3.2 正弦交变电流的描述 课件-2025-2026学年高二下学期物理教科版选择性必修第二册

第三章 交流电 2 正弦交流电的描述 High school physics 教科版选择性必修第二册 教科版选择性必修第二册 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 01 知道交变电流的周期、频率的概念，掌握T、f、ω之间的关系。 03 理解正弦交变电流的公式和图像。 重点 重难点 重点 教科版选择性必修第二册 教科版选择性必修第二册 正弦式交变电流产生过程中的两个特殊位置 图示 概念 中性面位置 与中性面垂直的位置 特点 B⊥S B∥S Φ＝BS，最大 Φ＝0，最小 ，最大 电流为零，方向改变 电流最大，方向不变 最小 知识回顾 教科版选择性必修第二册 教科版选择性必修第二册 从中性面开始计时 瞬时电动势e随时间变化的规律： 负载电压u随时间变化的规律： 电流i随时间变化的规律： 知识回顾 教科版选择性必修第二册 教科版选择性必修第二册 将手摇发电机与发光二极管连成闭合回路，转动发电机的手柄： 二极管频闪发光，你知道二极管多久闪一次吗？ 情境导入 教科版选择性必修第二册 教科版选择性必修第二册 01 周期和频率 教科版选择性必修第二册 t/s u/V 0 Um -Um 0.02 0.04 教科版选择性必修第二册 教科版选择性必修第二册 线圈转动与电压电流的变化有什么规律？ 线圈每转一周，电压、电流都发生一次周期性变化 观察与思考 教科版选择性必修第二册 教科版选择性必修第二册 1.周期： 交变电流完成一次周期性变化所需的时间 符号：T 单位：秒（s） 2.频率： 交变电流完成周期性变化的次数与所用时间之比； e=Emsinωt i=Imsinωt u=Umsinωt 数值等于交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数 符号：f 单位：赫兹（Hz） 提炼与总结 教科版选择性必修第二册 教科版选择性必修第二册 3.周期与频率的关系： 4.角速度与周期、频率、转速的关系： ω=2πf= 2πn 5. 电力系统提供的正弦交流电的频率称为工频。 我国使用的频率标准为50Hz(相应周期为0.02s) 提炼与总结 教科版选择性必修第二册 教科版选择性必修第二册 (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。(　　) (3)我国交流电1 s内电流的方向改变100次。(　　) √ × √ 辨析 教科版选择性必修第二册 教科版选择性必修第二册 1.(多选)矩形金属线圈共10匝，绕垂直于磁场方向的轴在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生的感应电动势e随时间t变化的情况如图所示。下列说法正确的是 A.此交变电流的频率为0.2 Hz B.1 s内电流方向变化10次 C.t＝0.1 s时，线圈平面与磁场方向平行 D.1 s内线圈转5圈 √ √ 例题 教科版选择性必修第二册 教科版选择性必修第二册 由题图可知T＝0.2 s，故f＝ Hz＝5 Hz，即1 s内完成5个周期，线 圈转5圈，每转1圈电流方向改变2次，则1 s内电流方向变化10次，故A错误，B、D正确； 在t＝0.1 s时，e＝0，所以线圈平面与磁场方向垂直，故C错误。 教科版选择性必修第二册 教科版选择性必修第二册 02 峰值和有效值 教科版选择性必修第二册 教科版选择性必修第二册 教科版选择性必修第二册 定义： 纯电阻电路 Um ＝ ImR 峰值 交流电在一个周期内电压和电流所能达到的最大值。 关于峰值的说明： Im＝ 核心知识 教科版选择性必修第二册 教科版选择性必修第二册 定义： 峰值 交流电在一个周期内电压和电流所能达到的最大值。 关于峰值的说明： 交流电压的峰值不能超过它们所能承受的电压，否则就有被击穿而损坏的危险 耐压值（最大值) 电容器、二极管 核心知识 教科版选择性必修第二册 教科版选择性必修第二册 如果是正弦交流电那怎么计算热量呢？ 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中产生多少热量； Q＝Rt1＋Rt2＝10 J (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，这个电流大小为多少。 由I2R(t1＋t2)＝Q解得I＝ A 教科版选择性必修第二册 教科版选择性必修第二册 有效值 如果交流电与某一直流电通过同一电阻，在交流电的一个周期内产生的热量相等，则这个直流电的电流和电压值，就分别称为相应交流电电流和电压的有效值。 定义： 我10分钟把水烧开 我10分钟也把水烧开！ 核心知识 教科版选择性必修第二册 教科版选择性必修第二册 有效值 关于有效值的说明： E＝ 正弦交流电 U＝ I＝ 核心知识 教科版选择性必修第二册 教科版选择性必修第二册 有效值 关于有效值的说明： 在非正弦交变电流中，必须根据电流的热效应求解有效值。 R R ~ I直＝ I有＝ 电流热效应的等效 核心知识 教科版选择性必修第二册 教科版选择性必修第二册 有效值 关于有效值的说明： 交流用电器上标出的额定电压和额定电流； 一般交流电流表和交流电压表的读数； 保险丝的熔断电流及一切与热有关的交变电流的功、功率、热量等； 核心知识 教科版选择性必修第二册 教科版选择性必修第二册 交流用电设备所标的额定电压和额定电流 无特别说明时提到的交变电流的数值均指有效值 交流电压表、电流表的读数 保险丝的熔断电流 核心知识 教科版选择性必修第二册 教科版选择性必修第二册 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？ 把击穿电压为6 V的电容器接在此电源上会不会被击穿？ 额定电压、额定电流有效值 答案　小灯泡不会被烧坏；电容器会被击穿。 66 V 耐压值（最大值) 讨论交流 教科版选择性必修第二册 教科版选择性必修第二册 2.(来自教材)一根电阻丝接入100 V的直流电，1 h内产生的热量为Q，同样的电阻丝接入正弦交流电路中，2 h内产生的热量也是Q，则该交流电电压的峰值为 A.141.4 V B.100 V C.70.7 V D.282.8 V √ 由题意及公式Q=t知，该交流电电压的峰值U满足·1 h=·2 h，解得U=100 V，故B正确。 例题 教科版选择性必修第二册 教科版选择性必修第二册 3.(多选)(2025·广元市高二期末)已知两个完全相同的电热器A、B，当A通以如图甲所示的方波式交变电流，B通以如图乙所示的交变电流时，下列说法正确的是 A.图甲中交变电流的有效值为I0 B.图乙中交变电流的有效值为I0 C.这两个电热器的电功率之比PA∶PB=5∶8 D.这两个电热器的电功率之比PA∶PB=9∶8 √ √ 教科版选择性必修第二册 教科版选择性必修第二册 对题图甲，根据电流有效值定义有R×+()2R×=RT，解得题图甲中交变电流的有效值为I甲=I0，故A正确； 对题图乙，根据电流有效值定义有()2R×+(I0)2R×=RT，解得题图乙中交变电流的有效值为I乙=I0，故B错误； 这两个电热器的电功率之比==，故C正确，D错误。 教科版选择性必修第二册 教科版选择性必修第二册 正弦交流电每一时刻的电压、电流都在变化，那么如何求出任意时刻的电压或电流呢？ 教科版选择性必修第二册 教科版选择性必修第二册 03 正弦交变电流的公式和图像 教科版选择性必修第二册 e=Emsinωt i=Imsinωt u=Umsinωt 教科版选择性必修第二册 教科版选择性必修第二册 正弦交变电流的公式和图像可以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。 e O 2 4 6 t/s 8 核心知识 教科版选择性必修第二册 教科版选择性必修第二册 若已知电压、电流最大值分别是Um、Im，周期为T，则正弦交变电流电压、电流表达式。 正弦交变电压的图像如图所示： e=Emsinωt i=Imsinωt u=Umsinωt =Emsint =Imsint =Umsint 核心知识 教科版选择性必修第二册 教科版选择性必修第二册 4.(2025·成都市高二期末)如图甲为小型交流发电机的原理图，阻值为r=1 Ω的单匝矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴OO'匀速转动，通过导线给一阻值为R=9 Ω的电阻供电。从t=0时刻开始，电阻R两端电压随时间变化的图像如图乙所示。下列说法正确的是 A.线圈转动的角速度为100 rad/s B.t=0时刻，线圈平面与磁感线平行 C.线圈的最大磁通量为 Wb D.线圈的热功率为9 W √ 例题 教科版选择性必修第二册 教科版选择性必修第二册 由题图乙可知，周期为0.02 s，角速度ω==100π rad/s，故A错误； 由题图乙可知，t=0时刻，电阻R两端的电压为零，则线圈中的感应电动势也为零，线圈平面与磁感线垂直，故B错误； 根据题意可知电动势最大值Em=r+Um=(×1+9) V=10 V，又由Em=BSω，整理得Φm=BS== Wb，故C正确； 电阻R两端电压的有效值U==9 V，线圈的热功率P=I2r=()2r=1 W，故D错误。 教科版选择性必修第二册 教科版选择性必修第二册 分析正弦式交变电流图像问题的几个要点 注意横、纵坐标表示的物理量，以及图像上的特殊位置、周期、峰值等信息。 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。 注意把图像和瞬时值表达式结合起来分析解决问题。 总结提升 教科版选择性必修第二册 教科版选择性必修第二册 描述交变电流的物理量 瞬时值e=Emsin ω t 周期T 频率f 关系 T=或f= 峰值 Em=NBs ω =NΦm ω 正弦式交变电流峰值与有效值的关系 E＝I＝U＝ 计算有效值必须满足三同：相同电阻、相同时间、相同热量 变化快慢 变化大小 变化范围 热效应 平均效果 课堂小结 教科版选择性必修第二册 教科版选择性必修第二册 本 课 结 束 Keep Thinking! 教科版选择性必修第二册 教科版选择性必修第二册 $