人教版高二物理选择性必修第二册第三章：-交流电的描述

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高中物理新人教版选择性必修二交变电流的描述课件

计时，交变电流的图像是正弦曲线.
2.若已知电压、电流最大值分别是Um、Im，周期为T，则正弦式交变电
2π
2π
I
sin
Umsin Τ t
m
流电压、电流表达式分别为u＝___________，
i＝__________.
Tt
高中物理选择性必修第二册
第三章交变电流
想一想
下图是一个正弦式交变电流的波形图。根据i-t图像求出它的周期、频率、电流的峰值、
A.有效值就是交变电流在一个周期内的平均值
1
B.有效值总等于最大值的 2
C.有效值是根据电流的热效应来定义的
D.照明电压220 V、动力电压380 V指的都是有效值
解析：A错：交变电流的有效值是根据电流的热效应定义的，不是平均值。
B错：只有正弦式交变电流的有效值等于最大值的
1
1
，一般交流电不一定等于最大值的
2.有效值：让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果在交变电流的一个周期
内它们产生的热量相等，则此恒定电流的数值叫作交变电流的有效值.
3.在正弦式交变电流中，最大值与有效值之间的关系
Em
E＝_____＝
2
0.707
Um
Em，2U＝_____＝
0.707
Im
＝_____＝
2Um，I0.707
Im
2
100 ，所以周期T=0.02 s。
T
D错：若转速增大1倍，则
2
2 n 200 ，电动势瞬时值的表达式为e=440 2 sin 200πt（V）。
T
高中物理选择性必修第二册
第三章交变电流
2.有一大小和方向随时间变化的电流如图所示，周期为1 s，当通过一阻值

高中人教物理选择性必修二第3章第2节交变电流的描述

第三章交变电流第2节交变电流的描述一、周期和频率 1．周期交变电流完成一次周期性变化所需的时间，用T 表示，国际单位是秒． 2．频率交变电流在1 s 内完成周期性变化的次数，用f 表示，单位是赫兹，符号是Hz. 3．二者关系 T ＝1f 或f ＝1T.4．ω与f 的关系：ω＝2πf . 二、峰值和有效值 1．峰值(1)定义：交变电流的电流或电压所能达到的最大数值． (2)意义：用来表示电流的强弱或电压的高低．(3)应用：电容器所能承受的电压要高于(选填“高于”或“低于”)交流电压的峰值． 2．有效值(1)定义：让交流和恒定电流通过大小相同的电阻，如果在交流的一个周期内它们产生的热量相等，这个恒定电流的电流、电压，叫作这个交流电的有效值．(2)定义方法：“有效”指的是电流在一个周期内的热效应(选填“化学效应”或“热效应”)相等． (3)应用：电气设备铭牌上标注的额定电压、额定电流都是有效值．交流电压表和交流电流表测量的也是有效值．以后提到的交变电流的数值，若没有特别说明，都指有效值．（4）．对有效值的理解(1)交变电流的有效值是根据电流的热效应来定义的．交变电流和恒定电流是一种等效替代关系． (2)理解交变电流的有效值要注意三同：电阻相同，时间相同，产生的热量相同．(3)在计算交变电流通过导体产生的热量和电功、电功率以及确定保险丝的熔断电流时，只能用交变电流的有效值．（5）．有效值的两种计算方法(1)若接正(余)弦规律变化的电流，可利用交变电流的有效值与峰值间的关系求解，即E ＝E m 2，U ＝U m2，I ＝I m2. (2)当电流是按非正(余)弦规律变化时，必须根据电流的热效应来求解有效值，且时间一般取一个周期．其具体做法是：假设让交变电流通过电阻R ，计算交变电流在一个周期内产生的热量Q (可分段计算)，其中热量Q 用相应的物理量的有效值表示(如Q ＝I 2Rt ，Q ＝U 2Rt )，进而求出相应的有效值．（6）．几种常见电流的有效值电流名称电流图线有效值正弦式交变电流I ＝I m2正弦半波电流I ＝I m 2正弦单向脉冲电流 I ＝I m2矩形脉冲电流 I ＝t 0T I m非对称性交变电流I ＝12(I 21＋I 22) [特别提醒] (1)E ＝E m 2、I ＝I m2只适用于正弦式交变电流，对于按其他规律变化的交变电流，上述关系式一般不再适用．(2)对于非正弦式交变电流有效值的计算，时间一般选取一个周期．(3)凡涉及能量、电功以及电功率等物理量时均用有效值，在确定保险丝的熔断电流时也用有效值．三、正弦式交变电流“四值”的对比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e ＝E m sin ωt i ＝I m sin ωt分析线圈某一时刻的受力情况最大值最大的瞬时值E m ＝nBSωI m ＝E mR ＋r确定用电器的耐压值有效值跟交变电流的热效应等效的恒定电流值E ＝E m2U ＝U m 2I ＝I m 2(1)计算与电流热效应相关的量(如功率、热量)(2)交流电表的测量值 (3)电气设备标注的额定电压、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夹面积与时间的比值E ＝n ΔΦΔtI ＝ER ＋r 计算通过电路截面的电荷量[特别提醒](1)交变电流的平均值与对应的时间有关，不同时间内的平均值一般不同．(2)平均值是交变电流图象中图线与时间轴所夹面积与时间的比值，平均电动势可以用电磁感应定律计算，即E ＝n ΔΦΔt.【例题1】如图所示的电流i 通过一个R ＝1 Ω的电阻，它不是恒定电流．(1)计算通电1 s 内电阻R 中产生的热量； (2)计算该交流电的有效值．[思路点拨] (1)图中电流是正弦交变电流吗？ (2)计算有效值时，应注意什么？ [答案](1)2.8 J (2)1.67 A[解析](1)电流i 在1 s 内产生的热量Q ＝2I 21Rt 1＋2I 22Rt 2＝2×12×1×0.2 J ＋2×22×1×0.3 J ＝2.8 J. (2)由I 2Rt ＝Q 得电流I ＝Q Rt＝ 2.81×1A ≈1.67 A ，即该交变电流的有效值为1.67 A.【例题2】 (多选)如图是某种正弦式交变电压的波形图，由图可确定该电压的( ) A ．周期是0.01 s B ．最大值是311 V C ．有效值是220 VD ．表达式为U ＝220sin 100πt (V)[思路点拨] 解答本题时可按以下思路分析：交变电压的图象→横轴、纵轴的意义及函数表达式→正弦式交变电流有效值与最大值的关系[答案] BC[解析]由题图知：最大值U m ＝311 V ，且为正弦式交变电流，有效值U ＝U m2＝220 V ，周期T ＝0.02 s ，表达式U ＝311sin 100πt (V)，B 、C 选项正确．【例题3】如图所示，线圈abcd 的面积是0.05 m 2，共100匝，线圈电阻为1 Ω，外接电阻R ＝9 Ω，匀强磁场的磁感应强度为B ＝1πT ，当线圈以300 r/min 的转速匀速转动时，求：(1)转动中感应电动势的最大值． (2)电路中交流电压表和电流表的示数．(3)线圈从图示位置转过90°的过程中通过电阻R 的电荷量． [思路点拨] (1)如何计算线圈在磁场中匀速转动时电动势的最大值？ (2)交流电压表和电流表的示数是有效值还是最大值？ (3)转过90°时磁通量的变化量是多少？ [答案](1)50 V (2)31.86 V 3.54 A (3)0.16 C [解析] (1)E m ＝NBSω＝100×1π×0.05×2π×30060 V ＝50 V .(2)电动势的有效值E ＝E m2＝25 2 V ≈35.4 V . 电流表示数I ＝ER ＋r≈3.54 A.电压表示数U ＝IR ＝3.54×9 V ＝31.86 V . (3)从图示位置转过90°的过程中，E ＝N ΔΦΔt，又因为I ＝ER ＋r，所以q ＝I Δt ，解得q ＝N ΔΦR ＋r ＝NB ΔSR ＋r＝0.16 C.1．(多选)某正弦式交变电流的方向在1 s 内改变100次，则其周期T 和频率f 分别为( ) A ．T ＝0.01 s B ．T ＝0.02 s C ．f ＝100 HzD ．f ＝50 Hz2．下列提到的哪一个不是指交变电流的有效值( ) A ．交流电路中交流电压表的读数 B ．电工工具上标明的耐压数值 C ．保险丝的熔断电流D ．家用电器(如灯泡)上标明的额定电压值 3．下列提到的交流电，哪一个不是指有效值( ) A ．交流电压表读数 B ．保险丝熔断电流 C ．电容器击穿电压D ．220 V 交流电压4．关于交流电的有效值U 和最大值U m ，下列说法中正确的是( ) A ．任何形式的交流电都具有U ＝U m2的关系B ．只有正弦(或余弦)交流电才具有U ＝U m2的关系C ．照明电压220 V 、动力电压380 V 指的都是最大值D ．交流电压表和交流电流表测的都是最大值5.(多选)(2016·高考全国卷Ⅲ)如图，M 为半圆形导线框，圆心为O M ；N 是圆心角为直角的扇形导线框，圆心为O N ；两导线框在同一竖直面(纸面)内；两圆弧半径相等；过直线O M O N 的水平面上方有一匀强磁场，磁场方向垂直于纸面．现使线框M 、N 在t ＝0时从图示位置开始，分别绕垂直于纸面、且过O M 和O N 的轴，以相同的周期T 逆时针匀速转动，则( )A ．两导线框中均会产生正弦交流电B ．两导线框中感应电流的周期都等于TC ．在t ＝T8时，两导线框中产生的感应电动势相等D ．两导线框的电阻相等时，两导线框中感应电流的有效值也相等6．(多选)如图甲所示为一交流电的电压随时间变化的图像，每个周期内，前二分之一周期电压恒定，后二分之一周期电压按正弦规律变化．若将此交流电接入如图乙所示的电路，电阻R 阻值为100 Ω，则( )甲乙A ．理想电压表读数为100 VB ．理想电流表读数为0.75 AC ．电阻R 消耗的电功率为56 WD ．电阻R 在100 s 内产生的热量为5 625 J7．（多选）有一个电子器件，当其两端电压高于100 V 时则导通，等于或低于100 V 时则不导通，若把这个电子器件接到100 V 、50 Hz 的正弦交流电源上，这个电子器件将( )A ．不导通B ．每秒钟导通50次C ．每秒钟导通100次D ．每次导通时间为0.005 s8．（多选）一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，产生的感应电动势为e ＝2202sin 314t V ，则以下说法中正确的是( )A ．这个交流电动势的频率是50 HzB ．t ＝0时线圈平面恰与中性面重合C ．如果发电机功率足够大，它可使“220 V,110 W”的灯泡正常发光D ．用交流电压表测量时，示数为220 2 V9．（多选）图甲、乙分别表示两种电压的波形，其中图甲所示电压按正弦规律变化．下列说法正确的是( )A ．图甲表示交流电，图乙表示直流电B ．两种电压的有效值相等C ．图甲所示电压的有效值为220VD ．一个周期内两种电流的电压平均值相等10．（多选）如图所示，处在垂直纸面向外、磁感应强度大小为B 的匀强磁场中的矩形线框MNPQ ，以恒定的角速度ω绕对角线NQ 转动．已知MN 长为l 1，NP 长为l 2，线框电阻为R 0.在t ＝0时刻线框平面与纸面重合，下列说法正确的是( )A ．矩形线框产生的感应电动势的有效值为22Bl 1l 2ω B ．矩形线框转过半周时，通过线框的瞬时电流为零 C ．矩形线框转动一周时，通过线框的电荷量为Bl 1l 2RD ．矩形线框从图示位置转动半周过程中产生的热量为πB 2l 21l 22ω2R11.如图所示，单匝矩形闭合导线框abcd 全部处于磁感应强度为B 的水平匀强磁场中，线框面积为S ，电阻为R .线框绕与cd 边重合的竖直固定转轴以角速度ω匀速转动，线框中感应电流的有效值I ＝________.线框从中性面开始转过π2的过程中，通过导线横截面的电荷量q ＝________.12．如图所示，一个半径为r 的单匝半圆形线圈，以直径ab 为轴匀速转动，转速为n ，ab 的左侧有垂直于纸面向里(与ab 垂直)的匀强磁场，磁感应强度为B ，M 和N 是两个集流环，负载电阻的阻值为R ，线圈、电流表和连接导线的电阻不计，求：(1)感应电动势的最大值；(2)从图示线圈平面与磁场垂直位置起转过90°的时间内，负载电阻上产生的热量； (3)从图示线圈平面与磁场垂直位置起转过90°的时间内，通过负载电阻的电荷量； (4)电流表的示数．1．【答案】：BD【解析】：由于正弦式交变电流每周期内方向改变两次，所以其频率为50 Hz ，由T ＝1f 得T ＝0.02 s.2．【答案】：B【解析】：电工工具上标明的耐压数值为最大值，交流电压表读数、保险丝熔断电流、平时常说的电压和电流、电器上标注的电压和电流都为有效值，故选B.3．【答案】：C【解析】：根据交流电有效值的定义及其理解，C 是交流电的峰值． 4．【答案】：B【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(或余弦)交流电而言的，所以A 是错误的，B 是正确的．在交流电的讲述中没有特殊说明情况下的电流和电压均指有效值，C 错误．交流电压表、电流表测的都是有效值，D 错误．5.【答案】：BC【解析】：本题中导线框的半径旋转切割磁感线时产生大小不变的感应电动势，故A 项错误；两导线框产生的感应电流的周期与线框转动周期相同，B 项正确；在t ＝T8时，两导线框切割磁感线的导线长度相同，且切割速度大小相等，故产生的感应电动势相等，均为E ＝12BR 2ω，C 项正确；两导线框中感应电流随时间变化的图象如图所示，故两导线框中感应电流的有效值不相等，D 项错误．6．【答案】：BD【解析】：根据电流的热效应，一个周期内产生的热量：Q ＝U 2RT ＝(100 V )2R·T 2＋⎝⎛⎭⎫502 V 2R·T2，解得U ＝75 V ，A 错误；电流表读数I ＝UR ＝0.75 A ，B 正确；电阻R 消耗的电功率P ＝I 2R ＝56.25 W ，C 错误；在100s 内产生的热量Q 热＝Pt ＝5 625 J ，D 正确．7．【答案】：CD【解析】：“100 V,50 Hz ”的正弦交流电源，其电压的最大值为100 2 V ，当电压的瞬时值为100 V 时，由100＝1002sin θ知在正半周有两个解，分别为θ＝45°和θ＝135°，可见交变电流每个周期内将有两次导通，每次导通时间为周期的14，选项C 、D 正确．8．【答案】：ABC【解析】：由e ＝2202sin 314t V ，说明从中性面位置开始计时，故B 对；而E m ＝220 2 V ，则E ＝220 V ，故交流电压表示数为220 V ，且可使灯泡正常发光，故C 对，D 错；由ω＝314 rad/s ，得T ＝2πω＝150s ，f ＝1T＝50 Hz ，故A 对．9．【答案】：CD【解析】：图甲、图乙均表示交流电，A 错误；图甲是正弦式交流电，有效值等于12×311 V ≈220V ，C 正确；图甲和图乙的有效值并不相同，B 错误；两种电流一个周期内的电压平均值都为零，D 正确．10．【答案】：ABD【解析】：矩形线框转动产生的正弦交流电的最大电动势E m ＝Bl 1l 2ω，有效值E ＝E m 2＝22Bl 1l 2ω，故A 正确；转过半周，此时线框平面与磁场垂直，磁通量最大，感应电动势为零，瞬时电流为零，B 正确；转过一周，通过横截面的电荷量为零，C 错误；线框从图示位置转过半周过程中产生的热量为Q ＝E 2Rt ＝⎝⎛⎭⎫22Bl 1l 2ω2R×πω＝πB 2l 21l 22ω2R，D 正确．11.【答案】：2BSω2R BSR【解析】：电动势的最大值E m ＝BSω，电动势的有效值E ＝E m 2，电流的有效值I ＝ER ＝2BSω2R .q ＝I Δt ＝E R Δt ＝ΔΦR Δt Δt ＝ΔΦR ＝BSR . 12．【答案】：(1)π2Bnr 2(2)π4B 2r 4n 8R (3)πBr 22R (4)π2r 2nB2R【解析】：(1)设线圈从题图所示位置绕轴匀速转动时，在电路中产生的交变电流方向为正方向，则所产生的交变电流图像如图所示．此交变电动势的最大值为E m ＝BSω＝B ·πr 22·2πn ＝π2Bnr 2(2)在线圈从题图所示位置转过90°的时间内，电动势的有效值为E ＝E m 2＝2π2Bnr 22负载电阻上产生的热量为Q ＝⎝⎛⎭⎫E R 2R ·T 4＝π4B 2r 4n 8R(3)在线圈从题图所示位置转过90°的时间内，电动势的平均值为E ＝ΔΦΔt通过负载电阻的电荷量q ＝I ·Δt ＝ER ·Δt ＝ΔΦR ＝πBr 22R(4)设此交变电动势在一个周期内的有效值为E ′，由有效值的定义得⎝⎛⎭⎫E m 22R ·T 2＝E ′2R T ，解得E ′＝E m2. 故电流表的示数为I ＝E ′R ＝π2r 2nB2R .。

人教版高中物理选择性必修第二册第三章交变电流第2节交变电流的描述

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第三章交变电流
物理（选择性必修·第二册 RJ）
1．物理观念：能结合交变电流的公式和图像识别周期(频率)、峰值。
2．科学思维：会用周期(频率)、峰值等物理量通过函数表达式和图像来描述交变电流。经历通过电流的热效应推导交变电流的有效值的过程，体会“等效”的科学思维方式。
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第三章交变电流
情|境|导|入
从实验的角度出发，看看是否能从中
找到交变电流有效值和最大值的某种关系。
设计如图所示的实验：将一个恒定电流和
物理（选择性必修·第二册 RJ）
课前预习反馈
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第三章交变电流
物理（选择性必修·第二册 RJ）
知识点 1 周期和频率
1．周期T 交变电流完成 __一__次__周__期__性__变__化___ 所需的时间，叫交变电流的周期。单位是____s____。周期越大，交变电流变化__越__慢___，在一个周期内，交变电流的方向变化__两__次___。 2．频率f 交变电流在1 s内完成周期性变化的__次__数___，叫交变电流的频率，单位是__H_z____。频率越大，交变电流变化__越__快___。
第三章交变电流
物理（选择性必修·第二册 RJ）
解析：从图中可知交流电的周期为 T＝0.04 s，A 错误；由公式 f＝T1 ＝0.104 Hz＝25 Hz，B 错误；根据公式 ω＝2Tπ，可得角速度为 ω＝02.0π4＝ 50π(rad/s)，C 错误；电动势瞬时表达式为 e＝Emsin ωt＝100sin 50πt(V)， D 正确。
3．有效值与峰值的关系 Im
对于正弦式交变电流的有效值与最大值之间的关系是I＝____2___， Um U＝___2____。

人教版高二物理选择性必修二册第三章第2节交变电流的描述(共17张PPT)

（2）高频扼流圈线圈有的绕在铁氧体芯上，有的是空心的，匝数为几百或几十，自感系数为几毫亨，这种扼流圈只对高频交变电流有较大的阻碍作用，对低频交变电流的阻碍作用较小，对直流的阻碍作用更小，因此可以用来“通低频、通直流，阻高频”。
交变电流能够通过电容器
峰值在实际中把有白一定炽的灯指导和意电义，容所器有使串用联交变起电来流的，用先电器把，它其最们大接耐压到值直应_流___电___源其使上用，的交流电压的峰值，电容器上的标称电压取值直是流电电容源器的再两电把极压间与它所交们允流许电接施压到加的电有交压效流的值相_电_等__源。___上_．。观察灯泡的发光情况。 22．．频有率效：值交：现变让电交象流流在与恒1通s定内入电完流直成分_流_别__通电__过_，_大__小灯__相的泡同次的不数电，亮阻用，；__如_接表果示在入，交交单流位的流：一电_个__周时__期_，．内它灯们泡产生亮的了热量相等，而这个恒定电流是I、电压是
现象通入直流电，灯泡不亮；八、电容器对交变电流的阻碍作用
结在论没有电特感别对说通直明流交时电，流没通有，常阻所隔碍说作直的用交流对变交的电流流原电、却因电有压、电动势都是指有效值，交流电流表测量的值也是有效值，交流用电设备铭牌标出的
电压、电流值也是指有效值． I＝____Im，U＝_____Um，E＝_____Em.
七、交变电流能够通过电容器通过实验可以看到交变电流能够通过电容器，其实自由电荷并未通过两极板间的绝缘介质，只是在交流电压的作用下，电容器交替进行_充__电__和_放__电__，电路中就有了电流．
八、电容器对交变电流的阻碍作用电容对交变电流的阻碍作用的大小用_电__容___来表示，电容器的_容__抗___越大，交变电流的频率越高，电容器对交变电流的阻碍作用就越小， _容__抗___也就越小．电容对交变电流的作用是_通__交__流__，__隔__直__流__，__通__高__频__，__阻__低__频_____．

交变电流的描述课件高二下学期物理选择性必修第二册

用XL 表示。
实验和理论分析都表明，线圈的自感
越大、交流的频率越高，线圈的感抗
就越大。
电感对交流的阻碍作用的应用——扼流圈
扼流圈是电工技术和电子技术常用的元件，它利用了电感器对交流
的阻碍作用，分为高频扼流圈和低频扼流圈。
(1) 低频扼流圈
线圈绕在铁芯上，匝数为几千甚至超过一万，自感系数为几十亨。即使交流
例1 (多选)某正弦式交变电流的方向在1 s内改变100次,则其周期T
和频率f分别为( BD )
A.T=0.01 s
B.T=0.02 s
C.f=100 Hz
D.f=50 Hz
由于正弦式交变电流一个周期内方向改变两次,所以
其频率为50 Hz,
1
由 T= 得 T=0.02 s。

二、峰值和有效值
1.峰值
的频率较低，这种线圈产生的感抗也很大。由于线圈是用铜线绕制的，对直
流的阻碍作用较小，所以这种扼流圈可以用来“通直流，阻交流”。
(2) 高频扼流圈
线圈有的绕在铁氧体芯上，有的是空心的，匝数为几百或几十，自感系数为
几毫亨，这种扼流圈只对高频交变电流有较大的阻碍作用，对低频交变电流
的阻碍作用较小，对直流的阻碍作用更小，因此可以用来“通低频、通直流，
2.频率f：
1s内完成周期性变化的次数，叫频率，单位Hz
1
f
T
3.角频率ω：线圈在磁场中转动的角速度，单位rad/s
2π

2π f
T
例：如图示交流电
u/V
O
I/A
0.0
t/s
4
Im
O
0.0
t/s
4
(1)周期？频率？

人教版高二物理选择性必修第二册3.课件交变电流的描述-PPT课件

图像实验证明强子是有内部结构的，叫做夸克。夸克由六种模型：上夸克d、下夸克u 、奇异夸克s、粲夸克c，底夸克b、顶夸克t。
想一想
下图是一个正弦式交变电流的波形图。根据 i-t图像求出它的周期、频率、电流的峰值、电流的有效值。
周期0.2s 频率5Hz 电流的峰值10A
电流的有效值5 2 A
三、正弦式交变电流的公式和图像 ②注①11三（放1（②②1二1四理下四频四交怎这这理理这电根根、、、、.什ß：a、1射2气状、、论图、率、变样个两论论两流据据射））气物定结射么恒盖性体态气电计是电通电电计电个计计个的 ii--tt线体质核人义合线图图样量革元分法体感算一感常感流算流关算算关有在的发自工：能在像像的C-素子：分器表个器用器完通不系表表系效米云压射发转由：云由求求平的的根子和明正和f和成电是式明明式值表勒室强射衰变于为室理出出衡原平据运电，弦电电周1恒只，，只示计中是线变：地把s中想它它是子均物动容正式容容期定适正正适内，数的：的。原球核的气的的动核速体的器弦交器器性电用弦弦用电单器A径大性（子的子径体周周态有率的特对式变对对变流于式式于阻位迹量质不核吸分迹的期期平半运点交交电交交化。正交交正-R是-：气称可在引开：-质中、、衡-数动变变流变变的弦变变弦赫-直体为控其而而细温量产频频发状电电的电电次式电电式?兹而分放）他使需而度和生率率生态流流波流流数电流流电。粗子射粒物要曲种的、、衰，的的形的的与流的的流对性子体的类热电电变利作有图作作所。有有。容，的受能决量流流所用用效。用用用效效器它轰到量定？的的需共值时值值的可击的或，峰峰的点间III、、、碰以下力者即值值时力之UUU撞穿产。结由、、间平比与与与引透生注合理电电，衡叫峰峰峰起黑新：成想流流叫条做值值值的纸原重原气的的做件它IIImmm。使子力子体有有这判的、、、照核不核的效效种断频UUU相的等需物值值mmm元弹率底过于要质。。之之之素力，片程地放的间间间的是数感。球出量有有有半否值光（对的决如如如衰存等。可物能定下下下期在于控体量。关关关。交. ）的。系系系变吸：：：电引流力在。单位时间内完成周期性变化的次数。 A、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。

高中物理选择性必修二：3-2 交变电流的描述

3.2 描述交变电流的物理量
(一)交变电流：
复习回顾
大小和方向随时间作周期性变化的电流;简称交流。
其中随时间按正弦规律变化的交流电叫正弦式交流电。
（二）正弦交流电的产生及变化规律
1、产生：当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向，并且与线圈共面的轴匀速转动时，线圈中产生正弦交流电。
2、中性面：
（1）跟磁感线垂直的平面叫做中性面。（2）这一位置穿过线圈的磁通量最大，但线圈的磁通量变化率为零，线圈中无感应电动势。电路中无感应电流。（3）在中性面位置，电流方向发生改变。
3 2
1 2
(4
2)2 (3
2)2 5A
练习2：如图表示一交流随时间变化的图像，求此交流的有效值。
解析：设此交变电流的有效值为I，根据交流有效
值的定义，有：
iA
I 2RT
I12R
T 2
I
2 2
R
T 2
2
o
12
3
4
ts
即： I 2 ( 2 )2 1 ( 4 )2 1 4
22
2
2
图15 3
流不能低于_0_._1__2_A。
u/v
200
2
t/s
－200
例3.如图表示一交流电的电流随时间变化的图像,求该电流的有效值。
解析：选交流电的一个周期进行研究。设此交变电流的有效值为I，根据交流有效值的定义，有：
I
2 RT
1 2
I12 RT
1 2
I
2 2
RT
42
所以：I
1 2
(I12
I22 )
让交流和恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果它们在交流的一个周期内产生的热量相等，就把这一恒定直流电的数值叫做这一交流电的有效值。

人教版(2019)高二物理选择性必修第二册第三章：3.2-交流电的描述(共44张PPT)

的交流电源上，电流表的示数为 2 A，电热丝两端电压表的示数为 100 V.如果将一个电容器接在该交流电源
上，要使电容器不被击穿，所选的电容器能承受的最大电
压应不小于 100 2V.
练习12、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。
解析：从图中可看出交变电流的周期T＝0.02s，在t＝ 0.0025s＝T／8时，电流为14.14A，而t＝T／8时线圈从中性面转过的角度为45°。
4 2
E n 2 nBS 平均电流为 t
I E 2nBS R r (R r)
通过R的电量
q It nBS Rr
16、如图所示，矩形线圈的匝数为n，线圈面积为S，线圈内阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO’ 轴以角速度ω匀速转动，外电路电阻为R。在线圈由图示位置转过90°的过程中，求：
i/A
2
1
0.5
-10 -2
1 t/s
(1)Q
2I12
Rt1
2I
2 2
Rt
2
2.8J
(2)Q I 2Rt I 2.8A 1.67A
1、有效值：
（1）概念的引入：为了反映交变电流所产生的效果，引入有效值的概念．
（2）定义：使交变电流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相等时间内产生的热量相等，就把这一直流的数值叫做这一交变电流的有效值
i
u~
R
u
Q1
假如Q1 = Q2 ，那么i的有效值为 I
I
R
Q2
2、有效值与最大值之间的关系：
I
1 2
Im
0.707Im
U
1 2
Um

人教版物理选择性必修二课件：第三章2.交变电流的描述 (1)

2 B．只有正、余弦式交变电流才有 U＝Um 的关系
2 C．照明电压 220 V、动力电压 380 V 指的都是交变电流的有效值 D．交流电压表和交流电流表测量的都是交变电流的有效值
【解析】选 A。只有正、余弦式交变电流的有效值与最大值之间才满足 U＝Um 的 2
关系，其他交流电没有这样的关系，故 A 错误、B 正确；机器铭牌上所标注的电压(电流)值、生活中通常所说的电压(电流)值都是指有效值，“照明电压 220 V、动力电压 380 V”指的都是有效值，故 C 正确；交流电压表和交流电流表，测的是交流电的有效值，不是瞬时值，故 D 正确。本题选说法不正确的，故 A 符合题意。
【解析】选 B。交流电的电压有效值为 E＝220 2 V＝220 V，则电流的有效值 2
为 I＝R＋E r ＝2.2 A，则电流表示数为 2.2 A，B 正确；电压表示数为 U＝IR＝217.8 V，A 错误；t＝1×10－2 s 时，感应电动势最大，此时穿过线圈的磁通量为零，C 错误；交流电的频率为 f＝T1 ＝50 Hz，则电流方向每秒变化 100 次，D 错误。
)2Rt1＋I2m
Rt2
＝I2Rt。而
t＝t1＋t2，代入数据解得
I＝2
30 3
A，故 D 正确。
【补偿训练】 (多选)一正弦式交变电流的电压随时间变化的规律如图所示。由图可知( )
A．该交变电流的电压瞬时值的表达式为 u＝100sin (25t) V B．该交变电流的频率为 25 Hz C．该交变电流的电压的有效值为 100 2 V D．若将该交流电压加在阻值 R＝100 Ω 的电阻两端，则电阻消耗的功率为 50 W
【解析】选 A、B、D。根据交变电流的定义，图甲、图乙均表示交流电，图甲所

人教版高中物理选择性必修第2册第三章交变电流第1节交变电流

交变电流的变化规律及书写技巧 [学透用活]
1．交变电流的峰值 (1)由交变电动势的表达式 e＝NBSωsin ωt 可知，电动势的峰值 Em＝NBSω。 (2)交变电动势的最大值，由线圈匝数 N、磁感应强度 B、转动角速度 ω 及线
圈面积 S 决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关，但转轴必须垂直于磁场，因此如图所示几种情况，若 N、B、S、ω 相同，则电动势的最大值相同。
二、交变电流的产生和变化规律 1．填一填 (1)交变电流的产生
①产生条件：在匀强磁场中，矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴转动。 ②过程分析(如图所示)
③感应电流随时间变化的曲线
(2)交变电流的变化规律 ①中性面：线圈转到与磁场垂直的平面。 ②电动势瞬时变化规律推导
设线圈 t＝0 时刚好转到中性面位置，设线圈转动的角速度为 ω，AB 和
[解析] t1、t3 时刻通过线圈的磁通量最大，而磁通量的变化率等于零，线圈中感应电流方向改变，A 正确 B 错误；t2、t4 时刻磁通量为零，线圈与磁场平行，磁通量变化率最大，产生的感应电动势最大，线圈中感应电流方向没有改变，C、D 错误。
[答案] A
[规律方法] 分析图像问题的两个关键点
[规律方法] 交变电流瞬时值表达式的书写技巧
(1)确定正弦式交变电流的峰值，根据已知图像读出或由公式 Em＝NBSω 求出相应峰值。
(2)确定线圈的角速度：可根据线圈的转速或周期由 ω＝2Tπ＝2πf 求出，f 表示线圈的频率也可表示每秒的转数。
(3)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式。 ①线圈从中性面位置开始转动，则 e-t、i-t、u-t 图像为正弦函数图像，函数式为正弦函数。 ②线圈从垂直中性面位置开始转动，则 e-t、i-t、u-t 图像为余弦函数图像，函数式为余弦函数。

2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理选择性必修2 第3章第2节交变电流的描述(3)

【典例1】如图所示,有一10匝正方形线框,边长为20 cm,线框总电阻为 1 Ω,线框绕OO′轴以10π rad/s的角速度匀速转动,垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5 T.问: (1)该线框产生的交变电流的电动势最大值、电流最大值分别是多少? (2)线框从图示位置转过60°时,感应电动势的瞬时值是多大? (3)若线框从图示位置转动时开始计时,写出感应电动势随时间变化的表达式.
第二节交变电流的描述
知识梳理
一、正弦式交变电流 1.概念:按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流,简称正弦式电流. 2.瞬时值:电动势e、感应电流i、电压u随时间而变化,不同时刻有不同的数值,叫做电动势、感应电流、电压的瞬时值. 3.峰值:电动势、感应电流、电压的最大值Em、Im、Um叫电动势、感应电流、电压的峰值.
【要点透析】 1.用图象描述交变电流的变化规律(从中性面开始计时)如下:
函数
图象
说明
磁通量
Φ=Φmcos ωt =BScos ωt
电动势
e=Emsin ωt =NBSωsin ωt
S 为线圈的面积,N 为线圈的匝数,r 为线圈的电阻(内阻),R 为外电阻
电压电流
u=Umsin ωt = REm sin ωt
答案:ωt
2.ab边的线速度跟磁感线方向的夹角为多少? 答案:θ=ωt 3.ab边转动的线速度大小为多少? 答案:v=ωR= Lad
2
4.ab边产生的感应电动势为多少? 答案:eab=BLabvsin θ= BS sin t
2 5.一匝线圈产生的电动势为多少? 答案:e=2eab=BSωsin ωt 6.N匝线圈产生的总电动势为多少? 答案:e=NBSωsin ωt

第2课交流电的描述(课件)高二物理(人教版2019选择性必修第二册)

有效值
E = Em /
2
(1)电流热效应相关量(如功、功率、热量)
跟交变电流的热效应等效的
U = Um /
2
(2)交流电表（电压表、电流表）的测量值
恒定电流值、电压值
I = Im /
2
正弦式交变电流
ΔΦ
E=n
Δt
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
E
R+ r
ΔΦ
q= N
R+ r
I=
(3)电气设备铭牌标注额定电压、额定电流
３.最大值（峰值）： Em
Um Ｉ m
Em NBS
交变电流的峰值是交变电流在一个周期内所能达到的最大数值，可以用来表示交流
电的电流或电压变化幅度。
e=Emsinωt
i=Imsinωt
u=umsinωt
峰值
Em ＝NωBS
Im
Em NBSw

R总
R总
Um ＝ Im R外
耐压值（最大值）
一、描述交流电的物理量：
A．R两端电压瞬时值的表达式为 uR 2U sin t
B．理想电流表的示数为
C．从
π
2
I
2 NBS
2( R r )
到 3π 的时间内，穿过线圈平面磁通量的变化量为零
2
D．若ω=100π rad/s，通过R的电流每秒钟方向改变50次
牛刀小试
6．如图所示为一电流通过一电子元件后的波形图（曲线部分为正弦交流电的一部分）
怎样求一般交流电的有效值
通过大小相
同电阻R
交流
恒定电流ＩＵ
在交流电的
一个周期内

交变电流高二物理人教版(2019)选择性必修第二册

是交流电，但交流电不一定是正余弦规律变化的，故BC错误；交变电
流的大小和方向都随时间做周期性变化，故D正确；故选D.
经典例题
2.关于正弦式交变电流的产生过程，下列说法正确的是(C )
A.当线圈平面与中性面垂直时，电流方向发生变化

B.线圈平面经中性面时开始计时，周期内，电流先增大后减小

C.线圈平面与中性面垂直开始计时，2个周期内电流方向改变4次
线圈转动一周，感应电流的方向改变两次。
思考
（1）线圈转到如图所示位置时，磁通量有什么特点？
（2）线圈ab段的速度方向与磁场方向是什么关系？
（3）此时的感应电动势多大？磁通量的变化率有什么特点？
a(b)
d(c)
d(c)
a(b)
与中性面垂直的面的特点
（1）与中性面垂直的面，B∥S
（2）磁通量的变化率最大， =
A.
B.
C.
D.
答案：C
解析：正弦交流电是指大小和方向随时间做正弦规律变化的电流；由
图可知，只有C正确，ABD错误；
故选C.
当堂检测
1.如图垂直于纸面向里的有界匀强磁场中有一个矩形线框abcd，线框
OO`以为轴匀速转动，与磁场右边界重合。若线框中产生电流的峰值
为Im，由图示位置开始计时，则下列可以正确描述线框中电流随时间
电机在匀速转动过程中产生的电流方向
有什么特点？
E=0、I=0
E=0、I=0
a(b)
a(b)
d(c)
d(c)
a(b)
d(c)
d(c)
电流：a→d→c→b→a
电流方向具有周期性变化的特点
a(b)
电流：a→b→c→d→a

人教版高中物理选择性必修第二册精品课件第3章交变电流 2 交变电流的描述

A.每秒钟交变电流方向改变 10 次
B.电流表示数为 4 2 A
C.线框的热功率为 8 W
D.从图示位置开始计时,交流发电机的感应电动势
的表达式 e=40 2sin10πt(V)
1 2 3 4
解析

交变电流的频率为 f=2π=5
Hz,每个周期交变电流方向改变 2 次,则每秒
钟交变电流方向改变 10 次,故 A 正确;线框中感应电动势的最大值为
恒定直流I=3 A的电源用10 min把水烧开,交变电流也用10 min把水烧开。
说明了什么?
提示在相同的时间内电炉产生的热量相等,这时就把恒定直流电流的数值
(I=3 A)叫作这个交变电流的有效值。
知识归纳
1.有效值的理解
(1)交变电流的有效值是根据电流的热效应定义的,理解有效值重点在“等
效”,“效果相同”在定义中体现为相同电阻、相同时间、产生相同热量,交
m
I=
2
= 2 A
得 U=IR=90 2 V。
(3)电阻R上的热功率P=I2R=180 W。
π
(4)线圈从图甲所示位置转过的过程中,流过电阻
3

Δ
m sin60°
q=Δt= Δt=n =n
=0.017
+
+
+
C。
R 的电荷量
教你析题
读取题干
线圈的电阻r=10 Ω
与电阻R并联的交流电压表为理想电
3.几种常见电流的有效值
分类
正弦式
交变电流
正弦半波
电流
电流图线
有效值
I
I=
2
I
I= 2
分类
正弦单向