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配套课件（鲁科版）

第1节　交变电流的特点 　　　　 第3章 交变电流与远距离输电 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。 新知导学 1 合作探究 2 随堂演练 3 内容索引 课时测评 4 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 新知导学 返回 知识梳理 一、直流电流和交变电流 1.恒定电流：电流______和______都不随时间变化。 2.直流电流：______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________变化，俗称交流电。 大小 方向 方向 周期性 二、交变电流的周期和频率 1.周期 (1)交变电流完成一次________变化所需要的时间，称为交变电流的周期，用符号____表示。 (2)国际单位：秒(s)。 (3)意义：描述交变电流变化______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______。 周期性 T 快慢 越慢 2.频率 (1)交变电流在一段时间内完成________变化的次数与这段时间之比称为交变电流的频率，用符号___表示。 (2)国际单位：赫兹(Hz)。 (3)描述交变电流变化______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______，也就是变化得______。 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__________变化。 周期性 f 快慢 越多 越快 正弦规律 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______。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__________的电阻，如果它们在__________内产生的______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＝＝____________；I＝＝___________。 峰值 阻值相等 相同时间 热量 0.707Um 0.707Im 4.有效值的几种说法 (1)平时所说的________交流电源。 (2)各种电气仪表上所显示或__________的交流量值的大小。 (3)各种交流用电器铭牌上所标示的__________、额定电流等量值。 (4)人们提到的没有特别声明的某一______量值。 220 V 测量出来 额定电压 交流 自主检测 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。 返回 合作探究 返回 师生互动 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？ 知识点一 直流电和交流电 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。 要点归纳 (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 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 例1 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 例2 √ 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。 规律方法 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 √ 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 √ √ 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。 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？ 师生互动 知识点二 交变电流有效值的理解与计算 提示：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)交变电流的有效值是多少？ 提示：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。 要点归纳 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＝。 (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 例3 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 √ 例4 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。 规律方法 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 √ 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. √ 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 √ 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。 返回 随堂演练 返回 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 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 √ √ 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 √ √ 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 √ 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。 返回 课时测评 返回 √ 1.关于物理概念的定义所体现的思想方法，下列叙述正确的是 A.交变电流的有效值体现了等效思想 B.平均速度的概念体现了极限思想 C.电阻的概念体现了控制变量思想 D.重心的概念体现了理想模型思想 交变电流的有效值体现了等效思想，故A正确；平均速度的概念体现了等效替代的思想，故B错误；电阻的定义式为比值法，故C错误；重心的概念体现了等效替代思想，故D错误。故选A。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 √ 2.某正弦式交变电流i随时间t变化的图像如图所示。由图可知 A.电流的最大值为10 A B.电流的有效值为10 A C.该交变电流的周期为0.03 s D.该交变电流的频率为0.02 Hz 根据图像知，该交流电的最大电流为10 A，周期为0.02 s，故A、C错误；电流有效值：I＝ A＝10 A，故B正确；该交流电的频率为：f＝＝50 Hz，D错误。故选B。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 √ 3.下列关于交变电流的说法正确的是 A.正弦式交变电流在一个周期内电流的方向改变两次 B.交变电流的最大值总是有效值的倍 C.若正弦式交变电流的电流最大值为10 A，则它的最小值为－10 A D.演示交变电流随时间的变化规律时，应选用交流电流表 正弦式交变电流一个周期内电流方向改变两次，A正确；非正弦式交变电流的最大值和有效值一般不满足倍的关系，B错误；交变电流的正负表示方向，最小值为零，C错误；直流电流表通入交流电时指针的偏向、偏角大小随电流方向、大小发生变化，故演示交变电流随时间的变化规律时应选用直流电流表，D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 √ 4.如图是某品牌手机充电器，供电方式：～220 V、50 Hz，输出电流：120 mA－230 mA，空载输出电压：4.16～4.30 V，下列说法正确的是 A.220 V指输入电压的有效值 B.充电器输出的是50 Hz的交流电 C.充电器输入电压的周期为50 s D.输出电流为120 mA时每分钟通过充电线某截面的电量有2×10－3 C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 我国民用交流电电压为220 V，这里的220 V指的是交流电的有效值，A正确；充电器内部有整流电路，故输出的是直流电，B错误；充电器输入电压的周期T＝ s＝0.02 s，C错误；输出电流为120 mA时每分钟通过充电线某截面的电量为q＝It＝120×10－3×60 C＝7.2 C，D错误。故选A。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 √ 5.图甲、乙所示的u -t图像分别表示两种电压的波形，下列说法正确的是 A.图甲表示交流电，图乙表示直流电 B.两种电压的最大值都是311 V C.两种电压的有效值相同 D.两种电压都是交流电压，但周期、频率、有效值都不同 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 题图甲、题图乙都表示交流电，周期都是2×10－2 s，电压最大值都是311 V，题图甲的电压有效值为220 V，题图乙的电压有效值小于220 V，A、C、D错误，B正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 √ 6.在如图所示电路中接入有效值为220 V正弦式交流电，两个灯泡的电阻相同。假设二极管正向电阻为0、反向电阻无穷大。闭合开关S，通过灯泡L1、L2的电流有效值之比为 A.1∶ B.1∶ C.1∶2 D.1∶1 设灯泡L1的电压有效值为U1，有0＋·＝T，设灯泡L2的电压有效值为U2，有·＋·＝T，则＝＝。故选A。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 √ 7.一个小型电热器若接在输出电压为10 V的直流电源上，消耗电功率为P；若把它接在某个正弦交流电源上，其消耗的电功率为。如果电热器电阻不变，则此交流电源输出电压的最大值为 A.5 V B.5 V C.10 V D.10 V 设交变电压有效值为U，电热器电阻为R，接10 V直流电源时，P＝；接交流电源时，＝，联立得U＝5 V，交变电压最大值Um＝U＝5× V＝10 V。则C正确，A、B、D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 √ 8.如图所示，下列对图像的描述正确的是 A.该电压是恒定电压 B.该电压是直流电压 C.该电压的周期是0.2 s D.该电压的频率是 Hz 从图像可以看出每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 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，表示前后电压方向相反，所以是交变电压，D正确，A、B、C错误经过。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 √ 9.如图为通过定值电阻R＝1 Ω的电流－时间图像，则该电流 A.是一种直流电 B.周期为0.5 s C.有效值约为1.67 A D.在0～0.5 s内通过定值电阻的电荷量为0.75 C 该电流的方向随时间做周期性变化，是一种交流电，故A错误；该电流的周期为1 s，故B错误；根据有效值的定义有R·1 s＝[(1 A)2R·0.2 s＋(2 A)2R·0.3 s]×2，解得I有效＝ A≈1.67 A，故C正确；在0～0.5 s内通过定值电阻的电荷量为q＝(1×0.2＋2×0.3) C＝0.8 C，故D错误。故选C。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 √ √ 10.(多选)一电阻R接到如图甲所示的正弦交流电源上，两端电压的有效值为U1，消耗的电功率为P1；若该电阻接到如图乙所示的方波交流电源上，两端电压的有效值为U2，消耗的电功率为P2。若甲、乙两图中的U0、T所表示的电压值、周期值是相同的，则下列说法正确的是 A.U1＝ B.U2＝ C.P1＝ D.P1∶P2＝1∶5 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 由交变电流有效值的计算方法，可知题图甲所示电源电压的有效值U1＝＝，题图乙所示电源电压的有效值满足·＋·＝T，解得U2＝U0，故A正确，B错误；由电功率公式P＝，可知两种电源下电阻消耗的电功率表达式分别为P1＝，P2＝，即可得电功率之比为＝，故C错误，D正确。故选AD。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 √ 11.一个阻值R＝2 Ω的电阻中通有如图所示的交变电流(三角形脉冲交流电压的峰值是有效值的倍)，其中U0＝2 V，T＝2 s，则在0～60 s内，电阻R产生的焦耳热为 A.60 J B.80 J C.120 J D.240 J 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 根据有效值概念可知一个周期内电阻R产生的焦耳热为Q＝·＋·＝ J，则0～60 s内电阻R产生的焦耳热为Q总＝Q＝× J＝80 J。故选B。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 12.(多选)在如图甲所示电路中，电源电压如图乙所示，A、B间接有“220 V　440 W”的电暖宝、“220 V　220 W”的抽油烟机、交流电压表及保险丝。下列说法正确的是 A.交流电压表的示数为311 V B.电路要正常工作，保险丝的额定电流不能小于3 A C.电暖宝发热功率是抽油烟机发热功率的2倍 D.1 min内抽油烟机消耗的电能为1.32×104 J √ √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 交流电压表的示数表示有效值，为220 V，选项A错误；电路正常工作时，干路电流I＝ A＋ A＝3 A，显然，选项B正确；电暖宝几乎将电能全部转化为热能，而抽油烟机主要将电能转化为机械能，显然，电暖宝发热功率远大于抽油烟机发热功率的2倍，选项C错误；1 min内抽油烟机消耗的电能为W＝Pt＝220 W×60 s＝1.32×104 J，选项D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 13.(12分)先后用如图甲、乙所示的电流通过图丙中的电阻R，则电流表的示数分别为多少？ 答案：2.5 A　 A 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 电流表的示数为通过电阻R的电流的有效值。对题图甲所示的交变电流，在前半个周期内，它的有效值与正弦式交变电流的有效值相同，I＝＝ A，后半个周期不产生热量，则交流电在一个周期内通过电阻R所产生的热量Q交＝I2R·。由有效值的定义得I2R·＝RT，解得I1＝＝2.5 A。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 对题图乙所示的交变电流，周期为0.04 s，前0.02 s内电流大小、方向不变，产生的热量Q1＝R·，后0.02 s内电流的有效值为，产生的热量Q2＝()2R·，由有效值的定义有R·＋()2R·＝R·T，代入数据解得I2＝ A。 返回 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 谢 谢 观 看 第1节　交变电流的特点 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 $