高中物理第三章电磁感应三交变电流课件选修11高二选修11物理课件

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2．直流与交变电流的对比
按大小和方向的变化规律，可将电流作如下的分类：
直流
恒定电流 非恒定电流
大小、方向均恒定 仅方向恒定
电流、电压随时间按正弦函数规律变化的 正弦式电流
交变电流 交变电流
电流、电压随时间不按正弦函数规律变化 非正弦式电流
的交变电流
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答案：b 12/9/2021 隔直电容器 隔直流、通交流
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内容(nèiróng)总结
01 课前 自主(zìzhǔ)梳理。01 课前 自主(zìzhǔ)梳理。03 课后 巩固提升。直流
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[课时作业]
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一、交流发电机 1．结构：由固定不动的“ 定子(dìn”gzǐ和) 连续转动的“ 转子(zhu”àn 组zǐ) 成． 2．原理：电磁感应现象，即无论是哪种交流发电机都是由于转子的转动使得穿过线 圈的 磁通量 发生变化，从而在线圈中激发出感应电动势． 3．交流和直流 大小和 方向(fān随gxià时ng)间做周期性变化的电流叫交变电流，简称交流． 方向 不变的电 流叫直流．
解析：此位置没有磁感线穿过线圈，所以磁通量是零，但此时感应电动势和感应电 流都有最大值．
答案：AD 12/9/2021
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4．(多选)关于交变电流的有效值 U 和最大值 Um，下列说法中正确的是( ) A．任何形式的交变电流都具有 U＝U2m的关系 B．只有正弦交变电流才具有 U＝U2m的关系 C．照明电压 220V，动力电压 380 V 指的都是有效值 D．交流电压表和交流电流表测的都是最大值
Im ＝ 2
20 2
A＝10 2 A＝14.14 A，
交变电流的周期为 T＝0.02 s，
所以 f＝T1＝50 Hz，
交变电流的瞬时值表达式为
i＝Imsin ωt＝Imsin 2πft＝20sin 314t A. 在 t＝T8时，交变电流的瞬时值为
i＝1I2/m9/s20i2n1 2Tπt＝Im sinπ4＝ Im2. 所以答案为 B、D.
1 ③周期和频率的关系：T＝ f .
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6．交变电流的有效值 (1)定义：即在同一时间内跟某一交变电流能使同一电阻产生相等热量的直流电的数 值，叫作该交变电流的 有效值 ． (2)和最大值的关系 Ue＝Um2≈0.707Um，Ie＝ Im2≈0.707Im.
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[试做] 如图所示为一正弦式交流电的 u-t 图象，由图可知：该交变电流的频率为________Hz， 电压的有效值为________V.
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解析：由图知 T＝0.02 s，交变电流的频率 f＝T1＝0.102 Hz＝50 Hz 正弦式交流电有效值和峰值之间的关系是 U＝Um2ax， 所以电压有效值 U＝Um2ax＝1020 V＝50 2 V.
答案：50 50 2
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三、交流能够通过电容器 1．交变电流通过电容器的本质 当电容器接到交流电路上时，由于电容器交替进行 充电(chō和ng d放iàn)电(fàn，g d从iàn)而在电路中形 成电流，表现为交流“通过”了电容器． 2．电容器的作用和应用 电容器能够通 交流(jiā、oliú隔) 直流 ，这一点在电子技术中有重要应用．
解析：电容器接在交流电路中时，电路中有电流，有电荷的定向移动，但没有电荷 能通过电容器，B、D 选项正确．
答案：BD 12/9/2021
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3.(多选)如图，矩形线圈在匀强磁场中绕 OO′轴匀速转动， 当转到图示位置时，线圈的( ) A．磁通量为零 B．感应电流为零 C．电动势为零 D．感应电流最大
D．在 t＝T8时刻，电流的大小与其有效值相等
[思路点拨] 解此题的关键是充分利用 i-t 图象信息，并结合 T＝1f、Um＝
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式 i＝Imsin ωt 中各符号的意义判断．
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2 u 及公
[解析]
从题图中可以看出，交变电流的最大值为
Im＝20
A，有效值为
I
有＝
电热、电功率等物理量时，均需要代入有效值进行计算．
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[例 2] (多选)一个按正弦规律变化的交变电流的 i -t 图象如
图所示，根据图象可以断定( )
A．交变电流的频率 f＝0.2 Hz
B．交变电流的有效值 I 有＝14.14 A
C．交变电流瞬时值表达式 i＝20sin 0.02t A
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1．图中画出了六种电流随时间变化的图象．这六个图中的电流都随时间 t 做周期性 变化，其中属于正弦式电流的是________．
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解析：大小、方向随时间做周期性变化的电流称为交变电流，所以①、③、⑤、⑥ 属于交变电流，④为直流；电流、电压按正弦规律变化的交变电流称为正弦式电流， 故③为正弦式电流．
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三、交变电流
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情景导入
学习目标预览
1.理解交变电流是怎样产生的．
用一块蹄形磁铁慢
2.定性了解交变电流的变化规律及其图象表示
慢地接近发光的白
和主要特征物理量．
炽灯泡，可以看到灯
3.知道交变电流能通过电容器的原因，了解交变
丝在不停地颤动，而
电流这一特性在电子技术中的应用．
12/9/20Leabharlann 1第四页，共三十五页。[思考] 交变电流的大小是否一定变化？它与直流电的最大区别是什么？
提示：交变电流的大小不一定变化，如方形波电流，它与直流电的最大区别是方向 发生周期性的变化．
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二、交流的变化规律及有效值 1．定义：大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫 交变(jiāo biàn)电．流 2．产生：矩形线圈在匀强磁场里绕垂直于磁场的转轴以某一角速度匀速转动，线圈 中将产生 正弦(zhèngxián)式电．流 3．波形：正弦式电流的波形是 正弦(zhèngxián)图．象 4．变化规律：在线圈平面与磁场垂直时，线圈中没有感应电流，这样的位置叫 中性面 ． 从中性面开始计时，正弦式电流的瞬时值表达式为：e＝Emsin ωt.
答案：BC
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5．电流方向每秒钟改变 100 次的交变电流，它的周期和频率分别是( )
A．0.01 s 和 100 Hz
B．0.01 s 和 50 Hz
C．0.02 s 和 50 Hz
D．0.02 s 和 100 Hz
解析：电流方向每秒钟改变 100 次，即 50 个周期，所以周期为 0.02 s，频率为 50 Hz.
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通过计算表明，正弦式交变电流的有效值与最大值之间的关系为：E＝Em2，I＝
Im ， 2
U＝U2m.
在交流电路中，电流表、电压表、功率表等仪表测量的示数均为有效值，在没有特
别指明的情况下，所给出的交变电流的数值都是指有效值，在日常生活中，使用交
变电流的用电器铭牌上所标明的额定电压、额定电流也都是指有效值，在计算电功、
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5．物理量：有瞬时值、最大值、周期和频率． (1)峰值：说明交变电流在变化过程中所能达到的 最大 值，Umax、Imax 分别为交变电
流电压、电流的峰值．
(2)周期和频率 ①周期：交变电流完成一次 周期性 变化所用的时间，符号为 T，它的单位是 秒 ． ②频率：交变电流在 1 s 内发生周期性变化的 次数(cìsh，ù) 符号为 f，单位为 赫兹(hè．zī)
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[例 1] (多选)如图所示各图线中表示交变电流的是( )
[解析] 因为电流方向随时间做周期性变化，是交变电流的最主要特征，也是交流与 直流的最主要区别．
[答案] 12/9/2021 BCD
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恒定电流仅仅是直流中的一种；同样，交变电流也并不都是正弦式电流，正弦式电 流的特殊规律不能适用于所有交变电流．
答案：③
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要点二 交变电流的最大值和有效值的应用
交变电流的最大值是指交变电流在一个周期内所能达到的最大瞬时值．当矩形线圈 在匀强磁场中匀速转动到与磁场方向平行时，产生的感应电动势具有最大值，Em＝ nBSω.此时电路中的电流强度及用电器两端的电压都具有最大值，即 Im＝RE＋mr，Um ＝ImR.
A．周期是 0.01 s
C．有效值是 311 V
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B．最大值是 311 V D．表达式为 u＝220sin 100πt V
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解析：由题图可得周期为 0.02 s，选项 A 错误．选项 D 中峰值应该为 311 V，即 u＝ 311sin 100πt V，选项 D 错误．有效值 Ue＝U2m＝3121 V≈220 V，选项 C 错误．
移去磁铁后就不再有这种现 4.初步了解发电机、交变电流的发明和利用对促
象，是什么原因使灯丝颤动起 进人类社会进步的作用，进一步体验科学、技术
来的呢？
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与社会生活之间的密切关系.
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01 课前 自主(zìzhǔ)梳理
02 课堂(kètáng) 合作探究 03 课后 巩固(gǒnggù)提升
答案：B
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[随堂训练] 1．关于交变电流与直流电的说法中正确的是( ) A．如果电流大小做周期性变化，则一定是交变电流 B．直流电的大小可以变化，但方向一定不变 C．交变电流一定是按正弦或余弦规律变化的 D．直流电的方向可以发生周期性变化
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答案：C
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6．在电子技术中，从某一装置输出的电流常常既有交流成分，又有直流成分，如果 只要把交流成分输送到下一级，应该采用如图所示电路中的________电路图(填“a” 或“b”)．其中的电容器叫________(填“滤波电容器”或“隔直电容器”)，它的作用 是_____________________________________________________________________．
解析：交变电流是指大小和方向都随时间做周期性变化的电流，而方向不随时间变 化叫直流电．所以 A、C、D 错，B 正确．
答案：B
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2．(多选)对电容器能通过交变电流的原因，下列说法正确的是( ) A．当电容器接到交流电源上时，因为有自由电荷通过电容器，电路中才有电流 B．当电容器接到交流电源上时，电容器交替进行充电和放电，电路中才有电流 C．在有电容器的交流电路中，没有电荷的定向移动 D．在有电容器的交流电路中，没有电荷通过电容器
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[思考] 当电容器接到交流电路上时，自由电荷通过电容两极板间的绝缘介质了吗？
提示：没有．电容器通交流的实质是当电容器接到交流电路上时，电容器不断地充、 放电，从而使电路中有了电流.
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要点一 交变电流的特点
1．交变电流的特征 电流大小和方向随时间做周期性变化是交变电流的最重要特征．
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解析：电压、电流的有效值和峰值之间的 2倍关系是仅限于正弦式电流而言的，所 以 A 是错误的，B 是正确的；在交变电流的讲述中没有特殊说明情况下的电流和电 压均指有效值，所以 C 正确；电流表和电压表的工作原理都是根据有效值制造的， 所以 D 不正确．故正确答案为 B、C.
[答案] BD
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(1)利用有效值 U＝Um2≈0.707Um，Im＝ Im2≈0.707Im 计算只适用于正弦式电流． (2)理解图象的物理意义，从图象中找出周期和最大值，写出瞬时表达式．
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2．如图所示是某种正弦式交变电压的波形图，由图可确定该电压的( )