【课件】描述交变电流的物理量+课件-2023-2024学年高二下学期物理粤教版（2019）选择性必修第二册

1、粤教版选择性必修二第二节描述交变电流的物理量新课导入新课导入大小和大小和方向方向都随时间做都随时间做周期性的变化周期性的变化.简称交流。简称交流。什么是交变电流（AC）？我们曾经学过什么运动模型同样具有周期性的吗？交变电流的大小和方向都随时间发生周期性变化，那么我们如何描述这种电流的变化特征呢？新课导入新课导入Em-Em0et按正弦（或余弦）规律变化的交流电叫按正弦（或余弦）规律变化的交流电叫正弦式交流电正弦式交流电交流电频率单位Hz线圈转速瞬时感应电动势表达式瞬时感应电动势表达式:周期单位s峰值=Part 01周期和频率周期和频率周期和频率周期周期T交变电流完成一次周期性变化的时间。交变电流完成一次周期性变化的时间。(线圈线圈转动一圈转动一圈)频率频率f 交变电流在交变电流在1s内完成周期性变化的次数。内完成周期性变化的次数。（频率是供电质量的重要指标）（频率是供电质量的重要指标）T=0.02s=50每秒电流方向改变100次(多多选选)矩矩形形金金属属线线圈圈共共10匝匝，绕绕垂垂直直于于磁磁场场方方向向的的轴轴在在匀匀强强磁磁场场中中匀匀速速转动，线圈中产生的感应电动势转动，线圈中

2、产生的感应电动势e随时间随时间t变化的情况如图所示变化的情况如图所示.下列说法正确的是下列说法正确的是（）A.此交变电流的频率为此交变电流的频率为 0.2 HzB.1 s 内电流方向变化内电流方向变化 10 次次C.t 0.1 s时，线圈平面与磁场方向平行时，线圈平面与磁场方向平行D.1 s 内线圈转内线圈转 5 圈圈BD课堂练习课堂练习课堂练习课堂练习(多选)一单匝矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴线匀速转动时产生正弦式交变电流，其电动势的变化规律如图线a所示，当调整线圈转速后，电动势的变化规律如图线b所示，以下关于这两个正弦式交变电流的说法正确的是（）A从图线可算出穿过线圈磁通量的最大值B线圈先后两次转速之比为2 3C在图线a和b中，t0时刻穿过线圈的磁通量均为零D图线b电动势的瞬时值表达式为ADPart 02峰值和有效值一、峰值一、峰值交变电流在一个周期内所能达到的交变电流在一个周期内所能达到的最大数值最大数值通常用通常用E Em m、I Im m和和U Um m表示峰值。表示峰值。峰值：峰值：电动势峰值：Em=NBS R RE Ei i i ir r欧姆定律也适用于欧姆定律也

3、适用于交流电路交流电路一、峰值一、峰值交变电流在一个周期内所能达到的最大数值。交变电流在一个周期内所能达到的最大数值。峰值：峰值：电容器电容器上的标称电压值上的标称电压值（又叫耐压值或击穿电压）（又叫耐压值或击穿电压）是电容器两极间所允许电压的是电容器两极间所允许电压的峰值峰值超过超过该值就有该值就有被被击穿击穿的危险。的危险。电容耐压值（最大值)新课导入新课导入电阻的刻度线电阻的刻度线直流电流、电压的刻度线直流电流、电压的刻度线交变电压交变电压2.5V的刻度线的刻度线为了为了便于对交流电流进行测量和分析便于对交流电流进行测量和分析，生产、，生产、生活中还采用生活中还采用有效值有效值来描述交变电流来描述交变电流思考与讨论思考与讨论如图所示电流如图所示电流I 通过一个通过一个R=1的电阻。它不是恒定电流。的电阻。它不是恒定电流。怎样计算通电怎样计算通电1 s内电阻内电阻R中产生的热量中产生的热量?如果有一大小、方向都不变的恒定电流通过这个电阻如果有一大小、方向都不变的恒定电流通过这个电阻R也能在也能在s内内产生同样热量产生同样热量，这个电流是多大？，这个电流是多大？二、有效值二、有效值1

4、.1.定义：定义：根据电流的热效应来规定，让交变电流和恒定电流分别通过相同阻值的电阻，如果它们在交变电流的一个周期内产生的热量相等，这一恒定电流的数值就是相应交变电流的有效值。21 1+22 2=2Q交流电交流电Q直流电直流电注意注意：定义有效值时要：定义有效值时要“三同三同”：电阻相同电阻相同，时间相同（一个周期）时间相同（一个周期），热量相同热量相同。二、有效值二、有效值保险丝的熔断电流是指有效值无特别说明时提到的交变电流的数值是指有效值交流用电设备上所标的额定电压和额定电流是指有效值交流电压表、电流表测量的数值是指有效值甲、乙图中电炉烧水,设壶材料相同、水质量相等、水的初温相同。若用直流电源、交流电把水烧开均用了10分钟。电炉烧水电炉烧水3Aitit交流电的热效果和直流电相同交流电的热效果和直流电相同电流有效值也是电流有效值也是 3 A交变电流有效值与峰值存在怎么样的关系？二、有效值二、有效值2.2.正弦式交流电的有效值与峰值的关系：正弦式交流电的有效值与峰值的关系：注：上面关系式是针对正弦式交流电的，注：上面关系式是针对正弦式交流电的，对对其他交流电不适合。其他交流电不适合。对

5、于其他交变电流，其有效值与峰值间的关系均须根据有效值的定义（电流的热效应）作具体分析。U=Um=0.707UmI=Im=0.707ImE=Em=0.707Em课堂练习课堂练习【例1】求有效电流和有效电压i/AO1t/s234R=1解得：即：课堂练习课堂练习【例2】如图所示交变电流图象为某一正弦式交变电流更换负值后的 it 图象，求该交变电流的有效值.课堂练习课堂练习【例3】一交变电流随时间变化的图像如图所示，则此交变电流的有效值为（）B二、有效值二、有效值3.3.几种常见交变电流的有效值几种常见交变电流的有效值电流名称电流名称电流图线电流图线有效值有效值正弦式交正弦式交变电流变电流正弦半正弦半波电流波电流二、有效值二、有效值电流名称电流名称电流图线电流图线有效值有效值正弦单向正弦单向脉动电流脉动电流矩形脉矩形脉动电流动电流非对称性非对称性交变电流交变电流3.3.几种常见交变电流的有效值几种常见交变电流的有效值三、交变电流三、交变电流“四值四值”的比较和应用的比较和应用瞬时值、峰值、有效值、平均值交变电流交变电流“四值四值”：平均感应电动势eOttS不易求！vOtt平均速度S平均感应电流

6、iOttS不易求！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计算线圈某一时刻的受力（安培力）情况峰值最大的瞬时值确定电容器的耐压值或击穿电压有效值跟交变电流的热效应等效的恒定电流值、电压值正弦式交变电流(1)电流热效应相关量(如功、功率、热量)(2)交流电表（电压表、电流表）的测量值(3)电气设备铭牌标注额定电压、额定电流(4)保险丝的熔断电流平均值交变电流图象中图线与时间轴所围面积与时间比值(1)某段时间内产生的平均感应电动势(2)某段时间内产生感应电流的平均值(3)某段时间内通过横截面的电荷量三、交变电流三、交变电流“四值四值”的比较和应用的比较和应用1.在研究某一时刻线圈受到的安培力时，只能用瞬时值。2.在研究电容器的耐压值时，只能用峰值。3.在研究交变电流做功、电功率及产生的热量时，只能用有效值。交流电流表、交流电压表显示的也是有效值。4.在研究交变电流通过导体横截面的电荷量时，只能用平均值。交变电流的四值，即瞬时值、峰值、有效值和平均值，在不同的情况下：三、交变电流三、交变电流“四值四值”的比较和应用的比较和应用例1：小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速

7、运动，产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图所示。该阻值为r=4的线圈与一个R6 的电阻构成闭合电路。（1）交变电流的周期和频率？（2）交变电流的电动势的最大值和有效值？（3）感应电动势的瞬时值表达式？（4）若改变交流电源的频率，保持其峰值不变，其电动势的有效值是否改变？（5）交流电流表、电压表的示数？（6）电阻的热功率？不变或课堂练习课堂练习例2：如图所示交流发电机的矩形线圈边长abcd0.4m，adbc0.2m，线圈匝数N100，电阻r1，线圈在磁感应强度B0.2T的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以100rad/s的角速度匀速转动，外接电阻R9，以图示时刻开始计时，则(1)感应电动势的最大值(2)由图示位置转过60时的瞬时感应电动势(3)由图示位置转过60的过程中产生的平均感应电动势(4)由图示位置转过60的过程中通过电阻R的电荷量(5)交流电压表的示数(6)线圈转动一周产生的总热量Part 03巩固提升1 1如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感应垂直的转轴匀速转动，产如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感应垂直的转轴匀速转动，产生的交变电动势的图象如图乙所示

8、，则（）生的交变电动势的图象如图乙所示，则（）A A线框产生的交变电动势有效值为线框产生的交变电动势有效值为311V311VB B线框产生的交变电动势频率为线框产生的交变电动势频率为100Hz100HzC Ct=0.005st=0.005s时，线框的磁通量变化率为零时，线框的磁通量变化率为零D Dt=0.01st=0.01s时，线框平面与中性面重合时，线框平面与中性面重合D2 2某交流发电机中，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某交流发电机中，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的关系如图所示如果此线圈和一个的关系如图所示如果此线圈和一个R=R=100100的电阻构成闭合电路，不计电路的其他电的电阻构成闭合电路，不计电路的其他电阻，下列说法中正确的是（）阻，下列说法中正确的是（）A A交变电流的周期为交变电流的周期为0.04s0.04sB B电阻电阻R R两端的有效电压是两端的有效电压是100V100VC C交变电流的有效值为交变电流的有效值为1A1AD D交变电流的最大值为交变电流的最大值为1A1AADC3 3如图所示，图线如图所示，图线a

9、a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生的交变电动势的图象，当是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生的交变电动势的图象，当调整线圈转速后，所产生的交变电动势的图象如图线调整线圈转速后，所产生的交变电动势的图象如图线b b所示，转动轴垂直于磁场方向。所示，转动轴垂直于磁场方向。则下列说法中错误的是（）则下列说法中错误的是（）A A在图中在图中t=0t=0时刻穿过线圈的磁通量均为最大时刻穿过线圈的磁通量均为最大B B线圈先后两次转动的角速度之比为线圈先后两次转动的角速度之比为3:23:2C C图线图线b b所对应的电动势的有效值为所对应的电动势的有效值为 V VD D图线图线a a所对应的电动势的瞬时值表达式为所对应的电动势的瞬时值表达式为 （V V）4 4先后用不同的交流电源给同一盏灯泡供电。第一次灯泡两端的电压随时间按正弦规先后用不同的交流电源给同一盏灯泡供电。第一次灯泡两端的电压随时间按正弦规律变化如图甲所示；第二次灯泡两端的电压随时间变化规律如图乙所示，不考虑温度律变化如图甲所示；第二次灯泡两端的电压随时间变化规律如图乙所示，不考虑温度对灯泡电阻影响。则以下说法正确的是（）对灯泡电阻影响。

10、则以下说法正确的是（）A A第一、第二次，灯泡两端的电压之比为第一、第二次，灯泡两端的电压之比为1:21:2B B第一、第二次，通过灯泡的电流之比是第一、第二次，通过灯泡的电流之比是2:12:1C C第一、第二次，灯泡电功率之比是第一、第二次，灯泡电功率之比是1:21:2D D第一、第二次，灯泡在相等时间内产生的热量之比是第一、第二次，灯泡在相等时间内产生的热量之比是1:41:4CB5 5如图所示，一矩形线圈的面积为如图所示，一矩形线圈的面积为S S，匝数为，匝数为N N，电阻为，电阻为r r，处于磁感应强度大小为，处于磁感应强度大小为B B的的水平匀强磁场中，绕垂直磁场的水平轴水平匀强磁场中，绕垂直磁场的水平轴OOOO以角速度以角速度匀速运动。线圈通过滑环与定匀速运动。线圈通过滑环与定值电阻值电阻R R及理想电流表组成闭合回路。已知理想电压表的示数为及理想电流表组成闭合回路。已知理想电压表的示数为U U，从线圈平面与磁感，从线圈平面与磁感线平行的位置开始计时，则（）线平行的位置开始计时，则（）A AR R两端电压瞬时值的表达式为两端电压瞬时值的表达式为B B理想电流表的示数为理想电流

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