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鲁科版 (2019)选择性必修 第二册第1节 交变电流的特点图片课件ppt
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这是一份鲁科版 (2019)选择性必修 第二册第1节 交变电流的特点图片课件ppt，共52页。PPT课件主要包含了课前自主学习，交流电，直流电流，周期性，兹Hz，正弦规律，正弦交流电，最大值，阻值相等，相同的时间等内容，欢迎下载使用。
一、直流电流和交变电流 任务驱动 直流电源产生直流电流，交流电源产生交变电流。这两种电流各有什么特点？提示：直流电流的方向不随时间变化，交变电流的方向随时间做周期性变化。
1.交变电流：_____和_____都随时间做周期性变化的电流，简称_______，符号为AC。2.直流电流：_____不随时间变化的电流，符号为DC。3.转化关系：交变电流经过电子电路的处理，也能变成_________。
二、交变电流的周期和频率：任务驱动 交变电流的大小和方向都随时间做周期性变化，怎样描述交变电流变化的快慢呢？提示：所有周期性变化的过程，都可以用周期和频率来描述其变化的快慢。
1.交变电流的周期：交变电流完成一次_______变化所需的时间，称为交变电流的周期，用__表示，单位是______。2.交变电流的频率：交变电流___________________________________与__________之比称为交变电流的频率，用符号__表示，在国际单位制中的单位是__________。频率越大，表示交变电流在1 s 内完成周期性变化的次数_____，也就变化得_____。3.周期和频率的关系：周期和频率互为_____，即T=_____。
在一段时间内完成的周期性变化的次数
4.正弦式交变电流：日常生活中所用的市电，电流的大小和方向随时间按_________变化，这种电流被称为正弦式交变电流，简称___________。
三、交变电流的最大值和有效值 任务驱动 对于交变电流，电压和电流的瞬时值通常会发生变化。生活中常见用电器上标明的“220 V额定电压”或“5 A额定电流”又是什么意思呢？提示：指的是交变电流的有效值。
1.峰值：(1)定义：交变电流的电流或电压所能达到的_______。(2)意义：用来表示电流的_____或电压的_____。(3)应用：电容器所能承受的电压要高于交变电流电压的 _____。2.有效值：(1)定义：让恒定电流和交变电流分别通过_________的电阻，如果它们在___________内产生的热量_____，就把该恒定电流的数值规定为这个交变电流的有效值。
(2)应用：①交流用电设备上所标的额定电压和额定电流都是_______。②一般交流电压表测量的数值是_____值。③无特别说明时提到的交变电流的_____，都是有效值。(3)关系：对于正弦式交变电流，有效值I、U与其峰值Im、Um之间的关系：I=_____，U=____，这一关系式只适用于_______交变电流。
主题一 直流电流和交变电流【实验情境】情境1：如图甲、乙所示，把小灯泡分别接到干电池和手摇模型发电机的输出端。情境2：如图丙所示，把电流表接入到模型发电机的输出端。
【问题探究】 (1)闭合图甲、乙中开关，摇动发电机的手柄，观察小灯泡的发光情况，小灯泡的发光情况能够说明什么？提示：接在直流电路中的小灯泡亮度不变；转动手摇发电机的手柄，小灯泡的亮度不断变化，这说明了发电机产生电流的大小变化不同于电池产生的恒定电流。
(2)摇动图丙中发电机的手柄，观察电流表的指针摆动情况是怎样的？电流表指针的摆动情况说明什么问题？提示：随着线圈的转动，电流表的指针不停地在“0”刻度线两侧左右摆动，说明手摇发电机产生的电流方向处于变化中。
【结论生成】交变电流和直流电流的区别(科学思维)
【典例示范】 如图所示，其中不表示交变电流的是( )
【解析】选C。A、B、D中电流i的方向随时间发生了周期性变化，是交变电流；C中电流方向不变，是直流电，故选C。
【规律方法】(1)只要电流的方向发生变化，即为交变电流，若方向不变，尽管大小变化，亦为直流电。(2)在i-t或u-t图像中，正负表示方向，若题中给出了i-t或u-t图像，一定要注意图像的坐标原点是否为0，图中i或u的值有无正负变化。
【探究训练】(多选)如图所示，属于交流电的是( )
【解析】选A、C、D。方向随时间做周期性变化是交变电流最重要的特征。B项所示的电流大小随时间做周期性变化，但其方向不变，不是交变电流。A、C、D选项中电流的大小和方向都随时间做周期性变化，是交变电流。故选A、C、D。
【补偿训练】 甲、乙两电路中电流与时间的关系如图所示，属于交变电流的是( )A.甲、乙都是 B.甲是乙不是C.乙是甲不是D.甲、乙都不是
【解析】选B。题图甲中电流的大小和方向都随时间作周期性变化，是交变电流，题图乙中大小变化、方向不变，是直流电，故选B。
主题二 交变电路的周期和频率【生活情境】
【问题探究】 (1)我们日常照明用电是交变电流，为什么电灯并不闪烁，好像通过的是恒定电流？提示：因为电流大小方向变化得太快，也就是说照明用电的频率大，因此人眼感觉不到变化。(2)实验室用的打点计时器，其打点周期为什么等于0.02 s？提示：我国工农业生产和生活用电的频率是50 Hz，周期为0.02 s，打点计时器的打点周期等于交变电流的周期，所以等于0.02 s。
【结论生成】关于周期、频率的三点理解(物理观念)(1)周期、频率的关系：T= 。(2)我国使用的交变电流：T=0.02 s，f= =50 Hz。(3)周期T和频率f都是描述交变电流变化快慢的物理量。周期T越小，频率f越大，交变电流变化越快。
【典例示范】(多选)如图是某交变电流的电压的图像，由该图像可知( )A.该交变电流的周期是2×10-2 sB.交变电流的周期是4×10-2 sC.1 s内该交变电流完成25次周期性变化D.交变电流的频率是50 Hz
【解析】选B、C。由题图可知周期为4×10-2 s，则f= Hz=25 Hz，1 s内该交变电流完成25次周期性变化，故选项B、C正确，选项A、D错误。
【规律方法】 利用波形图求交变电流的周期(或频率)的方法：一个完整的波形对应的时长就是一个周期，频率与周期互为倒数，即f= 。
【探究训练】 如图所示，下列对图像的描述正确的是( )A.该电压是恒定电压B.该电压是直流电压C.该电压的周期是0.2 sD.该电压的频率是 Hz
【解析】选D。从图像可以看出每经过0.3 s开始重复上一个过程，所以0.3 s是一个周期，频率是 Hz，在一个周期内，前0.1 s电压为正值，后0.2 s电压为负值，表示前后电流方向相反，所以是交变电流，D正确，A、B、C错误。
主题三 交变电路的最大值和有效值【生活情境】
我国居民的生活用电的电压为220 V，如图所示，各家用电器的铭牌上标有“220 V 1 800 W”“220 V 900 W”等字样。
【问题探究】 (1)交变电流的有效值是根据什么定义的？提示：交变电流的有效值是根据电流的热效应来定义的。(2)交变电流的有效值定义中的三个“相同”具体指的是什么？提示：相同电阻、相同时间、相同热量(3)对于按正弦规律变化的电流，应如何求解有效值？提示：根据U= 、 I= 求解。
(4)当电流按照非正(余)弦规律变化时，应如何求解有效值？提示：分段计算交变电流在一个周期内产生的热量Q，然后在一个周期的时间内，让恒定电流通过相同的电阻，产生相同的热量Q。根据Q=I2Rt或Q= t求出I、U即为交变电流的电流、电压的有效值。
【结论生成】1.交变电流有效值的求解：(物理观念)(1)若按正(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 (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。
2.几种典型交变电流的有效值：(科学思维)
【典例示范】 如图所示为一交变电流的图像，则该交变电流的有效值为( )
【解析】选B。令该交变电流通过一电阻R，它在前半周期 内通过该电阻产生的热量Q1= ，它在后半周期 内产生的热量Q2= ，故在一个周期内产生的热量Q交=Q1+Q2= R·T，设某一恒定电流I在相同的时间T内通过该电阻产生的热量为I2RT，由有效值的定义知： RT=I2RT，得I= I0，故B正确。
【规律方法】求解有效值的一般方法与技巧(1)要分析交变电流的变化规律，正弦式交变电流的最大值和有效值的关系是I= ，U= ，非正弦式交变电流一般不符合此关系。(2)对于非正弦式交变电流，可在一个周期内分段求出产生的热量，再求热量的总和Q。将总热量Q用相应的物理量I或U来表示(如Q=I2RT或Q= T)，则I或U为该交变电流相应的有效值。
【探究训练】1.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( ) A.12 V B.4 V C.15 V D.8 V
【解析】选B。根据图像，一个周期T=1 s，设该交变电流的有效值为U，0～0.4 s的时间间隔为t1=0.4 s，0.4～0.5 s的时间间隔t2=0.1 s，根据电流的热效应，由 ，解得U=4 V，选项B正确。
2.(2018·全国卷Ⅲ) 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( ) A.1∶ B. ∶1C.1∶2D.2∶1
【解析】选D。据Q热= T得：Q方= T、Q正= T，两式相除就有Q方∶Q正=2∶1，故选D。
3.如图表示一交变电流的电流随时间变化的图像。此交变电流的有效值是( )
【解析】选B。该交变电流通过阻值为R的电阻在一个周期的时间(即0.02 s)内所产生的热量为Q交=(4 A)2R×0.01 s+(3 A)2R×0.01 s。设直流电流I通过电阻R在一个周期的时间(即0.02 s)内产生的热量为Q直=I2R×0.02 s。由交变电流的有效值定义得Q直=Q交。则I=5 A，即交变电流的有效值为5 A。
1.(多选)如图所示图像中属于交变电流的有( ) 【解析】选A、B、C。交变电流是大小、方向都随时间变化的电流，所以A、B、C正确；D仅是电流的大小发生变化而方向不变，故不属于交变电流。
2.(多选)有一交变电流随时间变化的图像如图所示，则由此图像可知( ) A.它的周期是0.8 s B.它的峰值是4 AC.它的有效值是2 AD.它的频率是0.8 Hz
【解析】选A、B。由题图知该交变电流周期T=0.8 s，频率f= =1.25 Hz，峰值Im=4 A，若为正弦式交变电流时，有效值才满足I= A，而题中不是正弦式交变电流，故选项A、B正确。
3.如图所示是一个按正弦规律变化的交变电流的图像，则该交变电流的周期和电流的有效值分别是( )A.0.2 s，5 AB.0.2 s，5 AC.0.1 s，5 AD.0.1 s，5 A【解析】选A。根据正弦式电流的图像知，周期T=0.2 s，电流的最大值为Im=5 A，有效值为I= =5 A。选项A正确。
4.如图所示，电压的最大值为Um，周期为T，曲线为正弦曲线的一部分，则其有效值为( ) 【解析】选B。根据有效值的定义可得 解得U= Um，选项B正确。
一、直流电流和交变电流 任务驱动 直流电源产生直流电流，交流电源产生交变电流。这两种电流各有什么特点？提示：直流电流的方向不随时间变化，交变电流的方向随时间做周期性变化。
1.交变电流：_____和_____都随时间做周期性变化的电流，简称_______，符号为AC。2.直流电流：_____不随时间变化的电流，符号为DC。3.转化关系：交变电流经过电子电路的处理，也能变成_________。
二、交变电流的周期和频率：任务驱动 交变电流的大小和方向都随时间做周期性变化，怎样描述交变电流变化的快慢呢？提示：所有周期性变化的过程，都可以用周期和频率来描述其变化的快慢。
1.交变电流的周期：交变电流完成一次_______变化所需的时间，称为交变电流的周期，用__表示，单位是______。2.交变电流的频率：交变电流___________________________________与__________之比称为交变电流的频率，用符号__表示，在国际单位制中的单位是__________。频率越大，表示交变电流在1 s 内完成周期性变化的次数_____，也就变化得_____。3.周期和频率的关系：周期和频率互为_____，即T=_____。
在一段时间内完成的周期性变化的次数
4.正弦式交变电流：日常生活中所用的市电，电流的大小和方向随时间按_________变化，这种电流被称为正弦式交变电流，简称___________。
三、交变电流的最大值和有效值 任务驱动 对于交变电流，电压和电流的瞬时值通常会发生变化。生活中常见用电器上标明的“220 V额定电压”或“5 A额定电流”又是什么意思呢？提示：指的是交变电流的有效值。
1.峰值：(1)定义：交变电流的电流或电压所能达到的_______。(2)意义：用来表示电流的_____或电压的_____。(3)应用：电容器所能承受的电压要高于交变电流电压的 _____。2.有效值：(1)定义：让恒定电流和交变电流分别通过_________的电阻，如果它们在___________内产生的热量_____，就把该恒定电流的数值规定为这个交变电流的有效值。
(2)应用：①交流用电设备上所标的额定电压和额定电流都是_______。②一般交流电压表测量的数值是_____值。③无特别说明时提到的交变电流的_____，都是有效值。(3)关系：对于正弦式交变电流，有效值I、U与其峰值Im、Um之间的关系：I=_____，U=____，这一关系式只适用于_______交变电流。
主题一 直流电流和交变电流【实验情境】情境1：如图甲、乙所示，把小灯泡分别接到干电池和手摇模型发电机的输出端。情境2：如图丙所示，把电流表接入到模型发电机的输出端。
【问题探究】 (1)闭合图甲、乙中开关，摇动发电机的手柄，观察小灯泡的发光情况，小灯泡的发光情况能够说明什么？提示：接在直流电路中的小灯泡亮度不变；转动手摇发电机的手柄，小灯泡的亮度不断变化，这说明了发电机产生电流的大小变化不同于电池产生的恒定电流。
(2)摇动图丙中发电机的手柄，观察电流表的指针摆动情况是怎样的？电流表指针的摆动情况说明什么问题？提示：随着线圈的转动，电流表的指针不停地在“0”刻度线两侧左右摆动，说明手摇发电机产生的电流方向处于变化中。
【结论生成】交变电流和直流电流的区别(科学思维)
【典例示范】 如图所示，其中不表示交变电流的是( )
【解析】选C。A、B、D中电流i的方向随时间发生了周期性变化，是交变电流；C中电流方向不变，是直流电，故选C。
【规律方法】(1)只要电流的方向发生变化，即为交变电流，若方向不变，尽管大小变化，亦为直流电。(2)在i-t或u-t图像中，正负表示方向，若题中给出了i-t或u-t图像，一定要注意图像的坐标原点是否为0，图中i或u的值有无正负变化。
【探究训练】(多选)如图所示，属于交流电的是( )
【解析】选A、C、D。方向随时间做周期性变化是交变电流最重要的特征。B项所示的电流大小随时间做周期性变化，但其方向不变，不是交变电流。A、C、D选项中电流的大小和方向都随时间做周期性变化，是交变电流。故选A、C、D。
【补偿训练】 甲、乙两电路中电流与时间的关系如图所示，属于交变电流的是( )A.甲、乙都是 B.甲是乙不是C.乙是甲不是D.甲、乙都不是
【解析】选B。题图甲中电流的大小和方向都随时间作周期性变化，是交变电流，题图乙中大小变化、方向不变，是直流电，故选B。
主题二 交变电路的周期和频率【生活情境】
【问题探究】 (1)我们日常照明用电是交变电流，为什么电灯并不闪烁，好像通过的是恒定电流？提示：因为电流大小方向变化得太快，也就是说照明用电的频率大，因此人眼感觉不到变化。(2)实验室用的打点计时器，其打点周期为什么等于0.02 s？提示：我国工农业生产和生活用电的频率是50 Hz，周期为0.02 s，打点计时器的打点周期等于交变电流的周期，所以等于0.02 s。
【结论生成】关于周期、频率的三点理解(物理观念)(1)周期、频率的关系：T= 。(2)我国使用的交变电流：T=0.02 s，f= =50 Hz。(3)周期T和频率f都是描述交变电流变化快慢的物理量。周期T越小，频率f越大，交变电流变化越快。
【典例示范】(多选)如图是某交变电流的电压的图像，由该图像可知( )A.该交变电流的周期是2×10-2 sB.交变电流的周期是4×10-2 sC.1 s内该交变电流完成25次周期性变化D.交变电流的频率是50 Hz
【解析】选B、C。由题图可知周期为4×10-2 s，则f= Hz=25 Hz，1 s内该交变电流完成25次周期性变化，故选项B、C正确，选项A、D错误。
【规律方法】 利用波形图求交变电流的周期(或频率)的方法：一个完整的波形对应的时长就是一个周期，频率与周期互为倒数，即f= 。
【探究训练】 如图所示，下列对图像的描述正确的是( )A.该电压是恒定电压B.该电压是直流电压C.该电压的周期是0.2 sD.该电压的频率是 Hz
【解析】选D。从图像可以看出每经过0.3 s开始重复上一个过程，所以0.3 s是一个周期，频率是 Hz，在一个周期内，前0.1 s电压为正值，后0.2 s电压为负值，表示前后电流方向相反，所以是交变电流，D正确，A、B、C错误。
主题三 交变电路的最大值和有效值【生活情境】
我国居民的生活用电的电压为220 V，如图所示，各家用电器的铭牌上标有“220 V 1 800 W”“220 V 900 W”等字样。
【问题探究】 (1)交变电流的有效值是根据什么定义的？提示：交变电流的有效值是根据电流的热效应来定义的。(2)交变电流的有效值定义中的三个“相同”具体指的是什么？提示：相同电阻、相同时间、相同热量(3)对于按正弦规律变化的电流，应如何求解有效值？提示：根据U= 、 I= 求解。
(4)当电流按照非正(余)弦规律变化时，应如何求解有效值？提示：分段计算交变电流在一个周期内产生的热量Q，然后在一个周期的时间内，让恒定电流通过相同的电阻，产生相同的热量Q。根据Q=I2Rt或Q= t求出I、U即为交变电流的电流、电压的有效值。
【结论生成】1.交变电流有效值的求解：(物理观念)(1)若按正(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 (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。
2.几种典型交变电流的有效值：(科学思维)
【典例示范】 如图所示为一交变电流的图像，则该交变电流的有效值为( )
【解析】选B。令该交变电流通过一电阻R，它在前半周期 内通过该电阻产生的热量Q1= ，它在后半周期 内产生的热量Q2= ，故在一个周期内产生的热量Q交=Q1+Q2= R·T，设某一恒定电流I在相同的时间T内通过该电阻产生的热量为I2RT，由有效值的定义知： RT=I2RT，得I= I0，故B正确。
【规律方法】求解有效值的一般方法与技巧(1)要分析交变电流的变化规律，正弦式交变电流的最大值和有效值的关系是I= ，U= ，非正弦式交变电流一般不符合此关系。(2)对于非正弦式交变电流，可在一个周期内分段求出产生的热量，再求热量的总和Q。将总热量Q用相应的物理量I或U来表示(如Q=I2RT或Q= T)，则I或U为该交变电流相应的有效值。
【探究训练】1.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( ) A.12 V B.4 V C.15 V D.8 V
【解析】选B。根据图像，一个周期T=1 s，设该交变电流的有效值为U，0～0.4 s的时间间隔为t1=0.4 s，0.4～0.5 s的时间间隔t2=0.1 s，根据电流的热效应，由 ，解得U=4 V，选项B正确。
2.(2018·全国卷Ⅲ) 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( ) A.1∶ B. ∶1C.1∶2D.2∶1
【解析】选D。据Q热= T得：Q方= T、Q正= T，两式相除就有Q方∶Q正=2∶1，故选D。
3.如图表示一交变电流的电流随时间变化的图像。此交变电流的有效值是( )
【解析】选B。该交变电流通过阻值为R的电阻在一个周期的时间(即0.02 s)内所产生的热量为Q交=(4 A)2R×0.01 s+(3 A)2R×0.01 s。设直流电流I通过电阻R在一个周期的时间(即0.02 s)内产生的热量为Q直=I2R×0.02 s。由交变电流的有效值定义得Q直=Q交。则I=5 A，即交变电流的有效值为5 A。
1.(多选)如图所示图像中属于交变电流的有( ) 【解析】选A、B、C。交变电流是大小、方向都随时间变化的电流，所以A、B、C正确；D仅是电流的大小发生变化而方向不变，故不属于交变电流。
2.(多选)有一交变电流随时间变化的图像如图所示，则由此图像可知( ) A.它的周期是0.8 s B.它的峰值是4 AC.它的有效值是2 AD.它的频率是0.8 Hz
【解析】选A、B。由题图知该交变电流周期T=0.8 s，频率f= =1.25 Hz，峰值Im=4 A，若为正弦式交变电流时，有效值才满足I= A，而题中不是正弦式交变电流，故选项A、B正确。
3.如图所示是一个按正弦规律变化的交变电流的图像，则该交变电流的周期和电流的有效值分别是( )A.0.2 s，5 AB.0.2 s，5 AC.0.1 s，5 AD.0.1 s，5 A【解析】选A。根据正弦式电流的图像知，周期T=0.2 s，电流的最大值为Im=5 A，有效值为I= =5 A。选项A正确。
4.如图所示，电压的最大值为Um，周期为T，曲线为正弦曲线的一部分，则其有效值为( ) 【解析】选B。根据有效值的定义可得 解得U= Um，选项B正确。
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