2023年新教材高中物理第3章交变电流第2节描述交变电流的物理量课件粤教版选择性必修第二册

第三章交变电流第二节描述交变电流的物理量学习目标学法与考法1．知道交变电流的峰值、瞬时值、平均值、周期、频率等物理量，并理解这些物理量的意义(重点)2．会根据有效值的定义求交变电流的有效值(难点)3．能根据正弦式交变电流的峰值和有效值的关系进行计算(难点)学法：①通过阅读教材，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通过分析，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考法：①运用数学知识对峰值、瞬时值、平均值、周期、频率进行理解；②运用数学知识理解正弦式交变电流的公式和图像；③运用数学知识对有效值进行计算知识概览课前·

自主预习1．物理意义：描述交变电流____________的物理量．2．周期：交变电流完成____________性变化所需的时间，用T表示，单位是秒(s)．3．频率：交变电流完成周期性变化的次数与所用时间之比叫作它的频率，用f表示，单位是________(Hz)．周期和频率变化快慢一次周期赫兹2πf0.0250100打点计时器总是每0.02s打一次点，交变电流的频率为多少？【答案】每0.02s打一次点，打点计时器接的交变电流频率为f＝50Hz.微思考关于交变电流的周期和频率，下列说法中正确的是 (

)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．1s内交变电流出现最大值的次数等于频率C．交变电流方向变化的频率为交变电流频率的2倍D．50Hz的交变电流，其周期等于0.05s【答案】C1．峰值(1)定义：交变电流的电压、电流所能达到的________数值．(2)应用：电容器所能承受的电压要________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大小相同的________，如果在交变电流的一个周期内它们产生的热量________，而这个恒定电流的电流与电压分别为I、U，我们就把I、U叫作这一交变电流的有效值．峰值和有效值最大高于电阻相等(2)应用：①交流用电设备上所标的________电压和________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．3．正弦式交变电流峰值和有效值的关系：I＝________，U＝________.额定额定家用电是正弦式交变电流，电流的大小和方向在不断变化，我们常说家用电电压为220V，频率为50Hz，这里的220V和50Hz的物理意义是什么？如果电路中含有电容器，对电路的电压有什么要求？【答案】家用电压为220V，指的是交流电电压的有效值，频率为50Hz，指交流电压、电流每秒钟周期性变化50次．把交变电流接到电容器两端时，交流电压的峰值应小于电容器所能承受的最大电压(又叫电容器的耐压值、击穿电压)，否则电容器就有被击穿的危险．微思考在阻值为70Ω的电阻中通以正弦交变电流，测得在10min内放出的热量为2.1×104J，则此交变电流的最大值为 (

)A．0.24A B．0.5AC．0.707A

D．1A【答案】D1．某小型发电机产生的交变电动势为e＝50sin(100πt)V，对此电动势，最大值是______V；频率是______Hz；有效值是________V；周期是________s.2．如图是一个正弦式交变电流的图像，由图可知，电流的峰值Im＝________A，有效值I＝________A，周期T＝________s，频率f＝________Hz.用图像描述交变电流50500.02140.25通过某电阻的周期性交变电流的图像如图所示，该交流电的有效值多大？微思考如图所示是一个正弦式交变电流的图像，下列说法正确的是 (

)A．周期是0.2s，电流的峰值是10AB．周期是0.15s，电流的峰值是10AC．频率是5Hz，电流的有效值是10AD．频率是0.2Hz，电流的有效值是7.07A【答案】A课堂·

重难探究周期和频率【答案】CD变式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，线圈中产生的交流电动势e随时间t变化的情况如图所示．下列说法中正确的是 (

)A．此交变电流的频率为0.2HzB．1s内电流方向变化10次C．t＝0.1s时，线圈平面与磁场方向平行D．1s内线圈转5圈【答案】BD

我国电网中交变电流的周期是0.02s，频率是50Hz.但并不是所有国家交流电频率都是50Hz，有少数国家交流电频率是60Hz.

我国民用交变电流的周期和频率：(1)周期T＝0.02s．(2)频率f＝50Hz.ω＝100πrad/s，电流方向每秒钟改变100次．(3)线圈在匀强磁场中转动一周，电动势、电流都按正(余)弦规律变化一次．1．交变电流有效值的定义(1)交变电流的有效值是根据电流的热效应定义的．(2)等效是指恒定电流和交变电流，在相同的时间内，在相同的电阻上产生的热量相同．(3)通常所说的交变电流的电压、电流，用电表测量的交变电流的电压、电流，以及用电器的额定电压、额定电流，还有保险丝的熔断电流，都是指有效值．峰值和有效值3．几种典型的电流及其有效值【答案】B【答案】D1．交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)用图像描述交变电流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．如：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＝Imsinωt.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＝Imcosωt.例3

(多选)图甲、乙分别为两种电压的波形，其中图甲所示的电压按正弦规律变化，图乙所示的电压是正弦函数的一部分．下列说法正确的是

(

)A．图甲、乙均表示交流电B．图甲所示电压的瞬时值表达式为u＝20sin(100πt)VC．图乙所示电压的有效值为20VD．图乙所示电压的有效值为10V【答案】ABD【答案】B

在解决有关交变电流的图像问题时，应先把交变电流的图像与线圈的转动位置对应起来，再根据特殊位置求特征解．

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．交变电流的四个值及应用2．正弦式交变电流的瞬时值表达式(1)从中性面位置开始计时：e＝Emsinωt，i＝Imsinωt，u＝Umsinωt.(2)从与中性面垂直的位置开始计时：e＝Emcosωt，i＝Imcosωt，u＝Umcosωt.3．对交变电流图像的认识如图所示，正弦式交变电流随时间的变化情况可以从图像上表示出来，图像描述的是交变电流的电动势、电流、电压随时间变化的规律，它们是正弦曲线．4．交变电流图像的应用从图像中可以解读到以下信息：(1)交变电流的最大值Im、Em、Um，周期T.(2)因线圈在中性面时感应电动势、感应电流均为零，磁通量最大，所以可确定线圈位于中性面的时刻．(3)找出线圈平行于磁感线的时刻．(4)判断线圈中磁通量的变化情况．(5)分析判断e、i、u随时间的变化规律．5．交变电流的四个值例4如图所示，有一矩形线圈，面积为S，匝数为N，内阻为r，在匀强磁场中绕垂直磁感线的对称轴OO′

以角速度ω

匀速转动，外接电阻为R，线圈从图示位置转过90°的过程中，下列说法正确的是(

)【答案】B【答案】B

(1)物理学中，正弦交变电流与余弦交变电流统称为正弦式交变电流，简称正弦式电流．(2)线圈在通过垂直中性面的平面时磁通量为零，但磁通量的变化率最大，所以通过线圈的电流最大．(3)由右手定则可知线圈在通过中性面时，电流的方向发生改变．

图像的分析方法：一看，看“轴”、看“线”、看“斜率”、看“点”，并理解其物理意义．二变，掌握“图与图”“图与式”和“图与物”之间的变通关系．三判，在此基础上进行正确的分析和判断．核心素养应用模型1.线圈在匀强磁场中转动：由矩形线圈绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动．闭合线圈垂直于匀强磁场，线圈静止不动，磁场按正弦规律做周期性变化，则线圈中会产生正弦交变电流．模型2.线圈处于周期性变化的磁场中：闭合线圈垂直于匀强磁场，线圈静止不动，磁场按正弦规律做周期性变化，则线圈中会产生正弦交变电流．产生正(余)弦交流电的五类模型模型3.导体棒在匀强磁场中平动：导体棒在匀强磁场中匀速平动，但导体棒切割磁感线的有效长度按正弦规律变化．则棒中会产生正弦交变电流．模型4.导体棒在匀强磁场中振动：导体棒在匀强磁场中沿平行导轨平动切割磁感线时，棒的速度按正弦规律变化．则棒中会产生正弦交变电流．模型5.棒在不均匀磁场中平动：导体棒在磁场中匀速平动切割磁感线，在棒的平动方向上，磁场按照正弦规律变化．则棒中会产生正弦交变电流．若线圈往复运动的规律如图丙所示(v取向右为正)，则下列判断正确的是 (

)A．电流表的示数为0.24AB．0.01s时回路中的电流最大C．回路中交流电的频率为50HzD．0.015s时电珠L中电流的方向为从D→L→C【答案】C小练·

随堂巩固1．(多选)在交流电路中，下列说法正确的是 (

)A．阻碍电流的不仅有电阻，还有电感线圈和电容器B．电容器的电容越大，交流的频率越高，容抗就越大C．交变电流能通过电容器，是因为交变电压的最大值大于击穿电压，电容器被击穿了D．电感对交变电流的