【講與練】高中物理人教版(2019)選擇性必修2：3.2 交變電流的描述課件

第三章交變電流2．交變電流的描述課前預(yù)習(xí)反饋課內(nèi)互動探究課堂達(dá)標(biāo)檢測目標(biāo)體系構(gòu)建核心素養(yǎng)提升課堂小結(jié)目標(biāo)體系構(gòu)建1．知道交變電流的周期和頻率以及它們之間的關(guān)系。2．知道交變電流的峰值和有效值的意義，能利用有效值的定義計算某些交變電流的有效值。3．會應(yīng)用正弦式交變電流有效值進(jìn)行有關(guān)計算。1．物理觀念：能結(jié)合交變電流的公式和圖像識別周期(頻率)、峰值。2．科學(xué)思維：會用周期(頻率)、峰值等物理量通過函數(shù)表達(dá)式和圖像來描述交變電流。經(jīng)歷通過電流的熱效應(yīng)推導(dǎo)交變電流的有效值的過程，體會“等效”的科學(xué)思維方式。課前預(yù)習(xí)反饋

周期和頻率

知識點

11．周期T交變電流完成_________________所需的時間，叫交變電流的周期。單位是________。周期越大，交變電流變化_______，在一個周期內(nèi)，交變電流的方向變化_______。2．頻率f交變電流在1s內(nèi)完成周期性變化的_______，叫交變電流的頻率，單位是_______。頻率越大，交變電流變化_______。一次周期性變化s越慢兩次次數(shù)Hz越快3．ω、T、f的關(guān)系ω＝_______＝_______，T＝_______或f＝_______。4．我國民用交變電流的周期和頻率(1)周期：T＝_______s。(2)頻率：f＝_______Hz。ω＝100πrad/s，電流方向每秒鐘改變_________次。越快0.0250100『判一判』(1)我國提供市電的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為3000r/min。()(2)若交變電流是線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動形成的，則交變電流的周期也是線圈做圓周運(yùn)動的周期。()√√『選一選』(2023·廣東江門市高二月考)某交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與時間的關(guān)系如圖所示，由圖像可知()A．該交流電的周期為4sB．該交流電的頻率為50HzC．該交流發(fā)電機(jī)線圈轉(zhuǎn)動的角速度為100πrad/sD．電動勢的瞬時值與時間的關(guān)系為e＝100sin50πt(V)D『想一想』我們知道日光燈接入的是交變電流，在一個周期里，日光燈明暗交替兩次，也就是說日光燈實際上是時明時暗的，但是我們?yōu)槭裁锤杏X不到日光燈的閃爍呢？峰值和有效值

知識點

21．峰值(1)定義：交變電流的電壓、電流所能達(dá)到的___________。(2)意義：用來表示電流的_______或電壓的_______。(3)應(yīng)用：電容器所能承受的電壓要高于交流電壓的峰值。2．有效值(1)定義：讓交變電流和恒定電流通過大小相同的電阻，如果在交變電流的___________內(nèi)它們產(chǎn)生的熱量_______，這個恒定電流的電流、電壓數(shù)值，叫作這個交變電流的_________。最大數(shù)值強(qiáng)弱高低一個周期相等有效值(2)應(yīng)用：①電器元件或設(shè)備上所標(biāo)的耐壓值指該設(shè)備所能承受的交流電_________。②交流用電設(shè)備上所標(biāo)的額定電壓和額定電流是_________；交流電壓表測量的數(shù)值是_________。③交變電流的數(shù)值在無特別說明時都指_________。3．有效值與峰值的關(guān)系對于正弦式交變電流的有效值與最大值之間的關(guān)系是I＝_______，U＝_______。有效值最大值有效值有效值『判一判』(3)保險絲的額定電流、電容器的耐壓值是交變電流的有效值。()(4)交流電氣設(shè)備上所標(biāo)的電壓和電流值是交變電流的峰值。()××××正弦式交變電流的公式和圖像

知識點

3如果已知正弦交變電流的周期T或頻率f，又知道它的電壓的______或_________，詳細(xì)描述交變電流的情況可以用公式和圖像兩種方式：1．正弦式交變電流的公式：__________________________。2．對應(yīng)圖像：峰值有效值課內(nèi)互動探究探究

交變電流的有效值的理解和計算從實驗的角度出發(fā)，看看是否能從中找到交變電流有效值和最大值的某種關(guān)系。設(shè)計如圖所示的實驗：將一個恒定電流和一個交變電流分別通過同一個小燈泡，若觀察到什么實驗結(jié)果，就可以說明所通的恒定電流的值即為交變電流的有效值。情|境|導(dǎo)|入提示：兩種情況下小燈泡的亮度是一樣的。1．對有效值的理解(1)交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)定義的，理解有效值重點在“等效”，“效果”相同在定義中體現(xiàn)為相同電阻、相同時間，產(chǎn)生相同熱量，交變電流與多大的直流電“效果”相同，有效值就是多大。(2)如果沒有特別說明，交變電流的電壓、電流以及用電器上標(biāo)出的額定電壓、額定電流，都是指其有效值。要|點|提|煉2．有效值的計算3．幾種常見電流的有效值

如圖所示是一交變電流的i－t圖像，則該交變電流的有效值為()典例1典|例|剖|析C(2023·重慶高二期中)A、B是兩個完全相同的電熱器，A通以圖甲所示的方波交變電流，B通以圖乙所示的正弦交變電流，通過兩電熱器的電流有效值之比IA∶IB為()對點訓(xùn)練?D探究

交變電流的四值如圖甲為一電容器，圖乙為保險絲管，請思考：(1)將電容器接在交流電路上，要保證電容器正常工作，需要考慮交變電流哪一個值？(2)若保證保險絲管正常使用，應(yīng)考慮交變電流哪一個值？提示：(1)交變電流的峰值。(2)交變電流的有效值。情|境|導(dǎo)|入交變電流的四值對比要|點|提|煉(1)交變電流的平均值不等于有效值，不是初、末狀態(tài)瞬時值的平均值。(2)交變電流的平均值與交變電流的方向及所取時間的長短均有關(guān)。(3)計算通過導(dǎo)體某一截面的電荷量時，只能用交變電流的平均值。典例2典|例|剖|析D

一臺小型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動勢隨時間變化的正弦規(guī)律圖像如圖甲所示。已知發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為5Ω，現(xiàn)外接一只電阻為95Ω的燈泡，如圖乙所示，則()A．電壓表

的示數(shù)為220VB．電路中的電流方向每秒改變50次C．燈泡實際消耗的功率為484WD．發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻每秒產(chǎn)生的焦耳熱為24.2J對點訓(xùn)練?D探究

正弦式交變電流的圖像與表達(dá)式的理解1．用圖像描述交變電流的變化規(guī)律(在中性面時t＝0)如下：要|點|提|煉

函數(shù)圖像說明磁通量Φ＝Φmcosωt＝BScosωtS為線圈的面積，N為線圈的匝數(shù)，r為線圈的電阻(內(nèi)阻)，R為外電阻電動勢e＝Emsinωt＝NBSωsinωt2．從圖像中可以解讀到以下信息(1)交變電流的峰值Em、Im和周期T。(2)兩個特殊值對應(yīng)的位置：①e＝0(或i＝0)時：線圈位于中性面上；e最大(或i最大)時：線圈平行于磁感線。(2023·河南新鄉(xiāng)高二期中)圖甲是小型交流發(fā)電機(jī)的示意圖，兩磁極N、S間的磁場可視為水平方向的勻強(qiáng)磁場，A為理想交流電流表。線圈繞垂直于磁場的水平軸OO′沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，從圖甲所示位置開始計時，產(chǎn)生的交變電流隨時間變化的圖像如圖乙所示。下列說法正確的是()典例3典|例|剖|析D

如圖甲所示為交流發(fā)電機(jī)的示意圖，兩磁極N、S間的磁場可視為水平方向勻強(qiáng)磁場，A為理想電表。單匝線框繞垂直于磁場的水平軸OO′沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，從圖示位置開始計時，線框中的磁通量Φ隨時間t變化的關(guān)系如圖乙所示。已知電阻R＝10Ω，其余電阻忽略不計，下列判斷正確的是()A．電流表的示數(shù)為10AB．1s內(nèi)電流的方向改變50次C．0.01s時，線框平面與磁場方向垂直D．1個周期內(nèi)，電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱為10J對點訓(xùn)練?D課堂小結(jié)核心素養(yǎng)提升電感器和電容器對交變電流的作用1．電感器對電流的作用可歸納為(1)通直流，阻交流；(2)對交變電流是通低頻，阻高頻。2．電容器對電流的作用可歸納為(1)隔直流，通交流；(2)對交變電流是阻低頻，通高頻。3．電阻、感抗、容抗的比較

電阻感抗容抗產(chǎn)生的原因定向移動的自由電荷與其他的碰撞由于電感線圈的自感現(xiàn)象阻礙電流的變化電容器兩極板上積累的電荷對這個方向定向移動的電荷的反抗作用在電路中的特點對直流、交流均有阻礙作用只對變化的電流(如交流)有阻礙作用不能通直流，只能通變化的電流

電阻感抗容抗決定因素由導(dǎo)體本身(長短、粗細(xì)、材料)決定，與溫度有關(guān)由線圈的自感系數(shù)和交流的頻率決定(成正比)由電容的大小和交流的頻率決定(成反比)做功與電能的轉(zhuǎn)化電流通過電阻做功，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能電能和磁場能往復(fù)轉(zhuǎn)化電能與電場能往復(fù)轉(zhuǎn)化4．交變電流能夠“通過”電容器的理解當(dāng)電容器接到交流電源上時，由于兩極板間的電壓變化，電壓升高時，形成充電電流，電壓降低時，形成放電電流，充、放電交替進(jìn)行，電路中就好像交變電流“通過”了電容器，實際上，自由電荷并沒有通過兩極板間的絕緣介質(zhì)。(2023·湖南高二期中)如圖所示的交流電路中，燈L1、L2和L3均發(fā)光，如果保持交變電源兩端電壓的有效值不變，但頻率增大，各燈的亮、暗變化情況為()A．燈L1、L2和L3均變暗

B．燈L1、L2均變亮，燈L3變暗C．燈L1不變，燈L2變暗，燈L3變亮

D．燈L1不變，燈L2變亮，燈L3變暗解析：當(dāng)交變電源的頻率增大時，電阻對電流的阻礙作用不變，電感器對電流的阻礙作用增強(qiáng)，電容器對電流的阻礙作用減弱，所以燈L1亮度不變，燈L2變暗，燈L3變亮，故C正確，A、B、D錯誤。案例C課堂達(dá)標(biāo)檢測一、周期和頻率ACD二、峰值和有效值2．下列提到的交流電，哪個指的不是交流電的有效值()A．交流電壓表的讀數(shù)B．保險絲的熔斷電流C．電容器的擊穿電壓D．電動機(jī)銘牌上的額定電壓解析：交流電表的示數(shù)，是有效值；保險絲的熔斷電流，也是有效值；電容器的耐壓值，是指的峰值；電動機(jī)銘牌上的額定電壓，也是有效值。題目要求不是有效值，故選C。C3．(2023·山東聊城高二期中)圖甲為某型號調(diào)光燈的電路圖，若將調(diào)光燈接在u＝156sin100πtV的電源上，由于控制器的作用使輸入的正弦交流電僅有半個周期能夠通過，即電壓變?yōu)閳D乙所示波形，從而達(dá)到調(diào)光目的，則此時交流電壓表讀數(shù)為()C三、正弦式交變電流的公式和圖像4．(多選)(2023·甘肅省蘭州市高二期中)一正弦交變電壓隨時間變化的規(guī)律如圖所示。由圖可知(