人教版高中物理选必修二第3章第2节交变电流的描述课件(共40)

第三章交变电流交变电流的描述第二节第三章交变电流周期和频率第一部分如图所示，正弦式交变电流的大小和方向都随时间发生周期性变化，我们用什么量描述其变化的快慢呢？情境创设周期和频率根据上图思考：线圈每转动一周，产生的感应电动势发生怎样的变化？线圈每转动一周，产生的感应电动势大小和方向发生一个完整周期的变化。周期和频率思考与讨论：线圈转动的角速度和产生交变电流的周期和频率有什么关系？请尝试推导。1.周期：

交变电流完成一次周期性变化所需的时间。通常用

T

表示，单位是秒。2.频率：交变电流完成周期性变化的次数与所用时间的比值。数值等于交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数。频率通常用

f

表示，单位是赫兹。周期和频率3.应用：我国工业和家庭电路中的交变电流周期频率角速度u/VO0.010.02t/s工业家庭一个周期内电流方向变2次，家庭用电电流方向1s变化100次思考：在一个周期内，交变电流的方向变化几次？我国家庭用的交变电流1s内电流方向变化几次？交变流电的周期和频率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，线圈中产生的感应电动势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0.2HzB.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圈例1解析：由题图可知T＝0.2s，故f＝1/T＝1/0.2Hz＝5Hz，即1s内完成5次周期性变化，线圈转5圈，每转1圈电流方向改变2次，则1s内电流方向变化10次，故A错误，B、D正确；在t＝0.1s时e＝0，所以线圈平面与磁场方向垂直，故C错误。故选BD。交变流电的周期和频率1如图所示为某正弦交流电流的图像，求其峰值、周期和角速度，并写出该电流的瞬时值表达式。例20i/A

t/s

0.010.0220-20Im＝20A

电流的瞬时表达式为

i＝20sin100πt(A)T＝0.02s交变流电的周期和频率1关于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.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.频率为50Hz的交变电流，其周期等于0.05s针对练1解析：根据周期的定义可知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，C正确；周期T＝1/f＝1/50s＝0.02s，D错误。故选C。交变流电的周期和频率1如图为教学演示用交流发电机。以不太快的速度摇动发电机，与发电机相连的小灯泡将一闪一闪发光。现将摇动速度加倍，下列分析正确的是(

)A.小灯泡闪光周期将加倍，亮度增大B.小灯泡闪光频率将加倍，亮度增大C.小灯泡闪光频率将不变，亮度增大D.小灯泡闪光频率将加倍，亮度不变针对练2解析：摇动速度加倍，则转速变大，产生交变电流的频率增加，可知小灯泡闪光频率将加倍；感应电流的大小与发电机的转速有关，转速越大，输出的电流也越大，则灯泡的亮度增大。故选B。峰值和有效值第二部分如图所示，正弦式交变电流的大小和方向都随时间发生周期性变化，我们把电流或电压所能达到的最大值叫峰值。请回顾左图装置产生的正弦式交变电流的峰值表达式？创设情境峰值和有效值1.正弦式交流电的峰值上图所示电容器上标注的400V电压就是电容器的耐压值，两端加电压的峰值不能超过400V，否则击穿。Em

＝NωBSIm

＝

Em/R总Um

＝Im/R外峰值和有效值思考与讨论：如图所示的电流通过一个R=1Ω的电阻，它不是恒定电流。1.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电阻R，也能在1s内产生同样的热，这个电流是多大?I1=1A,t1=0.2s,I2=2A,t2=0.3sQ=I12Rt1+I22Rt2=2.8JQ=I2Rt=2.8J解得：拓展：我们可以看到电流

和图示交变电流在1s时间内通过同一电阻产生的热效应

是一样的。电流

定义为图示电流的有效值。峰值和有效值（1）定义：根据电流的热效应来规定，让交流与直流分别通过相同的电阻，如果在交流的一个周期内它们产生的热量相等，就把这个直流的数值叫做这个交流的有效值。通常用E、U、I表示。2.有效值（2）正弦交流电的有效值和峰值的关系：说明：上边关系式只适用于正弦式交流电；对非正弦式交变电流有效值只能通过电流的热效

应计算。峰值和有效值2.有效值家用电器的额定电压和额定电流均指有效值峰值和有效值2.有效值交流电流表和交流电压表的读数是有效值保险丝的熔断电流无特别说明均指有效值交变电流有效值的计算2如图所示是一交变电流的i­t图像，求该交变电流的有效值。例3思维路径：找出交流电的周期先计算0~T/3内产生的热量再计算T/3~2T/3内产生的热量电流的热效应交流电有效值解：由交变电流有效值定义得图交变电流有效值的计算2A、B是两个完全相同的电热器，A通以图甲所示的方波交变电流，B通以图乙所示的正弦交变电流。两电热器的电功率之比

PA∶PB等于多少？例4图甲

图乙交变电流有效值的计算2(2025·河南驻马店高二月考)一电阻接到如图甲所示电源上，在一个周期内产生的热量为Q1；若该电阻接到图乙交流电源上(前1/4周期为正弦曲线)，在一个周期内产生的热量为Q2。则Q1∶Q2等于(

)A.2∶1 B.5∶2 C.10∶3 D.12∶5针对练3交变电流“四值”的应用3

如图所示，匀强磁场的磁感应强度大小B＝0.5T，边长L＝10cm的正方形线圈abcd共100匝，线圈电阻r＝1Ω，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO'匀速转动，角速度ω＝2πrad/s，外电路电阻R＝4Ω，电压表为理想交流电表，求：(计算结果均保留2位小数)(1)转动过程中感应电动势的峰值；(2)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过60°角时的瞬时感应电动势；(3)由图示位置转过60°角的过程中产生的平均感应电动势；(4)交流电压表的示数；(5)由图示位置转过60°角的过程中通过电阻R的电荷量；(6)线圈转动一周的过程中电阻R产生的热量。例5解析：(1)感应电动势的峰值Em＝NωBS＝100×2π×0.5×0.12V＝3.14V(2)线圈由题图所示位置转过60°角时的瞬时感应电动势e＝Emcos60°＝3.14×0.5V＝1.57V(3)线圈转动的周期T＝2π/ω＝1s，根据法拉第电磁感应定律得，由题图所示位置转过60°角的过程中产生的平均感应电动势(4)交流电压表示数为电阻R两端电压的有效值(5)线圈由题图所示位置转过60°角的过程中通过电阻R的电荷量(6)线圈转动一周的过程中电阻R产生的热量交变电流“四值”的比较交变电流“四值”的应用3(2025·江苏南京高二月考)如图所示，交流发电机的正方形线框共有N＝100匝，总电阻r＝1.0Ω，BC＝AD＝AB＝DC＝0.1m。绕垂直于磁场方向的对称轴OO'以ω＝400rad/s的转速匀速转动，给R＝7.0Ω的电阻供电。线框所在匀强磁场的磁感应强度B＝0.1T，其处于中性面时开始计时，则(

)A.电阻R两端的最大电压为40VB.通过电阻R的电流方向在0～π/200s内改变1次C.在0～π/200s内外力至少对系统做功πJD.在0～π/1200s内通过线框导线横截面的电荷量为1/160C针对练4正弦式交变电流的公式和图像第三部分如图所示，正弦式交变电流的大小和方向都随时间发生周期性变化，我们可以采用哪些方法形象描述交变电流变化规律？交变电流的两种描述方法正弦式交变电流的公式和图像公式法：图像法：任务1.由题图乙可知，t＝0时刻的电动势为0，则图像是从线圈经过中性面位置开始计时的。任务2.是。任务3.由题图乙可知，电动势的最大值为Em＝6V，周期为T＝0.02s，则有ω＝2πT＝2π0.02rad/s＝100πrad/s，则电动势表达式为e＝6sin(100πt)V。正弦式交变电流的公式和图像探究图像和公式之间的关系：如图甲为一台小型发电机的示意图，单匝线圈绕OO'轴转动，若从某位置开始计时，产生的电动势随时间的变化规律如图乙所示。任务1.根据图乙判断图像是从线圈经过中性面位置还

是中性面的垂面位置开始计时的？任务2.灯泡两端电压的u-t图像、灯泡中电流的i-t图像

与e-t图像是同步变化的吗？任务3.写出小型发电机产生的电动势表达式。任务1.由题图乙可知，t＝0时刻的电动势为0，则图像是从线圈经过中性面位置开始计时的。任务2.是。任务3.由题图乙可知，电动势的最大值为Em＝6V，周期为T＝0.02s，则有ω＝2πT＝2π0.02rad/s＝100πrad/s，则电动势表达式为e＝6sin(100πt)V。正弦式交变电流的公式和图像从正弦式交变电流图像中可以得到的信息：1.交变电流的最大值Im、Em或Um及周期T。2.根据峰值求出有效值等。3.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

的时刻及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。正弦式交变电流的公式和图像4

例6正弦式交变电流的公式和图像4(2025·重庆涪陵区高二期中)如图甲所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中匀速转动可以产生交变电流，其电动势e随时间t变化的图像如图乙所示，线圈电阻r＝1Ω，电阻R＝4Ω。则(

)A.t＝0.01s时，线圈与中性面垂直B.1s内，电流的方向改变50次C.电阻R两端电压为10VD.电阻R在10s内产生的热量为160J针对练5正弦式交变电流的公式和图像4

(多选)如图所示，边长为L＝0.2m的正方形线圈abcd，匝数为N＝10匝，总电阻为r＝2Ω，外电路的电阻为R＝8Ω，ab的中点和cd的中点的连线OO'恰好位于匀强磁场的边界线上，磁场的磁感应强度B＝2T。若线圈从图示位置开始，以角速度ω＝2rad/s绕OO'轴匀速转动，则以下判断中正确的是A.闭合电路中感应电动势的瞬时值表达式为e＝1.6sin(2t)V

B.在t＝π/4s时刻，穿过线圈的磁通量为零，但磁通量的变化率最大C.从t＝0时刻到t＝π/4s时刻，电阻R上产生的热量为3.2π×10－4JD.从t＝0时刻到t＝π4s时刻，通过电阻R的电荷量为0.04C针对练6电感器和电容器对交变电流的作用第四部分电感器和电容器对交变电流的作用观察思考：当给电路分别接通直流和交流电，看看电感器和电容器对电流是否有影响？有何影响？电感器和电容器对交变电流的作用结论：1.电感器对交变电流的阻碍作用(1)感抗①物理意义：表示电感器对交变电流阻碍作用的大小。②影响感抗大小的因素：线圈的自感系数越大，交流电的频率越高，线圈的感抗越大。(2)电感器的作用①通直流、阻交流；②通低频、阻高频。2.电容器对交变电流的阻碍作