定电流 学生用书⬇第60页 C.方向变化的电流是交变电流 D.方向变化的电流不一定是交变电流 答案：C 解析：大小变化，方向不变的电流是直流电，故选项A错误；大小不变的电流，如果方向变化，就不是恒定电流，故选项B错误；交变电流是指方向随时间变化的电流，不管其大小是否变化，只要方向变化就是交变电流，故选项C正确，D错误。 下列属于交变电流的是(　　) 答案：C 解析：选项图A、B、D所示电流方向不变，是直流电；选项图C所示电流大小不随时间变化，但方向随时间做周期性变化，是交变电流。故选C。 1.区分直流电和交流电的关键是看其方向是否变化：(1)方向不变→直流电流； (2)大小和方向都不变→恒定直流； (3)方向随时间做周期性变化→交变电流。 2.e -t、i -t图像纵坐标的正负表示方向。 针对练1.在下列几种电流的波形图中，能表示生活、生产用电的是(　　) 答案：C 解析：选项图A是直流电，选项图B为方波形交流电，选项图C为正弦式交流电，选项图D为脉冲交流电，而生活、生产用电为正弦式交流电。故选C。 针对练2.(多选)下列关于交变电流的周期和频率说法正确的是(　　) A.为了描述交变电流的周期性变化引入了周期，而不是频率 B.周期为0.02 s的交流电，其频率为50 Hz C.周期和频率互为倒数关系 D.频率为50 Hz的正弦式交变电流的方向每秒改变50次 答案：BC 解析：周期和频率都是为了描述交变电流的周期性变化而引入的，周期是完成一次周期性变化所需的时间，频率是在1 s内完成周期性变化的次数，所以周期和频率互为倒数关系。正弦式交变电流在每个周期内电流方向改变2次，所以50 Hz的正弦式交变电流每秒内电流方向改变100次。故B、C正确，A、D错误。 知识点二　交变电流有效值的理解与计算 　　如图甲、图乙中电炉烧水，设其他条件都相同，水的质量相等，水的初温相同，忽略热量散失。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。 (1)两种情况的通电时间、电阻热量相同吗？ (2)交变电流的有效值是多少？ 提示：(1)烧开水的时间即通电时间相同，水吸收的热量也相同，故电阻热量相同。 (2)有效值是3 A。 1.对交变电流有效值的理解 (1)交变电流的有效值是根据电流的热效应来定义的，交变电流和恒定电流是一种等效替代关系。 (2)理解交变电流的有效值要注意“三同”：电阻相同，时间相同，产生的热量相同。 (3)在交流电路中，电压表、电流表等电工仪表的示数均为交变电流的有效值，在没有具体说明的情况下，所给出的交变电流的电压、电流指的都是有效值。 (4)在计算交变电流通过导体产生的热量和电功率以及确定保险丝的熔断电流时，只能用交变电流的有效值，如电功率的计算式P＝UI中，U、I均为有效值。 2.交变电流有效值的计算方法 (1)若是正弦式交变电流，可利用交变电流的有效值与峰值间的关系求解，即U＝；I＝。 学生用书⬇第61页 (2)若不是正弦式交变电流，则必须根据电流的热效应来求解其有效值，时间通常取一个周期。 计算方法：假设让交变电流通过电阻R，计算交变电流在一个周期内产生的热量Q(可分段计算)，其中热量Q用相应的物理量I或U来表示(如Q＝I2RT或Q＝T)，则I或U为交变电流相应的有效值。 (多选)下列说法正确的是(　　) A.发电机、电动机铭牌上所标电压、电流值为有效值 B.电容器的击穿电压应大于所加交变电压的最大值 C.交流电压表所测数值为瞬时值 D.保险丝允许通过的电流值为平均值 答案：AB 解析：发电机、电动机铭牌上所标电压、电流值为有效值，选项A正确；电容器的击穿电压应大于所加交变电压的最大值，选项B正确；交流电压表所测数值为有效值，选项C错误；保险丝允许通过的电流值为有效值，选项D错误。 在图甲的电路中，通入如图乙所示的交变电流，此交变电流的每个周期内，前三分之一周期电压按正弦规律变化，后三分之二周期电压恒定。电阻R的阻值为12 Ω，电表均为理想电表，下列判断正确的是(　　) A.该交变电流的电压有效值为6 V B.电流表的示数为0.1 A C.电阻R一个周期内产生的热量为12 J D.电压表的示数为6 V 答案：A 解析：设此交变电流的电压有效值为U，根据有效值定义可得·＋·＝T，解得U＝6 V，则该交变电流的电压有效值为6 V，即电压表的示数为6 V，故A正确，D错误；由闭合电路欧姆定律可得电流表的示数为I＝＝0.5 A，故B错误；由焦耳定律得电阻R一个周期内产生的热量为Q＝I2Rt＝0.52×12×3 J＝9 J，故C错误。故选A。 计算有效值时应注意以下几点 1.只有正弦式交变电流才能用I＝计算。 2.交变电流正负半周最大值不等时，分段计算电热。 3.应取一个周期或周期的整数倍计算电热。 针对练1.一交变电流的电流随时间变化的图像如图所示，则此交变电流的有效值为(　　) A.5 A B.5 A C.2 A D.3.5 A 答案：C 解析：将交变电流通过阻值为R的电阻，设交变电流的有效值为I，则根据有效值的定义有(4 A)2R·＋(2 A)2R·＝I2RT，解得I＝2 A，故选项C正确，选项A、B、D错误。 针对练2.如图为一交变电流的E -t图像，图中曲线是正弦曲线的一部分，两正弦曲线的峰值分别为E1和E2，该交变电流电动势的有效值为(　　) A. B. C. D. 答案：D 解析：根据交变电流的有效值的定义可知R·＋R·＝()2R·T，解得E＝。故选D。 针对练3.一电阻接到方波交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q方；若该电阻接到正弦交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q正。该电阻上电压的峰值均为U0，周期均为T，如图所示。则Q方∶Q正等于(　　) A.1∶ B.∶1 C.1∶2 D.2∶1 答案：D 解析：根据焦耳定律知热量与电阻中的电流方向无关，故Q方＝T；而正弦交流电电压的有效值等于峰值的，故Q正＝T＝·T，所以＝2∶1，D正确。 学生用书⬇第62页 1.关于交流电的有效值U和最大值Um，下列说法中正确的是(　　) A.任何形式的交流电都具有U＝的关系 B.只有正弦交流电才具有U＝的关系 C.照明电压220 V，动力电压380 V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 答案：B 解析：电压、电流的有效值和峰值之间的倍关系是仅限于正弦交流电而言的，所以A错误，B正确；在没有特殊说明情况下的电流和电压均指有效值，C错误；交流电压表和交流电流表测的都是有效值，D错误。 2.(多选)如图所示的四种随时间变化的电流图像，其中属于交变电流的是(　　) 答案：CD 解析：电流的大小和方向都随时间做周期性变化的电流是交变电流，A、B所示的电流虽然大小做周期性变化，但电流的方向不变，所以不是交变电流，选项C、D正确，A、B错误。 3.(多选)某正弦式交变电流的方向在1 s内改变100次，则其周期T和频率f分别为(　　) A.T＝0.01 s　　　　　 B.T＝0.02 s C.f＝100 Hz D.f＝50 Hz 答案：BD 解析：由于正弦式交变电流每周期内方向改变两次，所以其频率为50 Hz，由T＝得T＝0.02 s，B、D项正确；A、C项错误。 4.电流通过阻值为R的电阻时，i2 -t图像如图所示，下列说法正确的是(　　) A.电阻R两端电压的最大值为IR B.该电流一定是交变电流 C.～T时间内电流按余弦规律变化 D.该电流的有效值为I 答案：A 解析：由题图可知通过电阻R的最大电流为I，故电阻R两端电压的最大值为IR，故A正确；由题图可知i2一直大于零，电流方向可能不变，故该电流不一定是交变电流，故B错误；由题图可知～T时间内，i2均匀减小，故～T时间内电流不是按余弦规律变化，故C错误；根据有效值的定义有I2R·＋R·＝RT，解得该电流的有效值为I有＝I，故D错误。故选A。 学科网（北京）股份有限公司 $