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，涵盖周期、频率、峰值、有效值及正弦式交变电流的公式和图像，通过课前填空、微训练夯实基础，课堂重难突破有效值计算与公式图像应用，构建从基础到进阶的学习支架。 其亮点是以物理观念为核心，结合情境体验（如电容器耐压需考虑峰值）和典例剖析（非正弦电流有效值计算）培养科学思维，微判断、随堂训练强化理解。学生能深化交变电流认知，教师可高效突破教学重难点。

3.2 交变电流的描述 目 标 素 养 1.知道交变电流周期、频率的物理意义,掌握它们之间的关系。 2.理解交变电流有效值的物理意义,掌握其计算方法。 3.会运用正弦式交变电流有效值和峰值的关系计算交变电流的有效值。 知 识 概 览 课前·基础认知 一、周期和频率 1.物理意义:描述交变电流变化快慢的物理量。 2.周期:交变电流完成一次周期性变化所需的时间,用T表示,单位是秒(s)。 3.频率:交变电流在1 s内完成周期性变化的次数,用f表示,单位是赫兹(Hz)。 微训练 关于正弦式交变电流的周期和频率,下列说法正确的是(　　) A.正弦式交变电流最大值连续出现两次的时间间隔等于周期 B.1 s内正弦式交变电流出现最大值的次数等于频率 C.正弦式交变电流方向变化的频率为交变电流频率的2倍 D.50 Hz的交变电流,其周期等于0.05 s 答案:C 解析:在一个周期内,交变电流会出现正向和负向最大值各一次,相邻两个峰值的时间间隔为半个周期,1 s内交变电流出现最大值的次数等于频率的2倍,选项A、B错误。交变电流在一个周期内方向改变两次,即方向变化的频率为交变电流频率的2倍,选项C正确。 ,选项D错误。 二、峰值和有效值 1.峰值。 (1)定义:交变电流的电压、电流所能达到的最大数值。 (2)应用:电容器所能承受的电压要高于交流电压的峰值。 2.有效值。 (1)定义:让交变电流与恒定电流分别通过相同的电阻,如果它们在交变电流的一个周期内产生的热量相等,则这个恒定电流的电流I、电压U,叫作这个交变电流的有效值。 (2)应用:①交流用电设备上所标的额定电压和额定电流;②交流电压表测量的数值;③无特别说明时提到的交变电流的数值。 微判断(1)交变电流的有效值总是小于峰值。(　　) (2)交变电流的峰值为有效值的 倍。(　　) (3)某段时间内的交变电流的有效值等于这段时间初、末时刻瞬时值的算术平均值。(　　) (4)我国民用交变电流的照明电压220 V和动力电压380 V都是指有效值。(　　) (5)交变电流的有效值即为一个周期内的平均值。(　　) × × × √ × 三、正弦式交变电流的公式和图像 1.公式描述:已知一正弦式交变电流的周期T或频率f,又知道它的电压的有效值U或峰值Um,可表示为 2.图像描述:以电压随时间变化为例,图像如图所示。 正弦式交变电流u-t图像 微思考 正弦交变电流的图像一定是正弦曲线吗? 提示:不一定。根据计时起点不同而定,也可能是余弦曲线。 课堂·重难突破 一 有效值的理解和计算 重难归纳 1.有效值的理解。 (1)交变电流的有效值是根据电流的热效应来定义的。 (2)理解交变电流的有效值要注意三同:电阻相同,时间相同,产生热量相同。 (3)几种情况的有效值: ①通常所说的交变电流的电流和电压值。 ②交变电流表和电压表表盘上标示的数值。 ③交变电流用电器上标注的额定电压、额定电流。 ④保险丝的熔断电流、电压等。 ⑤在没有具体说明的情况下,所给出的交变电流的数值都指有效值。 2.交变电流有效值的计算。 (1)若是正弦式交变电流,可利用交变电流的有效值与峰值间的关系求解,即 (2)若不是正弦式交变电流,则必须根据电流的热效应来求解其有效值,且时间取一个周期。 (3)求解思路:假设让交变电流通过电阻R,计算出交变电流在一个周期内产生的热量Q(可分段计算),其中热量Q再用相应的物理量I或U来表示,如Q=I2RT或 ,则I或U为交变电流相应的有效值。 3.几种常见交变电流有效值。 图甲为一电容器,图乙为保险丝管,请思考: (1)将电容器接在交流电路上,要保证电容器正常工作,需要考虑交变电流哪一个值? (2)若保证保险丝管正常使用,应考虑交变电流哪一个值? 提示:(1)交变电流的最大值。(2)交变电流的有效值。 典例剖析 【例1】 下图是一交变电流随时间变化的图像,此交变电流的有效值是(　　) 答案:B 【例2】 下图为一交变电流的图像,则该交变电流的有效值为(　　) 答案:B 特别提醒 求解有效值时应注意的问题。 (1) ,非正弦式交变电流一般不符合该关系。 (2)一个周期内交变电流存在多种形式,可分段计算热量,再求其和,从而确定有效值。 学以致用 1.一个匝数为100、电阻为R=0.5 Ω的闭合线圈处于某一磁场中,磁场方向垂直于线圈平面,从某时刻起穿过线圈的磁通量按如图所示规律变化,则线圈中产生交变电流的有效值为 (　　) 答案:B 二 正弦式交变电流的公式和图像 重难归纳 1.交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)。 2.交变电流瞬时值表达式的书写。 (1)确定正弦式交变电流的峰值,根据已知图像读出或由公式Em=nBSω求出相应峰值。 (2)明确线圈的初始位置,找出对应的函数关系式。 ①线圈在中性面位置开始计时,则i-t图像为正弦函数图像,函数表达式为i=Imsin ωt。 ②线圈在垂直于中性面的位置开始计时,则i-t图像为余弦函数图像,函数表达式为i=Imcos ωt。 3.从正弦式交变电流的e-t图像上可以确定的信息。 (1)可以读出电动势的峰值Em。 (2)可根据线圈转至中性面时电动势为零的特点,确定线圈处于中性面的时刻,确定了该时刻,也就确定了磁通量最大的时刻和磁通量变化率最小的时刻。 (3)可根据线圈转至与磁场平行时感应电动势最大的特点,确定线圈与中性面垂直的时刻,此时刻也就是磁通量为零的时刻和磁通量变化率最大的时刻。 (4)可以确定某一时刻电动势大小以及某一时刻电动势的变化趋势。 如图所示,正弦波和方波交变电流的最大值相等,周期也相等,现使它们通过完全相同的电阻,则在相同的时间(远大于周期)内,两电阻发热之比 等于多少? 【例3】 一正弦式交变电流的电压随时间变化的规律如图所示,由图可知(　　)   A.该交变电流的电压的有效值为100 V B.该交变电流的频率为25 Hz C.该交流电压瞬时值的表达式为u=100sin 25t (V) D.并联在该电压两端的电压表指针不停摆动 答案:B 解析:根据题图可知该交变电流电压的最大值为100 V,周期为4×10-2 s,所以频率为25 Hz,选项A错误,B正确。而ω=2πf= 50π rad/s,所以u=100sin 50πt (V),选项C错误。交流电压表的示数为交变电流的有效值而不是瞬时值,不随时间变化,选项D错误。 【例4】 在水平方向的匀强磁场中,有一个正方形闭合线圈绕垂直于磁感线的轴匀速转动,已知线圈的匝数n=100,边长为20 cm,电阻为10 Ω,转动频率f=50 Hz,磁场的磁感应强度为0.5 T,求: (1)外力驱动线圈转动的功率; (2)当线圈转至线圈平面与中性面的夹角为30°时,线圈产生的感应电动势及感应电流的大小; (3)线圈由中性面转至与中性面成60°角的过程中,通过导线横截面的电荷量。 答案:(1)1.97×104 W　(2)314 V　31.4 A　(3)0.1 C 特别提醒 应用交变电流四值时的注意事项: (1)研究电容器是否被击穿时,应用交变电流的峰值(最大值),因为电容器上标明的电压是电容器长时间工作时所能承受的最大电压。 (2)研究电功、电功率和电热时,只能用有效值。 (3)研究通过导体某横截面的电荷量时,要用平均值。 学以致用 2.图甲是阻值为5 Ω的线圈与阻值为15 Ω的电阻R构成的回路。线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动,产生的电动势随时间变化的规律如图乙所示。则(　　)   A.电压表的示数为14.14 V B.通过电阻R的电流为0.707 A C.电阻R上消耗的功率为3.75 W D.通过电阻R的电流方向每秒变化100次 答案:B 随 堂 训 练 1.下列提到的交变电流,不是指有效值的是(　　) A.交流电压表的读数 B.保险丝熔断电流 C.电容器击穿电压 D.220 V交流电压 答案:C 解析:电容器击穿电压指电容器两端所能承受电压的最大值。 2.两个完全相同的电热器分别通以如图甲、乙所示的交变电流,两电热器的实际电功率之比P甲∶P乙为(　　) A.1∶2 B.1∶1 C. D.2∶1 答案:D 3.一台手摇交流发电机,线圈内阻1 Ω,产生的电动势随时间变化的规律为 。发电机只与9 Ω的电阻组成闭合电路。则(　　) A.交变电流的频率为10 Hz B.电动势的峰值为20 V C.电路中电流的有效值为1 A D.一周期内外接电阻消耗电能为9 J 答案:C 4.(多选)如图甲所示,在匀强磁场中,一矩形金属线圈两次分别以不同的转速,绕与磁感线垂直的轴匀速转动,产生的交流电动势图像如图乙中曲线a、b所示,则(　　) A.两次t=0时刻线圈平面与中性面重合 B.曲线a、b对应的线圈转速之比为2∶3 C.曲线a表示的交流电动势频率为25 Hz D.曲线b表示的交流电动势有效值为10 V 答案:AC 甲 乙 5.一小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度ω绕垂直于磁场方向的固定轴转动,线圈的匝数n=100,穿过线圈的磁通量Φ随时间t的变化关系如图甲所示,发电机线圈的电阻r=5 Ω,外电路电阻R=95 Ω。求串联在外电路中的交流电流表的读数。 答案:1.41 A $