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

3.2 交变电流描述 第三章 交变电流 如何描述这种电流的变化特征呢？ i t O 教学用交流发电机产生的电流，大小和方向都在不断地变化，是一种正弦式交变电流。 导入新知 2、理解交变电流的峰值、有效值的概念，会根据电流的热效应计算电流的有效值（重难点）。 1、知道交变电流的周期、频率的概念，掌握T、f、ω之间的关系（重点）。 3、理解正弦式交变电流的公式和图像（重点). 素养目标 观察下图中的交变电流变化快慢相同吗？ i O 2 4 6 t/s 8 i O 2 4 6 t/s 8 交变电流的变化快慢不同 3.发电机转子的转速：决定正弦式交变电流周期和频率大小 1.周期( T / s )：交变电流完成一次周期性变化所需的时间 2.频率( f / Hz )：交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数 T＝ f＝ ω＝＝2πf＝2πn 一、周期和频率 (1)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做圆周运动的周期。(　　) (2)交变电流在1 s内电流方向变化的次数就是它的频率。(　　) √ × 一、周期和频率 1、如图为我国照明电路的u－t图像。 f＝=50 Hz 每秒电流方向改变100次 这个交变电流的周期为多少？ 频率为多少？ 每秒电流方向改变多少次？ T=0.02 s 例题精选 2.(多选)一个矩形线圈在匀强磁场中转动，产生的感应电动势大小为e＝220sin 100πt V，则( ) A.交变电流的频率是100π Hz B.t＝0时，线圈位于中性面 C.交变电流的周期是0.02 s D.t＝0.05 s时，e有最大值 BC 例题精选 上一节中，我们知道正弦式交变电流的变化规律是怎样的？ e=Emsinωt i=Imsinωt u=umsinωt 1、峰值： Em ＝NωBS 峰值 Um ＝ Im R外 交变电流的峰值是交变电流在一个周期内所能达到的最大数值，可以用来表示交流电的电流或电压变化幅度。 Im＝ Um＝ImR 2.纯电阻电路中： 二、峰值和有效值 1.有效值：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和电压叫作这一交变电流的有效值 通过大小相同电阻R 在交流电的一个周期内 恒定电流 交流 Q交 = Q直 我国家用交变电流的电压为220V,这里的“220V”是怎么来的？ 二、峰值和有效值 ①交流用电器上标出的额定电压和额定电流； ②一般交流电流表和交流电压表的读数； ③保险丝的熔断电流； （一切与热有关的交变电流的功、功率、热量等） 注意：以后提到的交变电流的数值，若没有特殊说明，均指有效值。 2.以下情况均指有效值： 二、峰值和有效值 有效值（E、I、U） 3.正弦式交变电流有效值与峰值关系 t/s u/V 0 Um -Um 0.02 0.04 I＝＝0.707Im E＝＝0.707Em U＝＝0.707Um (1)正弦式交变电流中 二、峰值和有效值 4、计算交变电流有效值应注意： (1)计算有效值时要注意根据电流的热效应，抓住“三同”： “相同时间”内“相同电阻”上产生的“热量相同”，进而列式求解。 (2)交变电流的有效值是根据电流的热效应来规定的，与电流的方向无关，一般以一个周期来计算有效值。 二、峰值和有效值 2. 如图所示的交变电流，每个周期内的前三分之一个周期电压按正弦规律变化。则该交流电压的有效值为（ ） A.4 V B.4 V C.2 V D. V A 由交流电的有效值的定义可知，在0~1 s时间内Q1＝t1＝×1＝，在1~3 s时间内Q2＝t2＝×2＝，则在0~3 s时间内有Q＝Q1＋Q2＝T，解得U有效＝4 V，故选A。 例题精选 (来自教材)A、B是两个完全相同的电热器，A通以如图甲所示的方波交变电流，B通以如图乙所示的正弦交变电流。这两个电热器的电功率之比PA∶PB等于多少？ 解：根据有效值的定义，对A电热器， 有R·＋(I0)2R·RT 解得有效值IA＝I0 对B电热器，电流的有效值IB＝ 根据电功率公式P＝I2R可得PA∶PB＝∶＝5∶4。 例题精选 (多选)(2024·湖州市高二期末)如图甲所示是某种电热毯的电路图，电热毯接如图乙所示的电源，电热毯由一理想二极管D(正向电阻为零，反向电阻为无穷大)与电热丝串联组成。若电热丝的电阻为110 Ω，下列说法正确的是（ ） A.交变电流的周期为1×10-2 s B.用理想交流电压表测得电热丝两端的电压为110 V C.通过电热丝的电流为2A D.电热丝的热功率为220 W BD 例题精选 (2025·景德镇市检测)如图所示，电阻R1与电阻R2串联接在交流电源上，且R1＝R2＝10 Ω，电源电压u＝20sin 100πt(V)，R1和理想二极管D(正向电阻为0、反向电阻无穷大)并联，则R2上的电功率为( ) A.10 W B.15 W C.25 W D.30 W C 例题精选 某交流电压的瞬时值表达式u＝6sin (100πt) V。 把击穿电压为6 V的电容器接在此电源上会不会被击穿？ 把标有“6 V　2 W”的小灯泡接在此电源上会不会被烧坏？ 电容器所能承受的电压的最大值为6 V，小于交流电压的最大值 电容器会被击穿 二、峰值和有效值 某交流电压的瞬时值表达式u＝6sin (100πt) V。 把标有“6 V　2 W”的小灯泡接在此电源上会不会被烧坏？ 交流电压的瞬时值表达式中有效值为6 V 标有“6 V　2 W”的小灯泡中的6 V是有效值 小灯泡不会被烧坏 二、峰值和有效值 我们可以采用哪些方法形象描述交变电流变化规律？ 正弦式交变电流的公式和图像 t/s 0 三、正弦式交变电流的公式和图像 名称 物理含义 重要关系 应用情况 瞬时值 交变电流某一时刻的值 正弦式交变电流时： e＝Emsin ωt i＝Imsin ωt 分析交变电流在某一时刻的情况，如计算某一时刻线圈受到的安培力 最大值 最大的瞬时值 Em＝NBSω Im＝ 电容器的击穿电压 5.交变电流“四值”的比较及应用 二、峰值和有效值 有效值 跟交变电流的热效应等效的恒定电流值 正弦式交变电流时： E＝ U＝ I＝ (1)计算与电流热效应相关的量(如电功率、电热、热功率) (2)交流电表的测量值 (3)电气设备标注的额定电压、额定电流 (4)保险丝的熔断电流 平均值 交变电流图像中图线与时间轴所围面积与时间的比值 ＝n 计算通过电路横截面的电荷量 q＝Δt＝n 二、峰值和有效值 (来自教材)如图所示， 矩形线圈面积为S，匝数为n，线圈电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO'轴以角速度ω匀速转动，外电路电阻为R。当线圈由图示位置转过90°的过程中， 求： (1)通过电阻R的电荷量q； 线圈由图示位置转过90°过程，磁通量的变化量ΔΦ ＝BS 线圈转过90°所用的时间为Δt＝ 平均感应电动势为＝n 平均感应电流为＝ 通过电阻 R的电荷量为 q＝·Δt＝ 例题精选 (2)电阻R上所产生的热量Q。 线圈中感应电动势的有效值为E＝ 电流的有效值为I＝ 电阻R上产生的热量为Q＝I2RΔt＝。 例题精选 为保证自行车夜间骑行安全，在自行车上安装了尾灯，其电源为固定在后轮的交流发电机，如图甲所示。交流发电机的原理图如图乙所示，线圈在车轮的带动下绕OO'轴转动，通过滑环和电刷保持与尾灯连接，矩形线圈ABCD的面积为10 cm2，共有100匝，线圈总电阻为1 Ω，线圈处于磁感应强度大小为10 T的匀强磁场中，尾灯灯泡电阻为3 Ω，当线圈转动的角速度为8 rad/s时，下列说法正确的是（ ） A.线圈从图乙所示位置开始计时，其转动过程中产生的电动势为e＝8cos8t (V) B.线圈每转一圈，尾灯产生的焦耳热为3π J C.线圈从图乙所示位置转过90°过程中产生 　的电动势的平均值为 V D.线圈从图乙所示位置转过90°过程中流过　 　尾灯电流的平均值为 A C 例题精选 物理量 函数表达式 图像 电动势   电压   电流   从中性面开始计时的正弦式交变电流的公式和图像 e＝Emsin ωt＝E有效sin t u＝Umsin ωt＝U有效sint i＝Imsin ωt＝I有效sint 三、正弦式交变电流的公式和图像 1.横、纵坐标表示的物理量，图像上的特殊位置、周期、峰值等。 2.把图像和线圈的转动过程联系起来。应用中性面或与中性面垂直的平面的特点分析解决问题。 3.把图像和瞬时值表达式结合起来分析解决问题。 分析正弦式交变电流图像问题的几个要点 t/s 0 三、正弦式交变电流的公式和图像 3.将阻值为50 Ω的电阻接在正弦式交流电源上。电阻两端电压随时间的变化规律如图所示。下列说法正确的是 （ ） A.该交流电的频率为100 Hz B.通过电阻电流的峰值为0.2 A C.电阻在1秒内消耗的电能为1 J D.电阻两端电压表达式为u＝10sin (100πt) V D 例题精选 频率：交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数 有效值 T＝ 周期 和频率 周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间 交变电流的描述 峰值和 有效值 正弦式交变电流的公式和图像 峰值 f＝ e＝Emsin ωt＝E有效sin t u＝Umsin ωt＝U有效sint i＝Imsin ωt＝I有效sint 课堂小结 $