第3章 第2节 交变电流的描述-【优学精讲】2026-2027学年高中物理选择性必修二同步课件（人教版·新教材）

第2节　交变电流的描述 学习目标 1．知道描述交变电流的物理量有周期、频率、峰值、有效值，理解这些物理量的意义。　2.会利用有效值的定义求交变电流的有效值。　3.认识交变电流的图像，并根据图像解决具体问题。 返回导航 内 容 索 引 基础自主梳理 1 1 核心知识 深度探究 2 随堂演练 巩固落实 1 3 基础自主梳理 第一部分 4 一、周期和频率 1．周期 (1)定义：我们把交变电流完成一次_______________所需的时间，叫作它的周期，通常用___表示。 (2)单位：__________。 (3)意义：周期越大，表明交变电流变化越慢。 周期性变化 T 秒(s) 返回导航 2．频率 (1)定义：交变电流完成周期性变化的次数与所用______之比叫作它的频率，通常用_表示。 (2)单位：赫兹(Hz)，简称赫。 (3)意义：频率越高，表明交变电流变化越快。 3．周期和频率的关系 T＝___或f＝___。 时间 f 返回导航 4．角速度 (1)定义：产生交变电流的线圈单位时间内转过的角度，用符号ω表示。 (2)单位：弧度每秒(rad/s)。 (3)意义：角速度越大，表明交变电流变化越快。 5．转速 (1)定义：产生交变电流的线圈单位时间内转过的圈数，用符号n表示。 (2)单位：转每秒(r/s)。 (3)意义：转速越大，表明交变电流变化越快。 返回导航 二、峰值和有效值 1．峰值：交变电流的电压、电流所能达到的最大数值。 (1)电动势峰值的表达式：Em＝NBSω。 (2)应用：电容器所能承受的电压要______交流电压的峰值，否则电容器就可能被击穿。 2．有效值：让交变电流与恒定电流分别通过____________的电阻，如果在交变电流的____________内它们产生的______相等，而这个恒定电流的电流与电压分别为I、U，我们就把I、U叫作这个交变电流的_________。 高于 大小相同 一个周期 热量 有效值 返回导航 (2)应用：电气设备铭牌上标注的额定电压、额定电流都是_________。交流电压表和交流电流表测量的数值也是_________。 有效值 有效值 返回导航 2．图像：正弦式交变电流随时间变化情况可以从图像上表示出来，它是一条正弦曲线。在交变电流的图像中，一个完整的正弦波形对应的时间为一个周期T。 返回导航 (1)打点计时器所接交变电流频率f＝50 Hz时，打点周期T＝0.02 s。(　　) (2)交变电流的周期越大，交变电流的变化就越快。(　　) (3)我国电网中交变电流的频率是100 Hz。(　　) (4)某段时间内的交变电流平均值等于这段时间始、末时刻瞬时值的算术平均值。(　　) (5)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。 (　　) (6)交变电流的有效值即为一个周期内的平均值。(　　) 深化辨析 判断下列说法是否正确 × √ × × √ × 返回导航 核心知识 深度探究 第二部分 12 知识点一　周期和频率 物理情境探究 情境探究1 如图所示的交变电流完成一次周期性变化需要多长时间？在1 s内完成多少次周期性变化？ [提示]　完成一次周期性变化需要0.02 s；在1 s内完成50次周期性变化。 返回导航 返回导航 典型例题共研 例1　(多选)矩形金属线圈共10匝，绕垂直于磁场方向的转动轴在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生的交流电动势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 BD　 返回导航 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。 返回导航 知识点二　峰值和有效值 物理情境探究 情境探究2 现在的调光台灯、调速电风扇，多是用可控硅电子元件来实现的。图示是经过一个双向可控硅电子元件调节后加在电灯上的电压，请思考： (1)如图所示的交变电流是正弦式交变电流吗？ [提示]　不是正弦式交变电流。 (2)如何求得该交流电压的有效值？ [提示]　根据电流的热效应即可求得有效值。 返回导航 返回导航 返回导航 典型例题共研 B　 返回导航 B　 返回导航 返回导航 几种典型电流的有效值 返回导航 题后小结 返回导航 题后小结 知识点三　正弦式交变电流的“四值”的综合分析 物理情境探究 情境探究3 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？ [提示]　交变电流的最大值。 (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]　交变电流的有效值。 返回导航 返回导航 返回导航 典型例题共研 B　 返回导航 返回导航 返回导航 D　 返回导航 返回导航 例6　(2026·福建福州市期末)如图所示，N＝50匝的矩形线圈abcd，ab边长l1＝20 cm，ad边长l2＝25 cm，放在磁感应强度B＝0.4 T的匀强磁场中，外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO′轴以n＝3 000 r/min的转速匀速转动，线圈电阻r＝1 Ω，外电路电阻R＝9 Ω，t＝0时，线圈平面与磁感线平行，ab边正转出纸外，cd边转入纸里。 返回导航 (1)写出线圈感应电动势的瞬时表达式。 [解析]　由题意可得n＝3 000 r/min＝50 r/s，所以线圈的角速度ω＝2πn＝100π rad/s 题图所示位置的感应电动势最大，其大小Em＝NBSω＝NBl1l2ω 代入数据得Em＝100π V 感应电动势的表达式 e＝Emcos ωt＝100πcos (100πt) V。 [答案]　e＝100πcos (100πt) V　 返回导航 (2)求从图示位置转过30°的过程中流过电阻R的电荷量大小。 [答案]　0.05 C　 返回导航 (3)求线圈转一圈外力做功多少(结果保留3位有效数字)。 [答案]　98.6 J 返回导航 1．交变电流的平均值既不等于有效值，也不是初、末状态瞬时值的平均值。 2．交变电流的平均值与交变电流的方向及所取时间的长短均有关。 3．计算通过导体某一截面的电荷量时，只能用交变电流的平均值。 返回导航 题后小结 第三部分 随堂演练 巩固落实 38 1．(周期和频率)(多选)关于交变电流的周期和频率，下列说法正确的是 (　　) A．为了描述交变电流的周期性变化快慢引入了周期，而不是频率 B．周期为0.02 s的交变电流，其频率为50 Hz C．周期和频率是倒数关系 D．频率为50 Hz的正弦式交变电流的方向每秒改变50次 BC　 返回导航 解析：周期和频率都是为了描述交变电流的周期性变化快慢而引入的，A错误； 由于正弦式交变电流在每个周期内电流方向改变两次，所以频率为50 Hz的正弦式交变电流每秒电流方向改变100次，D错误。 返回导航 D　 返回导航 B　 返回导航 返回导航 返回导航 (1)穿过线圈的磁通量最大值Φm； (2)线圈产生的感应电动势最大值Em； 返回导航 (3)线圈1 min内产生的热量Q。 答案：2.16×106 J 返回导航 6．周期、频率、角速度、转速之间的关系 T＝，ω＝2πf＝2πn。 电流名称 电流图像 有效值 正弦式交变电流 I＝ 正弦半波电流 I＝ 电流名称 电流图像 有效值 正弦单向脉冲电流 I＝ 矩形脉冲电流 I＝Im 非对称性交变电流 I＝ 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 (正弦式交变电流)　 计算线圈某一时刻的受力情况 最大值 最大的瞬时值 Em＝NBSω Im＝ 确定电容器的耐压值 项目 物理含义 重要关系 适用情况 有效值 跟交变电流的热效应等效的恒定电流值、电压值 E＝ U＝ I＝ (正弦式交变电流)　 (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围面积与时间的比值 ＝N ＝ 计算某段时间内通过电路横截面的电荷量 $