3.2 描述交变电流的物理量 课件-2025-2026学年高二上学期物理粤教版选择性必修第二册

第二节 描述交变电流的物理量 第三章　交变电流 理解正弦式交变电流的公式和图像。 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。 02 知道交变电流的周期、频率的概念，掌握T、f、ω之间的关系。 01 重点 03 重难点 重点 恒定电流大小方向都不变，可通过电压 U 和电流 I 定量描述； 正弦式交变电流的大小和方向都随时间发生周期性变化， 如何描述这种电流的变化特征呢？ e t O 公司logo 公司logo 导入 01 周期和频率 仔细观察下图中的交变电流变化规律，他们有什么异同？ e O 2 4 6 t/s 8 e O 2 4 6 t/s 8 交变电流完成一次周期性变化的时间不同 相同时间内周期性变化的次数不同 公司logo 公司logo 观察与思考 周期和频率 反映交变电流做周期性变化快慢 1.周期(T)：交变电流完成一次周期性变化的时间 2.频率( f )：交变电流在一段时间内周期性变化的次数与所用时间之比 3.角速度与周期、频率、转速的关系： 单位：赫兹，简称赫，符号是Hz T＝ ω＝＝2πf＝2πn 公司logo 公司logo 核心知识 如图为我国照明电路的u－t图像。 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？ 100次 0.02 s f＝=50 Hz 公司logo 公司logo 讨论与交流 (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。(　　) √ × 辨析 1.(多选)已知某交流发电机产生的交变电流的瞬时值表达式为 i＝10sin 10πt (A)，则 A.该交变电流的频率为5 Hz B.该交流发电机线圈转动的角速度为10 rad/s C.该交变电流的峰值为10 A D.若线圈的匝数N＝10，则穿过线圈的磁通量的最大值为0.1 Wb √ √ 例题 由表达式i＝10sin 10πt (A)可知发电机线圈转动的角速度为10π rad/s，交变电流的峰值为10 A，选项B错误，C正确； 根据ω＝2πf得f＝5 Hz，选项A正确； 因电动势的峰值未知，故无法求出穿过线圈的磁通量的最大值，选项D错误。 02 峰值和有效值 如图是通过一个R＝1 Ω的电阻的电流i随时间t变化的图像。 (1)0~1 s内电阻R中产生的热量为？ 0~0.5s，Q1 = I12Rt1= 42×1×0.5 J= 8J 0.5~1s，Q2 = I22Rt2 = 22×1×0.5J=2J 总热量Q = Q1+Q2 = 10J (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，这个电流大小为？ I2Rt =10J I = A 峰值（Em、Im、Um） 1.峰值：交变电流的电压和电流的最大值 Im＝ Um＝ImR Em ＝NωBS Um ＝ Im R外 2.纯电阻电路中： 公司logo 公司logo 核心知识 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？ 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 交变电压的峰值不能超过电容器、二极管等元器件所能承受的最大电压 公司logo 公司logo 观察与思考 有效值（E、I、U） 1.定义：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 交变电流 Q交 = Q直 ～ R U ～ U R 公司logo 公司logo 核心知识 有效值（E、I、U） 2.关于有效值的说明 t/s e/V 0 Em -Em 0.02 0.04 (2)非正弦式交变电流中：必须根据电流的热效应求解有效值 I＝＝0.707Im E＝＝0.707Em U＝＝0.707Um (1)正弦式交变电流中： 公司logo 公司logo 核心知识 以下情况均指有效值 交变电流的数值，若没有特殊说明，均指有效值 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） 公司logo 公司logo 核心知识 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 公司logo 公司logo 讨论与交流 2.(2024·普宁市高二期末)在同一电热器中分别通入如图所示的甲、乙两种交变电流，则该电热器在甲、乙两种电流下对应的电功率 P甲∶P乙为 A.5∶4 B.5∶8 C.1∶1 D.1∶2 √ 例题 对题图甲，有R+(I0)2RRT，解得甲电流有效值I1＝I0，乙电流的有效值为I2＝I0，该电热器在甲、乙两种电流下对应的电功率，故选A。 1. (2025·广州五校高二下联考)如图所示为某种周期性变化的交变电流的电流－时间关系图像，其中前半个周期电流按正弦规律变化，则一个周期内该电流的有效值为 A.I0　　　　　B.I0　　　　　 C.　　　　　D. √ 公司logo 公司logo 针对训练 根据有效值的定义有()2R·+R·＝I2RT，解得一个周期内该电流的有效值为I＝I0，故选A。 03 用图像描述交变电流 怎样详细描述交变电流的情况？ 若从线圈通过中性面时开始计时，交变电流的图像是正弦曲线 公司logo 公司logo 观察与思考 若已知电压、电流最大值分别是Um、Im，周期为T，则 电势 电动势 电压 电流 e＝Emsin ωt u＝Umsin ωt i＝Imsin ωt 公司logo 公司logo 核心知识 3.(2024·广东卷)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 √ 例题 由题图可知交流电的周期为0.02 s，则频率为f＝＝50 Hz，故A错误； 根据题图可知电压的峰值为10 V，根据欧姆定律，电流的峰值Im＝＝0.2 A，故B错误； 电流的有效值为I＝＝0.2 A，所以电阻在1秒内消耗的电能W＝I2Rt＝ 0.22×50×1 J＝2 J，故C错误； 根据题图可知电阻两端电压表达式为u＝Umsin ωt＝Umsin(t) ＝10sin (100πt) V，故D正确。 2.(多选)(2024·茂名市高二期末)标有“220 V　40 W”的电灯，电容为20 μF、耐压值为300 V的电容器和阻值R＝22 Ω的电阻并联接到交流电源上，电路如图甲所示，　为理想交流电压表，交流电源的输出电压如图乙所示，闭合开关，下列判断正确的是 A.t＝0时刻，交流电压表的示数为零 B.电容器将被击穿 C.电灯的电功率为40 W D.通过电阻的电流i＝10sin (100πt) A √ √ 公司logo 公司logo 针对训练 交流电压表显示的是有效值，则t＝0时刻，交流电压表的示数为 V ＝220 V，A错误； 根据题图乙可知220 V>300 V，即交流电源输出电压的最大值大于电容器的击穿电压，则电容器将被击穿，B正确； 根据上述可知，电源输出电压的有效值为220 V，恰好等于电灯的额定电压，则电灯的电功率为额定功率40 W，C正确； 通过电阻的电流最大值Im＝＝10 A，ω＝＝100π rad/s，故通过电 阻的电流i＝10sin (100πt) A，D错误。 3.注意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 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.注意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 公司logo 公司logo 总结提升 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 ω＝＝2πf＝2πn 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! $