3.2 交变电流的描述 课件-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

2. 交变电流的描述 第三章 交变电流 1 2 3 周期和频率 峰值和有效值 正弦式交变电流的 公式和图像 关键词 教学目录 2 关键词 核心素养 1 2 3 4 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 能够运用周期、频率、峰值和有效值等概念描述 交变电流的基本特征，理解其与恒定电流的区别。 能够通过数学推导建立交变电流瞬时值、峰值 与有效值之间的关系，体会用三角函数描述周 期性变化的科学方法。 能够通过分析交变电流波形图，探究其有效值与 峰值之间的定量关系，并设计简单实验验证理论 推导结果。 能够认识到交变电流有效值概念在实际应用中 的重要性，关注电气设备标称参数的科学依据。 核心素养 教学重难点 重点 难点 （1）通过周期与频率关系式，掌握交变电流变化快慢的描述方法 （2）通过正弦函数表达式和图像，理解交变电流的有效值与峰值关系 （1）通过热量等效概念，理解交变电流有效值的物理意义 （2）通过公式推导与图像结合，掌握ω、T、f之间的转换关系 问题导入 正弦式交变电流的大小和方向都随时间发生周期性变化，观察下图中的交变电流变化规律，这两种情况下电流有什么异同 e O 2 4 6 t/s 8 e O 2 4 6 t/s 8 交变电流的变化快慢不一样。 我们该如何描述交变电流变化的快慢？ 周期和频率 1. 周期T：交变电流完成一次周期性变化所需的时间，叫做交变电流的周期，通常用 T 表示，单位（s）。 2. 频率f：周期的倒数叫作频率，数值等于交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数。通常用 f 表示，单位是赫兹（Hz）。 3.转速：产生交变电流的线圈单位时间内转过的圈数，用n表示，单位是转每秒（r/s）。n= f 交变电流与振动和波一样具有周期性，与任何周期性过程一样，交变电流也可以用周期和频率表示其变化快慢。 周期和频率 一交变电流的电压随时间的变化图像如图所示，这个交变电流的周期是多少？频率是多少？在1s内电流的方向变化了多少次？并试着写出该交变电流的电压瞬时值的表达式？ 由图像可知 T=0.02s =50Hz 1个周期电流方向变化2次，1s内方向变化100次 U=Umsin100πt 我国生产和生活所用交流电： （1）周期：T=0.02s （2）频率：f=50Hz （3）角速度：ω=100π rad/s （4）在1s内电流的方向变化100次 例1（24-25高二下·全国·课前预习）某交流发电机给灯泡供电，产生正弦式交变电流的图像如图所示，下列说法中正确的是（　　） A．交变电流的频率为0.02Hz B．交变电流的瞬时值表达式为 C．在0.01s时，穿过交流发电机线圈的磁通量为零 D．1s末线圈平面与磁感线垂直，感应电流最大 C 周期和频率 峰值和有效值 提出问题：若线圈从中性面开始计时，以ω匀速转动，写出线圈中产生的电动势、电流、电路电压随时间变化的函数表达式 1、交变电流峰值（Em、Im、Um）：指交变电流各个参量一个周期内所能达到的最大值。表示交变电流的强弱或电压的高低。 电容器所能承受的电压要高于交流电压的峰值，否则电容器就可能被击穿。 思考与讨论：如图所示通过一个R=1Ω的电阻的电流i随时间变化的曲线。它不是恒定电流。 （1）怎样计算通电1 S内电阻R中产生的热量? （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，这个电流是大？ 峰值和有效值 -2 1 2 i/A t/s -1 0 0.5 1 0-0.2s内电路中产生的热量：Q1=12×1×0.2=0.2J 0.2-0.5s内电路中产生的热量：Q2=22×1×0.3=1.2J 0.5-0.8s内电路中产生的热量：Q3=22×1×0.3=1.2J 0.8s-1s内电路中产生的热量：Q4=12×1×0.2=0.2J 1s内电阻R中产生的总热量：Q=Q1+Q2+Q3+Q4=2.8J （1）在每个时间段内，电流大小方向均不变 2.有效值 注：1.有效值：根据电流的热效应定义，产生的热量是等效的 2.有效值的计算：三个相同（相同电阻、相同时间、相同热量）. 3.列式求解时注意时间至少取一个周期或为周期的整数倍。 (1)定义：根据电流的热效应来规定，让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果在交变电流的一个周期内它们产生的热量相等，则此恒定电流的电流与电压分别为I、U，我们就把I、U叫作这一交变电流的有效值。 峰值和有效值 （2）.理论计算表明，正弦式交变电流的有效值I、U与峰值Im、Um之间的关系为： 例2、计算如图所示的交变电流的有效值。 峰值和有效值 峰值和有效值 （3）说明： ①交流用电器上标出的额定电压、额定电流、额定功率指的是有效值； ②一般交流电流表和交流电压表的读数是有效值； ③保险丝的熔断电流是有效值 ④以后提到的交变电流的数值，没有特殊说明的均指有效值. 保险丝 交流电表 用电器铭牌 b、求通过某导体截面的电量一定要用平均值 注意：峰值（最大值）、有效值、 平均值在应用上的区别 a、在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值 3.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。 平均电动势： 平均电流： 电荷量： 计算电荷量用平均值 峰值和有效值 ① 最大值：讨论电容器的耐压值 ② 有效值：标牌额定值、计算电功电热、电表读书、熔断电流 ③ 瞬时值：计算线圈在某时刻的位置 ④ 平均值：计算通过导体横截面积的电荷量 峰值和有效值 交变电流的“四值” 我们可以采用哪些方法形象描述交变电流变化规律？ 正弦式交变电流的 u-t 图像描述的是交变电压随时间变化的规律。可以全面记录和反映电流（或电压）每个时刻的情况。 正弦式交变电流 u-t 图像 1. 正弦式交变电流的 u-t 图像 2. 正弦式交变电流的表达式 , 正弦式交变电流的公式和图像 思考： 从中性面计时 从中性面垂面计时 正弦式交变电流的公式和图像 电感器和电容器对交变电流的作用 1.电感器对交变电流的作用 ①实验表明电感对交变电流有阻碍作用。 ②感抗：电感对交变电流阻碍作用的大小叫做感抗，用XL表示。 ③成因：由于交变电流是不断变化的，所以在电感上产生自感电动势，自感电动势是阻碍电流变化的。 实验和理论分析都表明，线圈的自感越大、交流的频率越高，线圈的感抗就越大。 口诀：通直流、阻交流、通低频、阻高频 L ~ u S B L E S A 18 电感器和电容器对交变电流的作用 3. 电容器对交变电流的作用 ①实验表明电容器对交流有阻碍作用。 ②容抗：电容对交变电流阻碍作用的大小叫做容抗，用XＣ表示。 ③成因：交变电压不断变化，电容器不断充电放电。 实验和理论分析都表明，电容器的电容越大，交流的频率越高，电容器对交流的阻碍作用就越小，即容抗越小。 口诀：隔直流、阻交流、通高频、阻低频 E S A ~ u S B 交变电流完成一次周期性变化所需的时间T 峰值和有效值之间的关系 周期的倒数叫作频率f 峰值和有效值 交变电流的描述 周期和频率 峰值：一个周期内所能达到的最大值 电感器和电容器对交变电流的作用 正弦式交变电流的公式和图像 课堂总结 1．某小型发电机产生的交变电动势为e＝50sin100πt（V），对此电动势，下列表述正确的是（ ）　 A．最大值是50V　　　 B．频率是100Hz C．有效值是25V D．周期是0.02s CD 课堂练习 2．如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速，绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图像如图乙中曲线a、b所示，则（　　） A．两次t＝0时刻线圈平面均与中性面垂直 B．曲线a、b对应的线圈转速之比为2∶3 C．曲线a表示的交变电动势频率为25 Hz D．曲线b表示的交变电动势有效值为10 V 课堂练习 3．如图所示为一交流电压随时间变化的图象。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。根据图中数据可得此交流电压的有效值为（　　） 课堂练习 A 4．如图甲所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一匝数为n、面积为S、总电阻为r的矩形线圈abcd绕轴OO′做角速度为ω的匀速转动，矩形线圈在转动中可以保持和外电路电阻R形成闭合电路，回路中接有一理想交流电流表，图乙是线圈转动过程中产生的感应电动势e随时间t变化的图像，正确的是（　　 ） A．从t1到t3这段时间穿过线圈的磁通量 变化量为2nBS B．从t3到t4这段时间通过电阻R的电荷量为 C．t3时刻穿过线圈的磁通量变化率为nBSω D．电流表的示数为 D 课堂练习 谢谢观看 Lavf56.15.102 Lavf56.15.102 $