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

该高中物理课件聚焦交变电流的描述，系统讲解瞬时值、峰值、有效值、平均值等表征量及电感电容的作用，通过“灯泡忽明忽暗”等生活问题导入，衔接电磁感应知识，搭建从直流电到交流电的认知支架。 其亮点在于以“烧水等效”实例引入有效值，结合矩形波、正弦半波等波形计算培养科学推理与模型建构能力，通过对比表格深化物理观念。练习融入发电机实际问题，提升科学探究能力，助力学生理解抽象概念，为教师提供系统教学资源。

§3.2 交变电流的描述 表征交流电的物理量 瞬时值：e = nBSsin(t+φ) 最大值：Em=nBS 角频率： 周期： 频率： 相位：t+φ t e Em -Em o T T/2 反映不同时刻交流电的大小和方向 指交变电流各个参量一个周期内所能达到的最大值 相位决定了交变电流在某一时刻的方向和大小 3 讨论 通过电灯的交变电流不断变化，为什么看不出来灯泡忽明忽暗？ 交变电流下如何描述灯泡的： 亮度？ 瞬时值？ 平均效果？ 表征交流电的物理量 — 有效值 我的电流是恒定的 3A 我10分钟把水烧开 我10分钟也把水烧开！ 我的电流是变化的 电流有效值也是 3A i t i t 交流电的生热效果和 直流电相同 电的用处就是通过电流做功，将电能转化成其他形式的能。我们以热能为例。这两种电流做功在一个周期内的效果是一样的。 5 表征交流电的物理量 — 有效值 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。求该交变电流的有效值。 o i t 正弦式交流电的有效值？ Im2R Im2R/2 T/2 T 0 t p 正弦交流电有效值的计算 表征交流电的物理量 — 有效值 1. 定义：让交流电和恒定电流通过同样的电阻，如果它们在相同时间内， 产生热量相等，把恒定电流的值叫交流电的有效值 。 2. 物理意义：描述交流电做功或热效应的物理量。 3. 正弦交流电的有效值与最大值的关系： o e t 问题: 用电器上标示的电压是什么含义？ 用电器的标称值、交流电表的测量值一般是指有效值。 耐压值 通常交流电流表是整流电路+直流表头构成，整流后电流还周期性变化的，线圈受的磁力矩也是周期性变化的，但通常这个周期远小指针系统的固有周期，所以指针位置不随时间变化，指针位置由平均磁力矩决走，又由整流后平均电流决定。平均电流又与有效值间有一定比例关系。所以刻度盘上的刻度直接按对应的有效值刻划。这就是通常交流电测的是有效值的原因。其刻度是按正弦交流电刻划的，如果测非正弦交流电，就不准了。 9 峰值和有效值 1.交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值。 3.交流电流表和交流电压表的读数是有效值，对于交流电若有特殊说明的均指有效值。 2.在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值。 4.保险丝熔断电流指有效值。 注意事项： 问题 计算下列形式电流的有效值： 点2个人上黑板。要取一周期算。 11 t/s i/A 5 -5 o 0.02 0.01 t/s i/A 5 -5 o 0.02 0.01 问题 某交变电流随时间变化的规律如图所示，回路中的总电阻为2Ω，试比较完整周期内两者产生的焦耳热的关系. t/s i/A 5 -5 o 0.02 0.01 t/s i/A 5 -5 o 0.02 0.01 问题 某单匝线圈产生的交变电流随时间变化的规律如图所示，回路中的总电阻为2Ω，如何求 0 ～ 0.005s 内通过线圈横截面的电荷量？ 求面积 求面积。2中方法，积分法，或者用q=ndfai/dt，我经常把n忘了。磁通量可以通过Im求得。吐过求一个周期的。电荷过去又回来，电量算为0还是翻倍？ 13 练习 如图所示, 交流发电机的矩形线圈abcd中, ab=cd=50cm, bc=ad=30cm, 匝数n=100, 线圈电阻r=0.20Ω, 外电阻R=4.8Ω. 线圈在磁感应强度B=0.050T的匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴OO'匀速转动, 角速度ω=100π rad/s. 求： (1) 从图示位置开始计时, 写出感应电流 随时间变化的函数表达式; (2) t=1/6×10-2s时, 交流电压表和交流电流表的示数； (3) 此交流发电机的功率; (4) 从图示位置开始计时, 在四分之一周期内 通过R的电荷量q. 让学生做5min，点人上黑板 14 练习 如图所示, 交流发电机的矩形线圈abcd中, ab=cd=50cm, bc=ad=30cm, 匝数n=100, 线圈电阻r=0.20Ω, 外电阻R=4.8Ω. 线圈在磁感应强度B=0.050T的匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴OO'匀速转动, 角速度ω=100π rad/s. 求： (1) 从图示位置开始计时, 写出感应电流 随时间变化的函数表达式; 练习 如图所示, 交流发电机的矩形线圈abcd中, ab=cd=50cm, bc=ad=30cm, 匝数n=100, 线圈电阻r=0.20Ω, 外电阻R=4.8Ω. 线圈在磁感应强度B=0.050T的匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴OO'匀速转动, 角速度ω=100π rad/s. 求： (2) t=1/6×10-2s时, 交流电压表和交流电流表的示数； U = IR = 1.6×102V 测的是有效值 练习 如图所示, 交流发电机的矩形线圈abcd中, ab=cd=50cm, bc=ad=30cm, 匝数n=100, 线圈电阻r=0.20Ω, 外电阻R=4.8Ω. 线圈在磁感应强度B=0.050T的匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴OO'匀速转动, 角速度ω=100π rad/s. 求： (3) 此交流发电机的功率; P = I2(R+r) = 5.6×103W 焦耳热用有效值计算 发电效率？ 17 练习 如图所示, 交流发电机的矩形线圈abcd中, ab=cd=50cm, bc=ad=30cm, 匝数n=100, 线圈电阻r=0.20Ω, 外电阻R=4.8Ω. 线圈在磁感应强度B=0.050T的匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴OO'匀速转动, 角速度ω=100π rad/s. 求： (4) 从图示位置开始计时, 在四分之一周期内 通过R的电荷量q. 电荷量用平均值计算 比较：有效值与平均值 t/s i/A 5 -5 o 0.02 0.01 所以一个周期内，平均电流是0.因为电荷过来又过去了。 19 平均值与有效值 电动势平均值 电动势有效值（热效应） E有效= o e t 物理量 物理含义 重要关系 适用情况及说明 瞬时值 交变电流某一时刻的值 e＝Emsin ωt i＝Imsin ωt 计算线圈某时刻的受力情况 峰值 最大的瞬时值 Em＝nBSω Im＝Em/(R+r) 讨论电容器的击穿电压 有效值 跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值 E＝ U＝ I＝ 适用于正(余)弦式交变电流 (1) 计算与电流的热效应有关的量(如电功、电功率、电热等) (2) 电气设备“铭牌”上所标的一般是有效值 (3) 保险丝的熔断电流为有效值 平均值 图象中图线与时间轴所夹的面积与时间的比值 ＝n I= /(R+r) 计算通过电路横截面的电荷量 交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较 ω 45° 练习 如图所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为B。电阻为R、半径为L、圆心角为45°的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O轴以角速度ω匀速转动（O轴位于磁场边界）。则线框内产生的感应电流的有效值是多大？ 0 i/A t/s 让学生做 22 *电感电容对交变电流的影响 该章节用时6课时。 23 讨论 电阻对直流电有阻碍作用，对交变电流？ 电容器和电感器对直流、交流电有何作用？ 电容器( C )： 容纳电荷的元件 电阻器（R）： 限流的元件 电感器( L )：将电能转化为 磁场能而存储起来的元件 拓展学习——电感器对交变电流的作用 L S E 电感器对直流电作用 电感器对交流电作用 L S u 现象：通直流时小灯泡较亮，通交流时小灯泡变暗；说明什么？ 1. 感抗：电感线圈对交变电流的阻碍作用。用字母X L表示，单位是 欧 ( Ω )。 2. 意义：描述电感器对交变电流的阻碍作用大小的物理量。 拓展学习——电感器对交变电流的作用 思考：在电路中常用直流成分用“—”表示 、低频成分用“～”表示 、高频成分用“≋”表示，根据抗感XL = 2πƒL分析负载 R1 和 R2 上得到的电流的主要特征各是什么？ 高频扼流圈 构造：空心、匝数多（自感系数L小） 作用: XL = 2πƒL小 R1 L大 R2 ～ ≋ ≋ ～ R1 L小 R2 ～ ≋ ≋ ～ ～ 通直流，通低频，阻高频 XL = 2πƒL大 低频扼流圈 特点: 铁芯 、匝数多（自感系数L大 ） 作用: 通直流，阻交流 6.电感器的应用 高频扼流圈 低频扼流圈 结构特点 作用 ——扼流圈 线圈绕在铁芯上,匝数多，自感系数大、感抗大（L大） 线圈绕在铁氧体上,匝数少，自感系数小、感抗小（L小） 通直流，阻交流 通直流，通低频，阻高频 拓展学习——电感器对交变电流的作用 电容器对直流电作用 C S E 电容器对交流电作用 C S u 现象：通直流时小灯泡不发光，通交流时小灯泡发光但较暗；说明什么？ 1. 容抗：电容器对交变电流的阻碍作用。用字母 XC 表示，单位是 欧 ( Ω )。 2. 意义：描述电容器对交变电流的阻碍作用大小的物理量。 拓展学习——电容器对交变电流的作用 直流电能否通过电容器？ 交流电能否通过电容器？电荷真的通过了电容器？如何理解？ 3. 因素： 电容器的电容C 交变电流的频率 f C 越大，f 越高，XC 越小 通高频，阻低频。 4.电容器特点： 通交流，隔直流。 C S u 5. 实质：电容器两极板上积累的电荷对向这个方向定向移动的电荷的反抗作用 拓展学习——电容器对交变电流的作用 容抗大：C小 容抗小：C大 练习 如图，交流电源的输出电压为u，频率为f，A、B、C灯亮度相同。回答下列问题 （1）拔出电感线圈L中的铁芯后，B灯亮度将如何变化？ （2）在电容器C中插入电介质之后，C灯亮度如何变化？ （3）将交流电源的频率提高时，三个灯的亮度如何变化？ （4）改接输出电压为的直流电源时，三个灯的亮度如何变化？ 设通过电阻R的正弦交流电位i=Im•sinωt，则交流电的瞬时功率为： 作出交流电的p-t图像如图所示，图线中曲线与时间轴所包围的面积表示这一交流电在一个周期内产生的热量Q交；为了求此面积，将“移峰填谷”。由于对称性将直观看出曲线与t轴包围的面积正好等于高为 ，宽为T的矩形面积。由交流电的有效值：Q交=Q直 有： i/A t T 2T 0 8 eq \x\to(E)＝Bleq \x\to(v) eq \x\to(E) eq \x\to(E) $