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高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第二册第二节 描述交变电流的物理量授课ppt课件
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这是一份高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第二册第二节 描述交变电流的物理量授课ppt课件，共46页。PPT课件主要包含了答案C，答案B等内容，欢迎下载使用。
知识点一 周期和频率1.周期.（1）定义：交变电流完成一次周期性变化的时间.（2）符号：T.（3）单位：秒（s）.2.频率.（1）定义：交变电流在1 s内完成周期性变化的次数.（2）符号：f.（3）单位：赫兹（Hz）.
知识点二 峰值和有效值1.峰值.（1）定义：交变电流在一个周期内所能达到的最大数值，交变电流的电动势、电流、电压的峰值分别用Em、Im和Um表示.（2）电动势的表达式：Em＝nBSω.（3）应用：电容器所能承受的电压应低于（选填“高于”或“低于”）交流电压的峰值，否则电容器就可能被击穿.
2.有效值.（1）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的电阻，如果它们在相同时间内产生的热量相同，这一恒定电流的数值就是相应交变电流的有效值.交变电流的电动势、电流和电压的有效值分别用E、I、U表示. （2）应用：电气设备铭牌上标注的额定电压、额定电流一般都是有效值，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.
知识点三 用图像描述交变电流1.正弦式交变电流的图像是一条正弦或余弦曲线.2.正弦式交变电流图像.
小试身手1.关于交变电流的周期和频率，下列说法中正确的是（ ）A.正弦式交变电流最大值连续出现两次的时间间隔等于周期B.1 s内交变电流出现最大值的次数等于频率C.交变电流方向变化的频率为交变电流频率的2倍D.50 Hz的交变电流，其周期等于0.05 s
2.下列选项中提到的交变电流，不是指有效值的是（ ）A.交流电压表的读数 B.保险丝熔断电流C.电容器击穿电压 D.220 V交流电压
解析：电容器的击穿电压是最大值.
探究一 交变电流的周期和频率1.周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间.在交变电流的图像中，一个完整的正弦波形对应的时间为一个周期T.2.频率：1 s内完成周期性变化的次数.
【典例1】 （多选）矩形金属线圈共10匝，绕垂直于磁场方向的轴在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生的交流电动势e随时间t变化的情况如图所示.下列说法中正确的是 （ ）A.此交变电流的频率为0.2 HzB.1 s内电流方向变化10次C.t＝0.1 s时，线圈平面与磁场方向平行D.1 s内线圈转5圈
转子在磁场中转动一周，交变电流完成一次周期性变化，故转速和频率在数值上是相等的，只是单位不同.
1.小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速运动，产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图所示.此线圈与一个R＝10 Ω的电阻构成闭合电路.不计电路的其他电阻，下列说法正确的是 （ ）
探究二 交变电流有效值的理解与计算
2.有效值的应用.（1）电气设备铭牌上标注的额定电压、额定电流.（2）交流电压表和交流电流表的数值.（3）保险丝的熔断电流.（4）凡是与功、功率、热量有关的计算都用有效值.
【典例2】 一电阻接到方波交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q方；若该电阻接到正弦交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q正.该电阻上电压的峰值均为u0，周期均为T，如图所示.则Q方∶Q正等于（ ）
3.通过一阻值R＝100 Ω的电阻的交变电流如图所示，其周期为1 s.电阻两端电压的有效值为（ ）
4.（多选）图甲、乙分别为两种电压的波形，其中图甲所示的电压按正弦规律变化，图乙所示的电压的波形是正弦函数的一部分.下列说法正确的是（ ）
A.图甲、图乙均表示交变电流B.图甲所示电压的瞬时值表达式为u＝20sin 100πt（V）C.图甲所示电压的有效值为10 VD.图乙所示电压的有效值为10 V
探究三 交变电流的“四值”正弦式交变电流“四值”比较及应用.
【典例3】 一个电阻为r、边长为L的正方形线圈abcd共N匝，线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO′以如图所示的角速度ω匀速转动，外电路电阻为R.（1）写出图示时刻线圈中感应电流的方向.（2）线圈转动过程中感应电动势的最大值为多少？（3）线圈平面与磁感线夹角为60°时的感应电动势为多少？（4）从图示位置开始，线圈转过60°角的过程中通过R的电荷量是多少？（5）图中理想电流表和理想电压表的示数各是多少？（6）转动一周过程中，外力对线圈所做的功是多少？
求解热量与电荷量的思路（1）求解热量用有效值，按以下思路：
（2）求解电荷量用平均值，按以下思路：
探究四 交变电流的图像正弦式交变电流随时间变化情况可以从图像上表示出来，图像描述的是交变电流随时间变化的规律，它是一条正弦曲线，如图所示.从图像中可以解读到以下信息：（1）交变电流的峰值Em、Im；周期T.（2）两个特殊值对应的位置：
【典例4】 处在匀强磁场中的矩形线圈abcd，以恒定的角速度绕ab边转动，磁场方向平行于纸面并与ab边垂直，在t＝0时刻，线圈平面与纸面重合（如图），线圈的cd边离开纸面向外运动，若规定由a→b→c→d→a方向的感应电流为正，则能反映线圈中感应电流I随时间t变化的图像是（ ）
解析：线圈在磁场中绕和磁场方向垂直的轴匀速转动时可以产生按正弦规律变化的交变电流，对于图示起始时刻，线圈的cd边离开纸面向纸外运动，速度方向和磁场方向垂直，产生的电动势的瞬时值最大；用右手定则判断出电流方向为逆时针方向，与规定的正方向相同，所以C对.
分析正弦交变电流图像问题的两个注意（1）注意横、纵坐标表示的物理量，以及图像上的特殊位置.（2）注意把图像和线圈的转动过程对应起来.
7.一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴匀速转动，线圈中的感应电动势e随时间t变化的规律如图所示，则下列说法正确的是（ ）A.图像是从线圈平面位于中性面开始计时的B.t2时刻穿过线圈的磁通量为零C.t2时刻穿过线圈的磁通量的变化率为零D.感应电动势e的方向变化时，穿过线圈的磁通量的方向也变化
解析：由题图可知，当t＝0时，感应电动势最大，说明穿过线圈的磁通量的变化率最大，磁通量为零，即是从线圈平面与磁场方向平行时开始计时的，选项A错误；t2时刻感应电动势最大，穿过线圈的磁通量的变化率最大，磁通量为零，选项B正确，C错误；感应电动势e的方向变化时，线圈通过中性面，穿过线圈的磁通量最大，但方向并不变化，选项D错误.
8.（多选）矩形线框在匀强磁场内绕垂直磁场方向的轴匀速转动的过程中，线框输出的交流电压随时间变化的图像如图所示，下列说法正确的是（ ）A.第1 s末线圈平面垂直于磁场，通过线圈的磁通量变化率最大B.第1 s末线圈平面平行于磁场，通过线圈的磁通量变化率最大C.第2 s末线圈平面平行于磁场，通过线圈的磁通量最小D.第2 s末线圈平面垂直于磁场，通过线圈的磁通量最大
9.一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图甲所示.则下列说法正确的是（ ）
A.t＝0时刻，线圈平面与中性面垂直B.t＝0.01 s时刻，Φ的变化率最大C.t＝0.02 s时刻，感应电动势达到最大D.该线圈相应产生的感应电动势的图像如图乙所示
解析：t＝0时刻，穿过线圈的磁通量最大，线圈处于中性面的位置，选项A错误；t＝0.01 s时刻，Φ的变化率最大，选项B正确；t＝0.02 s时刻，穿过线圈的磁通量最大，线圈处于中性面的位置，磁通量变化率为零，电动势为零，选项C、D错误.
知识点一 周期和频率1.周期.（1）定义：交变电流完成一次周期性变化的时间.（2）符号：T.（3）单位：秒（s）.2.频率.（1）定义：交变电流在1 s内完成周期性变化的次数.（2）符号：f.（3）单位：赫兹（Hz）.
知识点二 峰值和有效值1.峰值.（1）定义：交变电流在一个周期内所能达到的最大数值，交变电流的电动势、电流、电压的峰值分别用Em、Im和Um表示.（2）电动势的表达式：Em＝nBSω.（3）应用：电容器所能承受的电压应低于（选填“高于”或“低于”）交流电压的峰值，否则电容器就可能被击穿.
2.有效值.（1）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的电阻，如果它们在相同时间内产生的热量相同，这一恒定电流的数值就是相应交变电流的有效值.交变电流的电动势、电流和电压的有效值分别用E、I、U表示. （2）应用：电气设备铭牌上标注的额定电压、额定电流一般都是有效值，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.
知识点三 用图像描述交变电流1.正弦式交变电流的图像是一条正弦或余弦曲线.2.正弦式交变电流图像.
小试身手1.关于交变电流的周期和频率，下列说法中正确的是（ ）A.正弦式交变电流最大值连续出现两次的时间间隔等于周期B.1 s内交变电流出现最大值的次数等于频率C.交变电流方向变化的频率为交变电流频率的2倍D.50 Hz的交变电流，其周期等于0.05 s
2.下列选项中提到的交变电流，不是指有效值的是（ ）A.交流电压表的读数 B.保险丝熔断电流C.电容器击穿电压 D.220 V交流电压
解析：电容器的击穿电压是最大值.
探究一 交变电流的周期和频率1.周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间.在交变电流的图像中，一个完整的正弦波形对应的时间为一个周期T.2.频率：1 s内完成周期性变化的次数.
【典例1】 （多选）矩形金属线圈共10匝，绕垂直于磁场方向的轴在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生的交流电动势e随时间t变化的情况如图所示.下列说法中正确的是 （ ）A.此交变电流的频率为0.2 HzB.1 s内电流方向变化10次C.t＝0.1 s时，线圈平面与磁场方向平行D.1 s内线圈转5圈
转子在磁场中转动一周，交变电流完成一次周期性变化，故转速和频率在数值上是相等的，只是单位不同.
1.小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速运动，产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图所示.此线圈与一个R＝10 Ω的电阻构成闭合电路.不计电路的其他电阻，下列说法正确的是 （ ）
探究二 交变电流有效值的理解与计算
2.有效值的应用.（1）电气设备铭牌上标注的额定电压、额定电流.（2）交流电压表和交流电流表的数值.（3）保险丝的熔断电流.（4）凡是与功、功率、热量有关的计算都用有效值.
【典例2】 一电阻接到方波交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q方；若该电阻接到正弦交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q正.该电阻上电压的峰值均为u0，周期均为T，如图所示.则Q方∶Q正等于（ ）
3.通过一阻值R＝100 Ω的电阻的交变电流如图所示，其周期为1 s.电阻两端电压的有效值为（ ）
4.（多选）图甲、乙分别为两种电压的波形，其中图甲所示的电压按正弦规律变化，图乙所示的电压的波形是正弦函数的一部分.下列说法正确的是（ ）
A.图甲、图乙均表示交变电流B.图甲所示电压的瞬时值表达式为u＝20sin 100πt（V）C.图甲所示电压的有效值为10 VD.图乙所示电压的有效值为10 V
探究三 交变电流的“四值”正弦式交变电流“四值”比较及应用.
【典例3】 一个电阻为r、边长为L的正方形线圈abcd共N匝，线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO′以如图所示的角速度ω匀速转动，外电路电阻为R.（1）写出图示时刻线圈中感应电流的方向.（2）线圈转动过程中感应电动势的最大值为多少？（3）线圈平面与磁感线夹角为60°时的感应电动势为多少？（4）从图示位置开始，线圈转过60°角的过程中通过R的电荷量是多少？（5）图中理想电流表和理想电压表的示数各是多少？（6）转动一周过程中，外力对线圈所做的功是多少？
求解热量与电荷量的思路（1）求解热量用有效值，按以下思路：
（2）求解电荷量用平均值，按以下思路：
探究四 交变电流的图像正弦式交变电流随时间变化情况可以从图像上表示出来，图像描述的是交变电流随时间变化的规律，它是一条正弦曲线，如图所示.从图像中可以解读到以下信息：（1）交变电流的峰值Em、Im；周期T.（2）两个特殊值对应的位置：
【典例4】 处在匀强磁场中的矩形线圈abcd，以恒定的角速度绕ab边转动，磁场方向平行于纸面并与ab边垂直，在t＝0时刻，线圈平面与纸面重合（如图），线圈的cd边离开纸面向外运动，若规定由a→b→c→d→a方向的感应电流为正，则能反映线圈中感应电流I随时间t变化的图像是（ ）
解析：线圈在磁场中绕和磁场方向垂直的轴匀速转动时可以产生按正弦规律变化的交变电流，对于图示起始时刻，线圈的cd边离开纸面向纸外运动，速度方向和磁场方向垂直，产生的电动势的瞬时值最大；用右手定则判断出电流方向为逆时针方向，与规定的正方向相同，所以C对.
分析正弦交变电流图像问题的两个注意（1）注意横、纵坐标表示的物理量，以及图像上的特殊位置.（2）注意把图像和线圈的转动过程对应起来.
7.一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴匀速转动，线圈中的感应电动势e随时间t变化的规律如图所示，则下列说法正确的是（ ）A.图像是从线圈平面位于中性面开始计时的B.t2时刻穿过线圈的磁通量为零C.t2时刻穿过线圈的磁通量的变化率为零D.感应电动势e的方向变化时，穿过线圈的磁通量的方向也变化
解析：由题图可知，当t＝0时，感应电动势最大，说明穿过线圈的磁通量的变化率最大，磁通量为零，即是从线圈平面与磁场方向平行时开始计时的，选项A错误；t2时刻感应电动势最大，穿过线圈的磁通量的变化率最大，磁通量为零，选项B正确，C错误；感应电动势e的方向变化时，线圈通过中性面，穿过线圈的磁通量最大，但方向并不变化，选项D错误.
8.（多选）矩形线框在匀强磁场内绕垂直磁场方向的轴匀速转动的过程中，线框输出的交流电压随时间变化的图像如图所示，下列说法正确的是（ ）A.第1 s末线圈平面垂直于磁场，通过线圈的磁通量变化率最大B.第1 s末线圈平面平行于磁场，通过线圈的磁通量变化率最大C.第2 s末线圈平面平行于磁场，通过线圈的磁通量最小D.第2 s末线圈平面垂直于磁场，通过线圈的磁通量最大
9.一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图甲所示.则下列说法正确的是（ ）
A.t＝0时刻，线圈平面与中性面垂直B.t＝0.01 s时刻，Φ的变化率最大C.t＝0.02 s时刻，感应电动势达到最大D.该线圈相应产生的感应电动势的图像如图乙所示
解析：t＝0时刻，穿过线圈的磁通量最大，线圈处于中性面的位置，选项A错误；t＝0.01 s时刻，Φ的变化率最大，选项B正确；t＝0.02 s时刻，穿过线圈的磁通量最大，线圈处于中性面的位置，磁通量变化率为零，电动势为零，选项C、D错误.
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