新教材2023-2024学年高中物理第3章交变电流2交变电流的描述课件新人教版选择性必修第二册

第三章2交变电流的描述学习目标1.理解交变电流周期、频率的含义,掌握它们相互间的关系。(物理观念)2.理解交变电流的有效值和峰值的含义。(物理观念)3.掌握正弦式交变电流有效值与峰值的关系,会进行有效值的计算。(科学思维)基础落实·必备知识全过关重难探究·能力素养全提升目录索引

学以致用·随堂检测全达标基础落实·必备知识全过关一、周期和频率1.周期T交变电流完成

所需的时间,叫作它的周期。单位是s。周期越大,交变电流变化

,在一个周期内,交变电流的方向变化

。

到中性面位置电流方向变化

2.频率f交变电流完成周期性变化的

与所用时间之比叫作它的频率。单位是

。频率越大,交变电流变化

。

3.ω、T、f的关系:

。

一次周期性变化

越慢两次次数Hz越快二、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

。

(2)意义:用来表示电流的

或电压的

。

(3)应用:电容器所能承受的电压要高于交流电压的

。

最大值强弱高低峰值2.有效值(1)定义:让交变电流和恒定电流分别通过大小相同的电阻,如果在交变电流的

内它们产生的热量

,这个恒定电流的电流I、电压U,叫作这个交变电流的

。

求热量一定要用有效值

(2)应用:①交流用电设备上所标的额定电压和额定电流是

;一般交流电压表测量的数值是

。

②交变电流的数值在无特别说明时都指

。

一个周期相等有效值有效值有效值有效值3.有效值与峰值的关系

只适用于正弦式交变电流

三、正弦式交变电流的公式和图像如果已知一交变电流的周期T或频率f,又知道它的电压的

或

,详细描述交变电流的情况可以用公式和图像两种方式:

(2)图像如图所示。

有效值峰值情境链接我国民用交变电流的周期和频率是多少?电流方向每秒改变多少次?提示

我国民用交变电流的周期是0.02

s,频率是50

Hz,电流方向每秒改变100次。教材拓展如图所示为一个100匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动所产生的感应电动势的图像,根据图像可以得到哪些物理量?易错辨析(1)若交变电流是线圈在匀强磁场中匀速转动形成的,则交变电流的周期等于线圈做圆周运动的周期。(

)(2)在一个周期内,正弦式交变电流的方向改变两次。(

)(3)交变电流的峰值可以用来表示电流的大小或电压的高低。(

)(4)有效值为10

V的交变电流和10

V的恒定电流有区别。(

)√提示

线圈转动一圈,交变电流变化一个周期。

√√提示

交变电流的峰值越大说明电流越大或电压越高。

√提示

两者仅在电流的热效应方面是等效的。

(5)交流电路中,电压表、电流表的测量值都是有效值。(

)(6)只要交变电流的有效值不高于电容器的耐压值就是安全的。(

)√×提示

交变电流的最大值不超过电容器的耐压值才安全。

重难探究·能力素养全提升探究点一交变电流有效值的理解与计算导学探究如图所示的电流i通过一个R=1

Ω的电阻。

(1)它不是恒定电流,怎样计算通电1s内电阻R中产生的热量?(2)如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通过这个电阻R,也能在1s内产生同样的热,这个电流是多大?知识归纳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定义的,理解有效值重点在“等效”,“效果相同”在定义中体现为相同电阻、相同时间、产生相同热量,交变电流与多大的恒定电流“效果”相同,有效值就是多大。(2)如果没有特别说明,交变电流的电压、电流以及用电器上标出的额定电压、额定电流,都是指其有效值。凡涉及能量、电功以及电功率等物理量时均用有效值,在确定保险丝的熔断电流时也用有效值。2.两种计算方法(1)特殊值法:若按正(余)弦规律变化的电流,可利用正弦式交变电流的有效(2)定义法:当电流是非正弦式交变电流时,必须根据有效值的定义求解。

3.几种常见电流的有效值

交变电流,上述关系式一般不再适用。(2)对于非正弦式交变电流有效值的计算,时间一般选取一个周期。应用体验【例1】

一交变电流随时间变化的图像如图所示,求此交变电流的有效值。

答案

5A解析

设该交变电流的有效值为I',恒定电流的电流为I,让该交变电流和恒定电流分别通过同一电阻(阻值为R),在一个周期(T=0.2

s)内,该交变电流产生在一个周期内恒定电流通过该电阻产生的热量Q=I2RT由Q=Q'得,I=5

A,即此交变电流的有效值I'=I=5

A。对点演练1.如图所示的交变电流由正弦式交变电流的一半和反向脉冲电流组合而成,则这种交变电流的有效值为(

)C探究点二交变电流的“四值”的对比和应用导学探究图甲为电容器,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,需要考虑交变电流的哪一个值?要点提示

交变电流的最大值。

(2)若保证保险丝管正常使用,应考虑交变电流的哪一个值?要点提示

交变电流的有效值。

知识归纳瞬时值、最大值、有效值、平均值之间的区别和联系

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=Emsinωti=Imsinωt计算线圈某一时刻的受力情况最大值最大的瞬时值Em=nBSωIm=确定用电器的耐压值应用体验【例2】

小型交流发电机中,矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动,产生的感应电动势与时间成正弦函数关系,图像如图所示。此线圈与一个R=10Ω的电阻构成闭合电路,不计电路的其他电阻。下列说法正确的是(

)A.交变电流的频率为8HzB.交变电流的有效值为

AC.交变电流的最大值为4AD.电流的瞬时值表达式为i=2sin4πt(A)B解析

由e-t图像可知,交变电流的周期为0.25

s,故频率为4

Hz,选项A错误;根据欧姆定律可知交变电流的最大值为2

A,故有效值为

A,选项B正确,C错误;因ω=2πf=8π,故电流的瞬时值表达式为i=2sin

8πt(A),选项D错误。对点演练2.如图甲所示,标有“220V

40W”的灯泡和标有“350V

20μF”的电容器并联在交流电源上,电压表为交流电压表,交流电源的输出电压如图乙所示。闭合开关,下列判断正确的是(

)A.t=时刻,电压表的示数为零B.灯泡不能正常发光C.电容器一定被击穿D.电压表的示数保持220V不变D解析

交流电压表示数为交流电压的有效值,大小为U=

V=220

V,数值保持不变,A错误,D正确;交流电源输出电压的有效值为220

V,故灯泡能正常发光,B错误;交流电压的最大值约为311

V,没有超过电容器的击穿电压,故电容器不会被击穿,C错误。学以致用·随堂检测全达标12341.(交变电流的描述)(多选)两个交变电流的表达式分别为:u1=110sin100πt(V),u2=220sin100πt(V)。下列说法正确的是(

)A.它们的峰值相同 B.它们的周期相同C.它们的频率相同 D.它们的有效值相同BC解析

u1代表的交变电流的电压峰值为110

V,角速度为ω1=2πf1=100π

rad/s,则有效值为110

V,频率f1=50

Hz。u2代表的交变电流的电压峰值为220

V,角速度为ω2=2πf2=100π

rad/s,则有效值为220

V,频率f2=50

Hz。所以它们的峰值和有效值均不同,A、D错误;由于频率均为50

Hz,故周期均为0.02

s,B、C正确。12342.(交变电流的有效值)如图所示为一交变电流随时间变化的图像,则此交变电流的有效值是(

)A.5A B.4A C.A D.3AC12343.(交变电流的有效值)如图所示是一交变电流的i-t图像,则该交变电流的有效值为(

)A.4A D123412344.(交变电流的“四值”)如图所示,线圈abcd的面积是