第三章 小专题9 交变电流规律的应用 课件-2025-2026学年高二下学期物理粤教版选择必修第二册

该高中物理课件聚焦交变电流规律的应用，涵盖产生机制、表达式、图像及四值（最大值、瞬时值、有效值、平均值）的区分与计算。通过发电机工作示意图等实例导入，衔接电磁感应知识，搭建从基础概念到实际应用的学习支架。 其亮点在于以表格对比四值的物理含义与适用场景，结合例题（如有效值计算、磁通量图像分析）深化科学推理，培养物理观念。采用讲练结合的学科特色方法，帮助学生构建知识体系，提升分析问题能力，教师可直接用于课堂教学与巩固练习。

小专题9　交变电流规律的应用 [学习目标]　 1.通过对交变电流产生过程、表达式及图像的分析与应用,进一步加深对交变电流产生机制的理解. 2.能区分交变电流的最大值、瞬时值、有效值、平均值,并会进行有关计算. (重点) 知识点一　交变电流的产生、表达式和图像 正弦式交变电流的公式和图像 [例1] (交变电流产生过程)如图所示,甲→乙→丙→丁→甲过程是交流发电机发电的示意图,线圈的ab边连在金属滑环K上,cd边连在金属滑环L上,用导体制成的两个电刷分别压在两个滑环上,线圈在匀速转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路连接.已知线圈转动的角速度为ω,转动过程中电路中的最大电流为Im.下列选项正确的是(　　) [A] 在图甲位置时,线圈中的磁通量最大,感应电流最大 [B] 从图乙位置开始计时,线圈中电流i随时间t变化的关系式为i=Imsin ωt [C] 在图丙位置时,线圈中的磁通量最大,磁通量的变化率也最大 [D] 在图丁位置时,感应电动势最大,cd边中的电流方向为d→c D 甲 乙 丙 丁 【解析】 在题图甲位置时,线圈中的磁通量最大,磁通量的变化率为0,感应电动势为0,感应电流为0,故A错误;从题图乙位置开始计时,线圈中电流i随时间t变化的关系式为i=Imcos ωt,故B错误;在题图丙位置时,线圈中的磁通量最大,磁通量的变化率为0,故C错误;在题图丁位置时,线圈中的磁通量为0,磁通量变化率最大,感应电动势最大,根据右手定则可知,cd边中的电流方向为d→c,故D正确. [例2] (对交变电流图像的理解)一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动,穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图甲所示,则下列说法正确的是(　　) [A] t=0时刻,线圈平面与中性面垂直 [B] t=0.01 s时刻,磁通量的变化率达到最大 [C] t=0.02 s时刻,交流电动势达到最大 [D] 该线圈相应的交流电动势图像如图乙所示 B 知识点二　对交变电流四值的理解与应用 正弦式交变电流四值的比较 C [例4] (交变电流有效值的计算)一个边长为6 cm的单匝正方形金属线框置于匀强磁场中,线框平面与磁场方向垂直,电阻为0.36 Ω.磁感应强度B随时间t的变化关系如图所示,则线框中感应电流的有效值为(　　) B [例5] (对交变电流四值的理解与应用)如图所示,位于竖直平面内的矩形金属线圈,边长L1=0.40 m、L2=0.25 m,其匝数n=100,总电阻r=1.0 Ω,线圈的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环C、D(集流环)接在一起,并通过电刷和R=3.0 Ω 的定值电阻相连接.线圈所在空间存在水平向右的匀强磁场,磁感应强度B=1.0 T,在外力驱动下线圈绕竖直固定中心轴O1O2匀速转动,角速度ω=2.0 rad/s.求: (1)电阻R两端电压的最大值; 【答案】 (1)15 V 【答案】 (2)2.5 C (3)在线圈转动一周的过程中,整个电路产生的焦耳热. 【答案】 (3)157 J 感谢观看 物理量 函数表达式 图像 峰值和有效值的关系 磁通量 Φ=Φmcos ωt=BScos ωt 电动势 e=Emsin ωt=Emsin t Em=E 电压 u=Umsin ωt =Umsin t =sin ωt Um=U 电流 i=Imsin ωt= Imsin t=sin ωt Im=I 【解析】 由题图甲知,当t=0时,Φ最大,说明线圈平面与中性面重合, A错误;当t=0.01 s时,Φ=0最小,Φ-t图像的斜率最大,即磁通量的变化率最大,B正确;当t=0.02 s时,Φ也最大,交流电动势为0,C错误;由以上 分析可知,选项D错误. 项目 物理含义 重要关系 适用情况 瞬时值 交变电流某一时刻的值 e=Emsin ωt i=Imsin ωt 分析线圈某一时刻的受力情况 最大值 最大的瞬时值 Em=nBSω Im= 确定用电器的耐压值 有效值 跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值 E= U= I= (1)计算与电流热效应相关的量(如功率、热量). (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夹面积与时间的比值 =n = 计算通过电路截面的电荷量 [例3] (交变电流有效值的计算)如图所示的交变电流,在0～T内按正弦规律变化,则该交流电压的有效值为(　　) [A] 10 V [B] 5 V [C] V [D] V 【解析】 取一个周期进行分析,在前T是正弦式电流,则电压的有效值等于 V=5 V,后T是恒定电流,则有效值等于5 V,根据有效值定义可得·T+·T=·T,解得U= V,故C正确. [A] ×10-5 A [B] ×10-5 A [C] ×10-5 A [D] ×10-5 A 【解析】 由法拉第电磁感应定律E=和闭合电路欧姆定律I=,可得线框中0～3 s内产生的感应电流I1=2×10-5 A,3～5 s内产生的感应电流I2=3×10-5 A,且与0～3 s内电流方向相反,于是可作出i随时间t变化的图像如图所示.由有效值的定义得Rt1+Rt2=I2Rt,代入数据可得电流的有效值I=×10-5 A,故B正确. 【解析】 (1)线圈中感应电动势的最大值Em=nBSω=nBL1L2ω=20 V, 线圈中感应电流的最大值Im==5.0 A, 电阻R两端电压的最大值Um=ImR=15 V. 【解析】 (2)从线圈平面与磁场方向垂直的位置开始计时,经过周期的时间Δt=,线圈转过90°,此过程线圈中的平均感应电动势=n=n, 通过电阻R的平均电流==, 通过电阻R的电荷量q=Δt==2.5 C. (2)从线圈平面与磁场方向垂直的位置开始计时,经过周期通过电阻R的电荷量; 【解析】 (3)线圈中感应电流的有效值I== A, 又T==π s, 则线圈转动一周的过程中,电流通过整个电路产生的焦耳热Q=I2(R+r)T=50π J≈157 J. $