資源簡介

(共67張PPT)
第三章　交變電流
2. 交變電流的描述
核心素養：
1. 理解交變電流的峰值和有效值的含義；了解交變電流的相位和初相位及其物理意 義.（物理觀念）
2. 通過對交變電流的有效值進行理論推導，培養學生應用數學工具解決物理問題的 能力.（科學思維）
3. 了解家庭電路的電壓.（科學態度與責任）
第*頁
研習任務一　周期和頻率
合作　討論
如圖所示的交變電流完成一次周期性變化需要多長時間？在1 s內完成多少次周 期性變化？
提示：由圖可知完成一次周期性變化需要0.02 s，1 s內完成50次周期性變化.
教材　認知
1. 周期
（1）定義：交變電流完成一次 所需時間，叫作交變電流的周期，通 常用符號 表示.
（2）單位： .
（3）意義：周期越大，表明交變電流變化得 .
周期性變化　
T　
秒（s）　
越慢　
比　
f　
越快　
要點　歸納
研習　經典
BD
A. 此交變電流的頻率為0.2 Hz
B. 1 s內電流方向變化10次
C. t＝0.1 s時，線圈平面與磁場方向平行
D. 1 s內線圈轉5圈
解析：由題圖可知T＝0.2 s，故f＝5 Hz，即1 s內完成5個周期，線圈轉5圈，每轉1圈 電流方向改變2次，則1 s內電流方向變化10次，故A錯誤，B、D正確；在t＝0.1 s 時，e＝0，所以線圈平面與磁場方向垂直，故C錯誤.
名師點評
　　此類問題主要考查基本概念的掌握，解決這類問題要注意以下兩個方面：一是培 養從圖像獲得信息的能力，二是掌握物理量基本概念，及物理量之間的關系.
對應　訓練
A. t＝0時刻，線圈平面與中性面垂直
B. t＝0.5T時刻，線圈中的磁通量最大
C. 該交變電流的頻率為100 Hz
D. 該線圈轉動角速度為100π rad/s
BD
第*頁
研習任務二　峰值和有效值
合作　討論
如圖所示是通過一個R＝1 Ω的電阻的電流i隨時間t變化的圖像.這個電流不是恒 定電流.
（1）試計算1 s內電阻R中產生的熱量；
（2）如果有一個大小、方向都不變的恒定電流通過這個電阻R，
也能在1 s內產生同樣的熱量，這個電流是多大？
教材　認知
1. 峰值
（1）定義：交變電流的電壓、電流所能達到的最大值.
（2）電動勢峰值的表達式：Em＝NBSω.
2. 有效值
（1）定義：讓交變電流和恒定電流分別通過大小相同的電阻，如果在交變電流 的 內它們產生的 相等，而這個恒定電流的電流是I、電壓是U， 我們就把I、U叫作這個交變電流的 .
一個周期　
熱量　
有效值　
要點　歸納
1. 交變電流有效值的計算方法
（2）若不是正弦式交變電流，則必須根據電流的熱效應來求解其有效值，且時間取 一個周期.具體解法：
①假設讓交變電流通過電阻R；
②計算交變電流在一個周期內產生的熱量Q（可分段計算）；
2. 幾種典型電流的有效值
電流名稱 電流圖像 有效值
正弦式交變電流
正弦半波電流
正弦單向脈沖電流
電流名稱 電流圖像 有效值
矩形脈
沖電流
非對稱性
交變電流
研習　經典
A. 10 A B. 5 A
C. 15 A D. 8.7 A
D
對應　訓練
A. 12 V
C. 15 V
B
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研習任務三　交變電流的四值的對比
合作　討論
要點　歸納
1. 正弦式交變電流“四值”的比較及應用
名稱 物理含義 重要關系 適用情況
瞬時值 交變電流某 時刻的值 e＝Emsin ωt
i＝Imsin ωt 分析交變電流在某一時刻的情況
最大值 最大的瞬
時值 確定用電器的耐壓值
名稱 物理含義 重要關系 適用情況
有效值 跟交變電流 的熱效應等 效的恒定電 動勢、電壓 或電流值 （1）計算與電流熱效應相關的量 （如功率、熱量）
（2）交流電表的測量值
（3）電氣設備標注的額定電壓、額 定電流
（4）保險絲的熔斷電流
名稱 物理含義 重要關系 適用情況
平均值 交變電流圖 像中圖線與 時間軸所夾 “面積”與 時間的比值
2. 注意事項
（1）不能混淆四值的物理意義，解決不同的問題要選用不同的物理量.
（2）不能認為有效值就是平均值，有效值和平均值的物理意義、計算方法、應用對 象都不同.
研習　經典
（1）寫出線圈內所產生的感應電動勢的瞬時值表達式；
答案：（1）e＝100sin 20πt（V）　
解析：（1）感應電動勢的瞬時值表達式為
e＝Emsin ωt
其中Em＝NBSω
ω＝2πn
解得e＝100sin 20πt（V）.
答案：（2）86.6 V　
對應　訓練
甲 乙
BD
A. 框內電流方向不變
B. 電動勢的最大值為Um
知識　構建
第*頁
課后提素養 深刻剖析 提升能力
基礎　題組
1. 判斷正誤.
×
×
×
√
甲 乙
B
A. t＝0.02 s時線圈平面與中性面垂直
B. 每秒鐘內電流方向改變100次
C. 產生交變電流的周期為2 s
D. 線圈的轉速為100 r/s
C. I0
C
中檔　題組
D. Um
A
A. 兩線圈產生的電動勢的有效值相等
B. 兩線圈產生的交變電流頻率相等
C. 兩線圈產生的電動勢同時達到最大值
D. 兩電阻消耗的電功率相等
B
3. 如圖所示，勻強磁場的磁感應強度B＝0.5 T，邊長L＝10 cm的正方形線圈abcd共 100匝，線圈電阻r＝1 Ω，線圈繞垂直于磁感線的對稱軸OO'勻速轉動，角速度ω＝2π rad/s，外電路電阻R＝4 Ω.求：
（1）轉動過程中感應電動勢的最大值；
答案：（1）3.14 V
解析：（1）根據Em＝NBSω，可得感應電動勢的最大值：
Em＝100×0.5×0.12×2π V＝3.14 V.
（2）由圖示位置（線圈平面與磁感線平行）轉過60°角時的瞬時感應電動勢；
答案：（2）1.57 V　
解析：（2）由于從線框垂直于中性面開始計時，所以感應電動勢的瞬時值表達式為
e＝Emcos 2πt（V）
當線圈轉過60°角時的瞬時感應電動勢為e＝Emcos 60°＝1.57 V.
（3）由圖示位置轉過60°角的過程中產生的平均感應電動勢；
答案：（3）2.6 V　
（4）交變電壓表的示數；
　答案：（4）1.78 V
（5）線圈轉動一周外力做的功.
　答案：（5）0.99 J
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課時作業（十）
[基礎訓練]
A. 在一個周期內交變電流的方向只改變一次
B. 電風扇銘牌上標出的電壓值和電流值都是指有效值
C. 某正弦式交流電壓的最大值為311 V，則該交流電壓最小值為－311 V
D. 用交流電流表或交流電壓表測交流電流或電壓時，測量的是交流電流或電壓的最 大值
解析：在一個周期內交變電流的方向改變兩次，故A錯誤；電風扇銘牌上標出的電壓 值和電流值都是指有效值，故B正確；正弦式交流電壓的最大值為311 V，最小值為 零，故C錯誤；交流電流表和交流電壓表測量的是有效值，故D錯誤.
B
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A. 交變電流能通過電容器
B. 電容器具有通直流、阻交流的作用
C. 電容器電容較小，它具有通高頻、阻低頻的作用
D. 電容器的電容越大、交變電流的頻率越高，電容器對交變電流的阻礙作用就越小
解析：電容器“通交流、隔直流”，但對交流電有阻礙作用，電容器的電容越 大，交流的頻率越高，電容器的容抗越小，故A、C、D正確，不符合題意，B錯 誤，符合題意.
B
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甲 乙
A. 3∶1 B. 1∶2
C. 2∶1 D. 4∶3
B
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B. 感應電動勢的瞬時值表達式為e＝NBL1L2ωsin ωt
C
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B. 將該電壓加在110 Ω的電阻兩端，則該電阻消耗的電功率為110 W
C. 交流電的頻率為60 Hz，電流方向每秒改變60次
D. 當t＝0.1 s時電壓表瞬間示數為0
B
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A
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A. 線圈消耗的電功率為4 W
B. 線圈中感應電流的有效值為2 A
AD
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[能力提升]
A. 通過該電阻的電荷量為90 C
C. 電流流過該電阻產生的焦耳熱為150 J
D. 通過該電阻電流的有效值為1.5 A
C
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C
A. 兩次t＝0時刻線圈平面均與中性面垂直
B. 曲線a、b對應的線圈轉速之比為2∶3
C. 曲線a表示的交變電流頻率為25 Hz
D. 曲線b表示的交變電動勢有效值為10 V
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甲 乙
BC
B. 電燈恰好正常發光
C. 電容器有可能被擊穿
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（1）線圈中感應電動勢的最大值是多少？
答案：（1）50 V　
（2）若從線圈處于中性面開始計時，寫出線圈中感應電動勢的瞬時值表達式；
答案：（2）e＝50sin 10πt（V）
解析：（2）感應電動勢的瞬時值表達式為e＝Emsin ωt＝50sin 10πt（V）.
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（3）電路中理想電壓表和理想電流表的示數各是多少？
答案：（3）31.82 V　3.54 A
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12. 如圖所示，一個面積為S、匝數為N的半圓形線圈，以直徑ab為軸勻速轉動，角速 度為ω，ab的左側有垂直于紙面向里（與ab垂直）的勻強磁場，磁感應強度為B，M和 N是兩個集流環，負載電阻為R，線圈、電流表和連接導線的電阻不計.從圖示位置開 始計時，求：
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（1）電流表的示數；
解析：（1）線圈繞軸勻速轉動時，在電路中產生如圖所示的交變電流.
此交變電動勢的最大值為Em＝NBSω，
設此交變電動勢在一個周期內的有效值為E，
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