专题 交变电流规律的应用 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 专题：交变电流规律的应用 1.进一步理解交变电流的有效值的物理意义，并会进行计算(重点)。 2.知道交变电流峰值、瞬时值、有效值、平均值的区别，并会进行有关计算。 学习目标 内容索引 一、交变电流有效值的计算 二、交变电流“四值”的比较及应用 < 一 > 交变电流有效值的计算 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)利用公式Q=I2Rt和Q=t可分别求得电流有效值和电压有效值。 (3)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。 (2024·湖北卷)在如图所示电路中接入正弦交流电，灯泡L1的电阻是灯泡L2的2倍。假设两个二极管正向电阻为0、反向电阻无穷大。闭合开关S，灯泡L1、L2的电功率之比P1∶P2为 A.2∶1 B.1∶1 C.1∶2 D.1∶4 例1 √ 两个二极管正向电阻为0、反向电阻无穷大，二极管导通则短路并联的灯泡，此时另一个灯泡与电源串联，根据电路图可知在一个完整的周期内，两个灯泡有电流通过的时间相等都为半个周期，电压有效值相等，则根据P=，可知P1∶P2=RL2∶RL1=1∶2，故选C。 (2025·绵阳市高二期末)在连续均匀的海浪冲击下，停在海面的浮船上下做受迫振动。如图，船下方通过长为L的绝缘轻杆连接着质量为m、长度为d的水平金属棒MN，位于纸面内。已知整个系统在竖直方向近似做简谐运动，浮船的运动速度随时间变化的关系式为v=Aωsin (ωt+φ)。若将海面下地磁场的水平分量视为磁感应强度大小为B、垂直于纸面向里的匀强磁场，忽略金属棒MN的电阻，金属棒MN两端电压的最大值设为Um，有效值设为U，则 A.Um=BdAω B.Um=BLAω C.U=BdAω D.U=BLAω 例2 √ 由已知条件可知，金属棒速度的最大值为vm=Aω，因此，可知金属棒两端产生的电压的最大值Um=Bdvm=BdAω，故A、B错误； 有效值为U==BdAω，故C正确，D错误。 返回 < 二 > 交变电流“四值”的比较及应用 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 电流为正弦 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 峰值 最大的瞬时值 Em=NωBS Im= 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值 电流为正弦交变电流时： 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 (2025·眉山市高二期中)如图所示为一交流发电机和外接负载的示意图，线圈的面积是0.05 m2，线圈的一半面积在磁场内，共有100匝，线圈电阻为1 Ω，外接电阻R=9 Ω，匀强磁 例3 答案　e=25sin 10πt (V)　 场的磁感应强度为B= T，当线圈以300 r/min的转速匀速旋转时，若从线圈处于中性面开始计时，求： (1)线圈中感应电动势的瞬时表达式； 根据题意可得ω=2πn=10π rad/s，线圈的一半面积在磁场内， 故有效面积为，则正弦交流电瞬时值表达式e=NBωsin ωt， 联立解得e=25sin 10πt (V)； (2)线圈每转过一周，外力所做的功； 答案　6.25 J 根据正弦交流电最大值表达式Em=NBω，电动势有效值E有=，由闭合电路欧姆定律可得I有=，线圈每转过一周，外力所做的功等于整个回路产生的焦耳热，则有W=Q=(R+r)T，T=，代入数据解得W=6.25 J； (3)线圈转过 s的过程中流过电阻R的电量。 答案　 C 线圈转过 s的过程中，线圈转过的角度为θ=ωt=， 根据电流=可得q=Δt，由闭合电路欧姆定律可得=， 联立电磁感应定律=N，解得q=N= C。 (2025·遂宁市高二期末)匝数为N的正方形金属线框ABCD电阻为R，边长为L，AB边右侧有垂直于金属线框平面向里的匀强磁场区域(磁场区域足够大)，磁感应强度大小为B。金属线框以AB边为转轴，以角速度ω匀速转动(转动方向如图所示)，从图示位置为计时起点，则下列说法正确的是 针对训练 A.在0~时间内通过金属线框的电荷量为 B.金属线框中产生的感应电动势的瞬时表达式为e=NBL2ωcos (ωt) C.转动一圈金属线框中产生的焦耳热Q= D.转动过程中，金属线框中电流的有效值I= √ 在0~时间内通过金属线框的电荷量为q=Δt=Δt==，故A错误； 根据题意可知，在0~和~时间内，感应电动势的瞬时表达式为e=NBL2ωsin (ωt)，在~时间内，金属线框ABCD转至AB边左侧，不在磁场内，不切割磁感线，无感应电动势产生，故B错误； 转动一圈金属线框中产生的焦耳热Q=2··=，故C错误； 根据有效值的定义，有Q=I2R·=，解得I=，故D正确。 拓展学习：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阻碍作用 (1)感抗：电感器对交变电流的阻碍作用，用“XL”表示。 (2)影响感抗大小的因素：自感系数L，交流电频率f。XL=2πfL。 (3)电感器作用：“通直流，阻交流”；“通低频，阻高频”。 2.电容器对交变电流的阻碍作用 (1)容抗：电容器对交变电流阻碍作用的大小，用“XC”表示。 (2)影响容抗大小的因素：电容C，交流电频率f。XC=。 (3)电容器作用：“隔直流，通交流”；“通高频，阻低频”。 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？ 例4 答案　变亮 根据感抗XL=2πfL可知，拔出电感线圈中的铁芯后，L变小，感抗变小，B灯将变亮； (2)在电容器C1中插入电介质之后，C灯亮度如何变化？ 答案　变亮 根据电容的决定式C= 在电容器C1中插入电介质后，电容C1变大，根据容抗XC=可知， 容抗变小，C灯将变亮； (3)仅将交流电源的频率提高为2f时，三个灯的亮度如何变化？ 答案　A灯亮度不变，B灯变暗，C灯变亮 仅将交流电源的频率提高为2f时，电阻R的阻值不变，故A灯亮度不变，根据感抗XL=2πfL可知感抗变大，B灯变暗，根据容抗XC=可知容抗变小，C灯变亮； (4)改接输出电压为u的直流电源时，三个灯的亮度如何变化？ 答案　A灯亮度不变，B灯变亮，C灯熄灭 改接输出电压为u的直流电源时，电阻R的阻值不变，A灯亮度不变； 感抗减小到零，B灯变亮； 直流电流不能通过电容器，C灯熄灭。 返回 本课结束 第 三 章 $