吉林省吉林市第一中学校高中物理交变电流导学案新人教版必修2

2020-2021学年人教版（2019）选择性必修第二册3.1交变电流学案1、学会观察电流（或电压）的波形图，理解交变电流、直流的概念。

2、分析线圈转动1周中电动势和电流方向的变化，能对交变电流的产生有比较清楚的了解，具有运用基本原理解决新情境问题的能力。

3、知道交变电流的变化规律及表示方法，知道交变电流的峰值、瞬时值的物理意义。

1、交变电流的产生过程的物理分析。

（重点）2、交变电流的变化规律的探究。

（重点）3、交变电流的产生原理的理解。

（难点）4、交变电流的变化规律的理解及应用。

（难点）一、交变电流1、交变电流：大小和方向随时间做周期性变化的电流叫交变电流，简称交流。

2、直流：方向不随时间变化的电流称为直流。

3、正弦式交变电流：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。

二、交变电流的产生闭合线圈置于匀强磁场中，并绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。

三、交变电流的变化规律1、中性面（1）中性面：与磁感线垂直的平面。

（2）当线圈平面位于中性面时，线圈中的磁通量最大，线圈中的电流为零，且线圈平面经过中性面时，电流方向就发生改变，故线圈转动一周电流方向改变两次。

2、从中性面开始计时，线圈中产生的电动势的瞬时值表达式：e＝E m sinωt，E m叫做电动势的峰值。

一、正弦式交变电流的产生1、正弦式交变电流的产生条件（1）匀强磁场。

（2）线圈匀速转动。

（3）线圈的转轴垂直于磁场方向。

2、中性面、中性面的垂面位置的特点比较中性面中性面的垂面远离中性面靠近中性面图示位置线圈平面与磁场垂直线圈平面与磁场平行线圈方向与磁场夹角变小（小于90°）线圈平面与磁场夹角变大（小于90°）磁通量最大零变小变大磁通量变化率零最大变大变小感应电动势零最大变大变小线圈边缘线速度与磁场方向夹角（夹角在90°范围内的那条边）0 90°变大变小感应电流零最大变大变小电流方向改变不变不变不变【典例一】1、矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，产生的感应电动势最大值为50 V，那么该线圈由图示位置(线圈平面与磁场方向平行)转过30°时，线圈中的感应电动势大小为( )A.50VB.25VC.253VD.10V解题思路：线圈绕垂直于磁感线的轴匀速转动，从垂直中性面的位置开始计时，感应电动势的瞬时值为m cos e E θ=，故当30θ=°时，感应电动势的瞬时值为m 3cos3050V 253V 2e E ==⨯=°，故选C. 答案：C二、交变电流的变化规律1、从两个特殊位置开始计时的瞬时值表达式项目 从中性面位置开始计时从垂直中性面的位置开始计时磁通量m =cos cos t BS t ωωΦΦ= m =sin sin t BS t ωωΦΦ=磁通量对应图像t ωΦ-图像感应电动势 m =sin sin e E t NBS t ωωω=m =cos cos e E t NBS t ωωω=电压（外电路为纯电阻R ） m =sin sin R NBS u U t t R rωωω=+m =cos cos R NBS u U t t R rωωω=+电流m =sin sin NBS i I t t R rωωω=+ m =cos cos NBS i I t t R rωωω=+对应电动势、电压、电流—时间图像2、交变电流瞬时值表达式问题的解题程序（1）观察线圈的转动轴是否与匀强磁场磁感线垂直。

吉林一中物理学科导学案(交流电)(变压器)【预习案】本节课主要学习了以下内容：1变压器主要由铁芯和线圈组成。

2•变压器可改变交变电的电压和电流，利用了原副线圈的互感现象3•理想变压器：没有能量损失的变压器，是理想化模型。

有U i N i U2N2l i N_2 I7N【练习案】1. 一个正常工作的理想变压器的原副线圈中，下列的哪个物理量不一定相等()A.交流的频率B.电流的有效值C. 电功率D.磁通量变化率2. 如图所示为一理想变压器，K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U为加在原线圈两端的电压，I i为原线圈中的电流，贝U ()A. 保持U及P的位置不变，K由a合到b时，I i将增大B. 保持U及P的位置不变，K由b合到a时，R消耗功率减小C•保持U不变，K合在a处，使P上滑，l i将增大D. 保持P的位置不变，K合在a处，若U增大，l i将增大3. 如图所示，接于理想变压器的四个灯泡规格相同，且全部正常发光，求三个线圈的匝数比n i : n :压.P输出=P输入7.如图中所示，理想变压器B 的原线圈跟副线圈的匝数比 n i : n 2=2 ： 1，交流 电源电压U=220 V ，F 为熔断电流为Io =1.0 A 的保险丝，负载为一可变电阻•(1)当电阻R=100 Q 时，保险丝能否被熔断？(2)要使保险丝不被熔断，电阻 R 的阻值应不小于多少？变压器输出的电功率于它们的关系，正确的是( )A.I 2由I 1决定B.U 2与负载有关C.P 1由P 2决定D.U 1由U 决定5.用理想变压器给负载 R 供电，下F 列哪些办法可以减小变压器原线圈中的电流 A 增加原线圈的匝数 B •增加副线圈的匝数C.减小负载电阻R 的数值 D •增加负载电阻R 的数值6•如图所示，理想变压器的原、副线圈分别接有相同的白炽灯，原、副线圈的 4•理想变压器原、副线圈的电流为丨1、丨2,电压为U 、U 2,功率为P 、P 2,关 U不能超过多少？ 匝数比为n i : n 2=2 ： 1,电源电压为 压U B 为多少？ 求B 灯两端的电8.如图理想变压器有两个副线圈，原线圈1接220V,畐I」线圈2的匝数为30匝,两端并有“ 12v、12W的灯泡L正常发光，副线圈3的输出电压为110V,两端并有电阻R,通过R的电流为0.4A，求：(1)副线圈3的匝数n a⑵原线圈1的匝数n i和通过它的电流11变压器1、B2、ABD3、3: 2: 14、C5、AD6、U7、①熔断②555&①275匝②550匝14A55。

吉林一中物理学科导学案（交流电）（描述交变电流的物理量）【预习案】1、 瞬时值它是反映不同时刻交流电的大小和方向，正弦交流瞬时值表达式为：e=E m sin ωt ，i=I m sin ωt ，应当注意必须从中性面开始。

交流电的瞬时值对我们没有多大现实意义，一般只在讨论氖管起辉问题时才涉及。

生活中用的市电电压为220V ，其最大值为，频率为50HZ ，所以其电压瞬时值的表达式为u=311sin314tV 。

2、峰值（最大值）它是瞬时值的最大者，它反映的是交流电大小的变化范围，当线圈平面跟磁感线平行时，交流电动势最大，E m =NBS ω（转轴垂直于磁感线）。

为保证电容器、晶体管等在接入交流电路后不被击穿，交流电的峰值 (最大值)不应超过这些元件的耐压值，3、有效值交流电有效值的意义是：在一个周期的时间内，交流电流i 通过R 产生的热量与恒定电流I 通过同一电阻R 产生的热量若相等，则I 称为i 的有效值。

交流电有效值的公式2mI I =2mU U = 仅适用于正弦式交流电 不是对任何交流电都适用。

在交流电中，通常说的交流电压、电流都是指交流电的有效值；交流电表的读数也是有效值；计算电功率和热量以及确定保险丝的熔断电流时，应该用有效值。

要会利用有效值的定义，结合交流电的峰值，计算某交流电的有效值。

4、平均值它是指交流电图象中图线与横轴所围成的面积值跟时间的比值.其量值，可用法拉第电磁感应定律N E =·t∆∆ϕ来求，特殊地，当线圈从中性面转过90°的过程中，有m E E π2=,计算平均值切忌用算术平均法即221E E E +=求解。

平均值不等于有效值。

对于一个确定的交流电来说，其有效值是一定的。

而平均值是由某段时间磁通量的变化量来决定，在不同的时间段里平均值是不相同的。

【练习案】1.如图1所示，一交流电的电流随时间而变化的图象。

此交流电流的有效值是（ ）A.545 AB.5 AC.3.52A D.3.5A图12.如图2所示为一交流电随时间变化的图象，其中电流的正值为正弦曲线的正半周，则该交变电流的有效值为 A.3.有一正弦交流电源，电压有效值U=120V，频率为f=50Hz向一霓虹灯供电，若霓虹灯的激发电压和熄灭电压均为U0=602V，试估算在一个小时内，霓虹灯发光时间有多长？为什么人眼不能感到这种忽明忽暗的现象？4.如图4所示，交流发电机转子有n匝线圈，每匝线圈所围面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，匀速转动的角速度为ω，线圈内电阻为r，外电路电阻为R。

《交变电流的描述》学历案（第一课时）一、学习主题本课时学习主题为“交变电流的描述”，是高中物理课程中的重要内容之一。

通过本课时的学习，学生将了解交变电流的基本概念、产生原因、描述方法及其在日常生活和工业生产中的应用。

二、学习目标1. 理解交变电流的基本概念，包括交变电流的定义、方向变化规律等。

2. 掌握交变电流的描述方法，包括正弦式交变电流的波形图、有效值等。

3. 了解交变电流的产生原理及其在日常生活和工业生产中的应用。

4. 能够运用所学知识分析简单的交变电流电路，并解决相关问题。

三、评价任务1. 概念理解评价：通过课堂提问和课后小测验，评价学生对交变电流基本概念的理解程度。

2. 知识应用评价：通过作业和课堂讨论，评价学生运用交变电流知识分析问题和解决问题的能力。

3. 学习过程评价：通过观察学生的学习态度、参与课堂活动的积极性等方面，评价学生的学习过程。

四、学习过程1. 导入新课：通过生活实例引入交变电流的概念，如家中使用的交流电等，激发学生的学习兴趣。

2. 新课学习：（1）讲解交变电流的定义、方向变化规律等基本概念。

（2）展示正弦式交变电流的波形图，讲解有效值等描述方法。

（3）分析交变电流的产生原理，介绍其在日常生活和工业生产中的应用。

3. 课堂活动：（1）分组讨论：学生分组讨论交变电流的特点及其应用，并分享观点。

（2）问题解答：教师针对学生在学习中遇到的问题进行解答。

4. 课堂小结：总结本课时的学习内容，强化学生对交变电流基本概念和描述方法的掌握。

五、检测与作业1. 课堂检测：通过课堂小测验，检测学生对交变电流基本概念的理解程度。

2. 作业布置：布置相关练习题，包括交变电流的描述、电路分析等，要求学生独立完成。

3. 作业评价：教师批改作业，评价学生运用交变电流知识分析问题和解决问题的能力。

六、学后反思1. 学生反思：学生应反思自己在学习过程中的表现，包括对交变电流基本概念的理解程度、课堂活动的参与情况等。

3.2 交变电流的描述1.理解什么是交变电流的峰值和有效值，知道它们之间的关系。

2.理解交变电流的周期、频率以及它们之间的关系。

知道我国生产和生活用电的周期（频率）的大小。

【重点】瞬时值、峰值、有效值之间的关系【难点】有效值的理解与计算【课前自主学习】一、知识前置1．正弦式交变电流（1）最大值（峰值）：E m、U m、I m（2）瞬时值：u、i、e2．正弦交流电的变化规律：（从中性面开始计时）瞬时电动势e=_________________瞬时电流i=____________________瞬时电压u=___________________二、新知学习（一）周期和频率1．周期：________________________________________________，叫做交变电流的周期，用_____表示。

2．频率：________________________________________________，叫做交变电流的频率，用_____表示。

周期和频率的关系：__________我国使用的交变电流频率f=_________，周期T=_________。

3．角速度：_______________________________________________，用_____表示。

角速度与周期及频率的关系：ω=_______________（二）峰值和有效值1．峰值：_______________________________________________。

（E m、U m、I m）电容器的耐压值是指能够加在它两端的___________________，若电源电压的最大值超过耐压值，电容器可能被_________。

但是交变电流的最大值不适于表示交变电流产生的效果，在实际中通常用________表示交变电流的大小。

思考与讨论：（1）如图所示电流I=2A通过一个R=2Ω的电阻。

它是恒定电流。

3.1 交变电流（第1课时）【学习目标】1．理解交变电流、直流的概念，能区分交流、直流电2．理解交变电流的产生原理3．培养观察能力、空间想象能力以及立体图转化为平面图形的能力【重点难点】重点是交变电流产生的物理过程分析【新课引入】问题：用电压传感器先观察电池供给的电压的波形，再观察学生电源交流挡供给的电压的波形。

这两种波形有什么差异？【合作探究】【任务一】交变电流1．波形图：在显示屏上显示的电压(或电流)随______变化的图像。

2．交变电流：随时间做_____________的电流，简称交流。

3．直流：__________不随时间变化的电流，如电池供给的电流、日常使用的各种充电器输出的电流等。

练习：下列关于交变电流和直流的说法正确的是（）A．若电流大小做周期性变化，则一定是交变电流B．直流的大小可以变化，但方向不一定变化C．交变电流一定是按正弦或余弦规律变化的D．交变电流的最大特征就是电流的方向发生周期性的变化【任务二】交变电流的产生1．中性面：线圈平面与磁感线＿＿＿＿的位置，此位置各边＿＿＿＿＿＿磁感线，线圈中＿＿感应电流产生，故此时线圈所在的平面叫中性面。

【说明】线圈经过中性面时，Φ＿＿＿＿，但线圈中电动势为＿＿。

2．电动势：(1)线圈与磁场垂直时，Φ＿＿＿＿，但线圈中的电动势＿＿＿＿；(2)线圈与磁场平行时，Φ＿＿＿＿，但线圈中的电动势＿＿＿＿；3思考与讨论(1)ab和cd不断做___磁感线运动，由于磁感线方向是____的，而ab和cd的运动方向总是______ ，并且不断改变，于是线圈和外部电路就有了_______ 不断改变的感应电流(2)A.在线圈从上左转到上右的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？B.在线圈从下左转到下右的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？C.转到什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置时线圈中电流最大？【任务三】完成教材51页图3.141.下列图像中不属于交流电的有（）A．B．C．D．2.在匀强磁场中，一个100匝的闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，如图所示，穿过该线圈的磁通量随时间按正弦规律变化。

第1课时 3.1《交变电流》1.课时教材分析：课标要求：1、通过实验认识交变电流，知道生产生活中使用的大多是正弦式交变电流，会用图像和公式描述正弦式交变电流。

2、经历建立正弦式交变电流模型、用右手定则和法拉第电磁感应定律推理得出正弦式交变电流方向和大小的规律的过程，体会建立模型与推理分析的思维方法。

3、了解发电机是将机械能转化为电能的装置，各种发电机的区别在于机械能产生的形式不同。

对课程标准的解读为：本条目要求学生了解交变电流的产生原理和交变电流的基本特征，属于了解水平。

学生应该从交流电的产生实验中明确，交流电的产生原理是电磁感应，知道交流电是大小和方向随时间发生周期性变化的电流。

学生能够根据交流电的特征，会用函数表达式来描述交变电流。

本章内容包括交变电流的规律，变压器模型及远距离输电模型，与之前所学内容构成完整的“电磁感应及其应用”体系，有利于培养学生的科学思维。

作为本章的第一节，本节内容既是对之前学习内容的巩固提升，又是为后面交变电流的描述做前期铺垫，是学生把知识从理论层面到应用层面的过渡，有承上启下的作用。

本节课从学生采访的实例反映的社会问题入手，以此创立与本单元知识密切相关的挑战性大任务，并分解为与每一章节相对应的子任务。

在逐层探究过程中提升学生的学科素养。

2.课时学情分析：在之前的教材学习中，学生已经初步了解产生感应电流的条件、感生电动势和动生电动势公式、也会用法拉第电磁感应定律和右手定则来判定电流的方向。

但对于在实际电路中具体分析上述知识的能力尚且不足，也不能把上述知识形成体系、综合处理解决问题，因此需要教师在教学中要加以引导。

3.课时学习重点：1、直流和交流的概念。

2、对特殊位置进行进行定性分析，得到交变电流的规律。

3、通过对一般位置的推导，能定量得到电动势瞬时值的表达式。

4.课时学习难点：对一般位置定量计算电动势的表达式。

5.课时学习目标：核心知识素养:交变电流的特征和规律物理观念:通过对交变电流的认识,深化物质观念；了解发电机工作过程中的能量转化科学思维:经历建立正弦式交变电流模型、用右手定则和法拉第电磁感应定律推理正弦式交变电流方向和大小的规律的过程,体会建立模型与推理分析的思维方法科学探究:分析发电机电动势的过程中经历从特殊到一般的探究过程，并能基于结果分析模拟发电机发电图像不是正弦的原因。

2．交变电流的描述1．掌握交变电流的周期和频率的含义以及角速度、周期和频率之间的关系。

2.掌握交变电流的峰值的含义及有效值的含义和计算方法。

3.知道正弦式交变电流有效值与峰值的关系及在生活中的应用。

4.会用公式和图像描述正弦式交变电流。

5.了解电感器和电容器对交变电流的作用。

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□01时间，叫作它的周期，通常用T 表示，单位是秒。

2．频率：交变电流完成周期性变化的□02次数与□03所用时间之比叫作它的频率，数值等于交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数。

频率通常用f 表示，单位是赫兹。

3．周期、频率与角速度的关系式：f ＝1T，ω＝□042πf 。

二、峰值和有效值1．峰值：交变电流的峰值I m 或U m 可以用来表示电流的□01强弱或电压的□02高低。

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□03一个周期内它们产生的热量□04相等，而这个恒定电流的电流与电压分别为I 、U ，我们就把I 、U 叫作这一交变电流的有效值。

3．正弦式交变电流的有效值：I ＝□05I m2，U ＝□06U m2。

三、正弦式交变电流的公式和图像1．描述交变电流的物理量：交变电流的□01周期和□02频率描述电流(或电压)的变化快慢，□03峰值描述变化过程中的最大值。

2．如果要详细描述交变电流的情况可以用□04公式和□05图像两种方式，这两种描述可以全面记录和反映电流(或电压)□06每个时刻的情况。

(1)图像：以电压u 为例，如图所示。

(2)公式：以电压u 为例，如果已知一交变电流的周期T 或频率f ，又知道它的电压的有效值或峰值，那么可以对第1节中的电压u ＝U m sin ωt 作进一步表达，可得u ＝U m sin 2πTt ＝□072U sin 2πTt 。

判一判(1)若交变电流是由线圈在匀强磁场中匀速转动形成的，则交变电流的周期也是线圈做圆周运动的周期。

3.1 交变电流教学设计你知道下图中仿佛由天际而来，向天际而去的输电线始于哪里，最终又输送到哪里吗？始于：发电厂、变电站输送到：乡村、工厂... ...你知道发电厂发电机利用什么原理发出来的电？它具有哪些特点？交流发电机组成发电机的两部分中一部分不动（叫定子），另一部分绕着轴线做匀速转动（叫转子）便可以发出电来。

你能用已学知识解释以下交流发电机的工作原理吗？它产生的电流有什么特点？二、交变电流的产生（一）交流发电机示意图（二）交流电的产生原理请判断出下列四个位置时电流方向？并总结这样的发电机在匀速转动过程中产生电流方向有什么特点？电流方向具有周期性变化的特点。

设磁感应强度是B，AB、CD长为l，AD、BC宽为d，线圈匀速转动的角速度是ω，设t＝0时线圈所在平面与磁场反向刚好垂直，则t=t时刻线圈产生的电动势为多少？①线圈与中性面的夹角是多少？认识交变电流示意图。

尝试判断出四个时刻的电流方向。

按照六步提示分步推导出交变电流的大小表达式。

知道结构为后面的内容做好准备。

回顾旧知，得出新知识从所学知识上逐步分析得出交变电流的产生。

K A FELDC B方向不随时间变化的电流叫做直流电，简称直流(DC)。

（三）正弦式交变电流的变化规律正弦式交变电流是怎样产生的？当线圈绕着与匀强磁场方向垂直的轴线匀速转动，就会产生正弦式交变电流。

电动势的最大值为多少？当电动势最大时线圈处于什么位置时？电动势为0时，线圈又处于什么位置。

电动势最大时：NBS=Em电动势为0时：中性面若电路中的负载为纯电阻电路时，负载两端的电压和流过的电流变化规律如何？t I t R NBS R e i m ωωωsin sin ===tU t R I R i u m m ωωsin sin ===负载两端的电压和流过的电流也按正弦规律变化其中U m 、 I m 分别叫电压和电流的最大值，也叫峰值。

而u 、i 则是相应的物理量的瞬时值。

以上表达形式是不是什么情况下都成立？若线圈从中性面的垂面（峰值面）开始计时，在t 时刻线圈中的感应电动势是多少？m e =NBS ωcos ωt =E cos ωt另一种推导方式：m πe =NBS ωsin(ωt +)=E cos ωt 2负载两端电压变化规律：流过负载的电流变化规律：说明：物理学中，正弦交变电流与余弦交变电流(本质规律都相同)统称为正弦式交流电cos m u U tω=cos m i I tω=第1节交变电流。

3.3 交变电流[学习目标定位] 1.了解交变电流是怎样产生的.2.定性了解交变电流的变化规律及其图象表示和主要特征物理量.3.知道交流电能通过电容器的原因，了解交流电这一特性在电子技术中的应用．一、交流发电机1．发电原理：由于转子的转动使得穿过线圈的磁通量发生变化，在线圈中产生了感应电动势．2．交变电流：大小、方向随时间做周期性变化的电流，简称交流．方向不随时间变化的电流叫直流．二、正弦式电流的变化规律1．定义：电流、电压随时间按正弦函数的规律变化的交流电叫做正弦式电流．2．图象：正弦图象．3．表达式：i＝ωt ，u＝ωt，式中、分别是电流、电压的最大值，叫做交流的峰值．4．交变电流的有效值(、)(1)交变电流的有效值是根据电流的热效应来规定的：把交流和直流分别通过相同的电阻，如果在相同的时间里它们产生的热量相等，我们就把这个直流电压、电流的数值叫做这一交流的有效值．(2)对正弦式交变电流，其有效值和峰值之间存在着如下的关系：＝≈0.707＝≈0.707三、交流电能通过电容器电容器具有“隔直流，通交流”的特点，故在电子技术中广泛应用.一、交流发电机[问题设计]1．你是怎样区别直流电流和交变电流的？这两种电流有何根本区别？答案大小、方向随时间做周期性变化的电流叫做交变电流，各种电池供给的只沿一个方向流动的电流叫做直流．这两种电流的根本区别在于交变电流的方向随时间做周期性变化，直流电流的方向不随时间变化．2．交变电流是怎样产生的？交流发电机的结构如何？答案在实际中，交变电流是由交流发电机产生的．发电机的原理是利用磁场与线圈间的相对转动使穿过线圈的磁通量发生变化，在线圈中产生感应电动势，这一感应电动势是交变的电动势，从而与用电器形成的闭合电路中产生的电流是交变电流．各种交流发电机都是由固定不动的定子和能够连续转动的转子组成．有的发电机线圈转动，磁体不动称为旋转电枢式发电机．有的发电机线圈不动，磁体转动，称为旋转磁极式发电机．[要点提炼]1．直流电和交变电流(1)直流电：方向不随时间变化的电流，称为直流电，简称直流，用字母“”或符号“－”表示．(2)交变电流：大小、方向随时间做周期性变化的电流，称为交变电流，简称交流，用字母“”或符号“～”表示．注意电流方向随时间做周期性变化，是交流电的最主要特征，也是交流电与直流电的最主要的区别．2．交流发电机的原理当闭合线圈在磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，穿过线圈的磁通量发生变化，因而在线圈中就产生感应电流．线圈做周期性的运动，在线圈中就产生了大小和方向随时间变化的交变电流．二、交流的变化规律[问题设计]电网供给的交流电经过降压后使灯泡发光，把示波器的两个输入端接到灯泡的两端，在荧光屏上观察到灯泡两端的电压随时间变化的曲线. 请仔细观察图线，我国电网中的交流电，它的电压、电流随时间按什么函数规律变化．答案正弦函数[要点提炼]正弦交流电1．定义：交变电流的电流、电压随时间按正弦函数的规律变化叫做正弦式交流电．2．表达式：电流i＝ωt ，电压u＝ωt.3．图象(如图1所示)图1[延伸思考]家里电灯用的是交变电流，电流在最大值和零之间不断变化，但为什么我们看不到电灯的闪烁？答案交流电的周期是0.02 s，电流每周期内两次达最大值，两次为零，所以电灯两次最亮的时间间隔仅0.01 s，比人眼的视觉暂留时间要小，所以感觉不到电灯的闪烁．另外由于电灯发光是灯丝高温炽热发光，灯丝的温度变化需要一定的时间，而电流两次最大的时间间隔很短，灯丝的温度、亮度不会有明显的变化．三、交流能够通过电容器[问题设计]按图2和图3所示电路，让同一小灯泡与电容器串联后分别接上直流电源和交流电源，观察灯泡的发光情况．图2图31．根据观察到的现象你能得出什么结论？答案交流电能够“通过”电容器，直流电不能通过电容器．电容器具有“隔直流、通交流”的作用．2．交流电是如何“通过”电容器的？它与交流电通过电阻有什么不同？答案由于交流电的电压值随时间不断变化，电容器接到交流电源两端时，如果电压升高，则电容器充电，在电路中形成充电电流．经过峰值以后，交流电压降低，电容器放电，形成放电电流．尽管电荷实际上并没有越过两极板间的介质，但从外电路看来，导线中的电荷确实在流动，所以，电容器的充电和放电表现为交流电“通过”了电容器．交流电通过电阻时确实有电荷在电阻导体中定向移动，而交流电通过电容器时电荷实际上并没有越过两极板间的介质．[要点提炼]1．电容器具有“隔直流、通交流”的作用．交流电“通过”电容器，实质上是电容器的反复充电和放电过程的表现．2．电容器在电子技术中的应用(1)滤波电容器：电容器能够把混杂在直流中的交流成分滤掉，称为滤波电容器．(2)隔直电容器：在收音机的音频放大电路中电容器能够把音频信号传到下一级，而不让直流成分通过，称为隔直电容器．四、交流的有效值[问题设计]1．我们常说“照明电路的电压是220 V，动力电路的电压是380 V”指的是交流电压的什么值？答案有效值2．正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系如何？答案＝≈0.707＝≈0.707[要点提炼]交变电流的瞬时值、最大值和有效值1．瞬时值和最大值：瞬时值是交变电流某一时刻的值，瞬时值是时间的函数，不同时刻，瞬时值不同．瞬时值中最大的叫最大值．2．有效值：交流的有效值是根据电流的热效应规定的：把交流和直流分别通过相同的电阻，如果在相等的时间里它们产生的热量相等，就把这个直流电压、电流的数值，叫该交变电流的有效值．分别用“、”表示．3．我们通常说家庭电路的电压是220 V，是指有效值．各种使用交变电流的电器设备上所标的是额定电压和额定电流的有效值，一般交流电流表和交流电压表测量的数值也都是有效值．对电容器来说，其击穿电压值应小于交流的最大值．以后提到交变电流的数值，凡没有特别说明的，都是指有效值．一、交流电的理解例1下图中属于交变电流的是()解析根据交变电流的定义判断，大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流．符合此定义的是B、C两图，A、D两图中只是电流的大小做周期性变化，方向未变，不符合定义．答案例2一个按正弦函数规律变化的交变电流的i－t图象如图4所示，根据图象可以断定()图4A．交变电流的频率f＝0.2B．交变电流的有效值＝14.14 AC．交变电流瞬时值表达式i＝20 (0.02t) AD．在t＝时刻，电流的大小与其有效值相等解析从题图中可以看出，交变电流的最大值为＝20 A．有效值为＝＝A＝10 A＝14.14 A 交变电流的周期为T＝0.02 s，所以f＝＝50交变电流的瞬时值表达式为i＝ωt＝2π＝20 (314t) A在t＝时，交变电流的瞬时值为i＝t＝＝＝，所以答案为B、D项．答案二、电容器对交流电的影响例3如图5所示，白炽灯和电容器串联后接在交变电源的两端，当交变电源的频率增加时()图5A．电灯变暗B．电灯变亮C．电灯亮度不变D．不能确定解析直流电不能通过电容器，而交流电能“通过”电容器，且交流电的频率越高，电流的“通过”能力也越高，所以B选项正确．答案 B三、交流电的有效值例4某一电热器接在U＝110 V的直流电源上，每秒产生的热量为Q；现把它改接到交流电源上，每秒产生的热量为2Q，则该交流电压的最大值是()A ．110 VB ．110 VC ．220 VD ．220 V解析 设电热器的电阻为R.当电热器接在U ＝110 V 的直流电源上时，Q ＝ t当电热器改接到交流电源上时，2Q ＝2m ()2U R t两式相比，得＝2U ＝220 V.故选C.答案C1．(交流电的理解)关于交变电流与直流电流的说法中，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 ．直流电流的大小可以变化，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 ．交变电流的最大特征就是电流的方向发生周期性变化答案2．(正弦交流电的规律)某交变电流电压的表达式为u ＝220 (100πt) V ，关于这个交变电流的下列说法中正确的是( )A ．频率为100B ．电压的有效值为220 VC ．电压的峰值为311 VD ．周期为0.05 s答案解析 由表达式可直接求出电压的峰值＝220 V≈311 V ，有效值＝＝220 V ，故B 、C 选项正确；因ω＝100π ，故交变电流的周期T ＝＝0.02 s ，频率f ＝＝ ＝50 ，故A 、D 选项错误．3．(交流电的有效值)如图6所示为一交变电流的电流随时间变化的图象，此交变电流的有效值是()图6A ．5 AB ．5 AC ．3.5 AD ．3.5 A答案 B解析 使此交变电流通过电阻R ，在一个周期内产生的热量为Q 交＝R·＋R·＝(＋)R·，式中I1＝4 A ，I2＝3 A ，T ＝0.02 s.设另一直流电流I ，则通过相同的电阻R 在相同时间(T ＝0.02 s)内产生的热量为：Q 直＝I2. 根据有效值的定义，由Q 直＝Q 交，即I2＝(＋)R·得I ＝ ＝ A ＝5 A.这个直流电流就称为此交变电流的有效值．4．(电容器对交流电的影响)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7所示电路中的电路图(填“a”或“b”)．其中的电容器叫(填“溶波电容器”或“隔直电容器”)，它的作用是．图7答案b隔直电容器隔直流、通交流。

吉林一中物理学科导学案（交流电）（电能的输送）【预习案】通过本节学习，主要学习以下问题：1．降低输电损耗的两个途径：减小线路电阻和减小输电电流。

减小输电电流是最有效的途径。

远距离输电线路上，P损=I2r=rU2损，其中（I=UP总）。

采用高压输电可以达到减小输电电流的目的。

2．电网供电的优点【练习案】1.关于电能输送的以下分析，正确的是 ( )A.由公式P=U2/R得出，输电电压越高，输电导线上的功率损失越大B.由公式P=U2/R得出，输电导线的电阻越大，功率损失越小C.由公式P=I2R得出，输出电流越大，输电导线上的功率损失越大D.由公式P=IU得出，输出导线上的功率损失与电流成正比2.远距离输送交流电都采用高压输电.我国正在研究用比330kV高得多的电压进行输电，采用高压输电的优点是( )A.可节省输电线的材料B.可根据需要调节交流电的频率C.可减少输电线上的能量损失D.可加快输电的速度3.由甲地向乙地输电，输送的电功率一定，输电线的材料一定。

设输电电压为U，输电电线横截面积为S，输电线因发热损失的电功率为P，那么（）A.若U一定，则P与S成反比B.若U一定，则P与S2成反比C.若S一定，则P与U2成反比D.若S一定，则P与U成反比4.发电站需向远距离负载供电，若发电机输出电压U=230V，输出功率P1=2.3×105W，负载额定电压U1=220V，输电线总电阻R=1 要求输电线损失功率为1.0×104W 求供电线路升压变压器及降压变压器的匝数比？5.某小型水电站发电机输出的电功率为100 kW，输出电压 250 V，现准备向远处输电，所用输电线的总电阻为8 Ω，要求输电时在输电线上损失的电功率不超过输送电功率的5%，用户获得220 V电压.求应选用匝数比为多大的升压变压器和降压变压器？（理想变压器）6.有一内阻为1Ω的发电机，供给一个学校用电，升压变压器的匝数比为1﹕4，降压变压器的匝数比为4﹕1，输电线的总电阻R＝4Ω。

吉林一中物理学科导学案（交流电）（电感和电容对交变电流的影响）【预习案】本节课主要学习了以下几个问题：1．由于电感线圈中通过交变电流时产生自感电动势，阻碍电流变化，对交变电流有阻碍作用.电感对交变电流阻碍作用大小用感抗来表示.线圈自感系数越大，交变电流的频率越高，感抗越大，即线圈有“通直流、阻交流”或“通低频，阻高频”特征.2．交变电流“通过”电容器过程，就是电容器充放电过程.由于电容器极板上积累电荷反抗自由电荷做定向移动，电容器对交变电流有阻碍作用.用容抗表示阻碍作用的大小.电容器的电容越大，交流的频率越高，容抗越小.故电容器在电路中有“通交流、隔直流”或“通高频、阻低频”特征。

【练习案】1.如图所示电路中，L 为电感线圈，R 为灯泡，电流表内阻为零。

电压表内阻无限大，交流电源的电压u =2202sin10πt V 。

若保持电压的有效值不变，只将电源频率改为25Hz ，下列说法中正确的是 （ ） A ．电流表示数增大B ．电压表示数减小C ．灯泡变暗D ．灯泡变亮2.如图所示，平行板电容器与灯泡串联后接在交变电源上，灯泡正常发光，则（ ）A.将介质板插入电容器中，灯泡将变暗B.增大交变电流的频率，灯泡将变暗C.把电容器极板间距拉开一些，灯泡将变暗D.把电容器两极板错开一些，灯泡将变暗3.两个相同的白炽灯L 1和L 2，接到如图所示的电路中，灯L 1与电容器串联，灯L 2与电感线圈串联，当a 、b 处接电压最大值为U m 、频率为f 的正弦交流电源时，两灯都发光，且亮度相同，更换一个新的正弦交流电源后，灯L 1的亮度大于灯L 2的亮度，新电源的电压最大值和频率可能是（ ）A.最大值仍为U m ，而频率大于fB.最大值仍为U m ，而频率小于fC.最大值大于U m ，而频率仍为fD.最大值小于U m ，而频率仍为fu L A R V4.在收音机线路中，经天线接收下来的电信号既有高频成份，又有低频成份，经放大后送到下一级，需要把低频成份和高频成份分开，只让低频成份输送到再下一级，我们可以采用如图所示电路，其中a、b应选择的元件是（）A.a是电容较大的电容器，b是低频扼流圈B.a是电容较大的电容器，b是高频扼流圈C.a是电容较小的电容器，b是低频扼流圈D.a是电容较小的电容器，b是高频扼流圈电感和电容对交变电流的影响答案1、C2、D3、A4、D。

交变电流的描述学案【学习目标】1、知道有效值的概念并能计算正弦交流电和非正弦交流电的有效值；2、掌握交流电的四值（最大值、瞬时值、有效值、平均值）的计算；3、经过了解交变电流的产生和变化规律的学习，进一步加深对交变电流的了解。

【重点难点】1、交流电的四值（最大值、瞬时值、有效值、平均值）2、对非正弦式交变电流的有效值的计算[预习案]1先通读教材，完成助读，熟记并理解基本知识，再完成检测；2独立完成，用时20分钟一、教材助读1、表征交变电流的物理量（1）、写出正弦式交变电流电动势的最大值、瞬时值、有效值以及平均值表达式？（2）、对于正弦式交变电流其有效值与最大值得关系是：，是不是对一切交变电流都是如此？2、表征交变电流变化快慢的物理量有哪些？并写出它们间的关系式二、预习自测1、某交变电流的方向在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 Hz D．f＝50 Hz 2、一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，产生的交变电动势的图象如图所示，则()A．交变电流的频率是4π HzB．当t＝0时，线圈平面与磁感线垂直C．当t＝π s时，e有最大值D．交流电的周期是2πs3、如图是一个正弦式交变电流的图象，下列说法正确的是()A．周期是0.2 s，电流的峰值是10 AB．周期是0.15 s，电流的峰值是10 AC．频率是5 Hz，电流的有效值是10 AD．频率是0.2 Hz，电流的有效值是7.07 A[探究案] ---- 合作学习：讨论、展示、点评、大胆质疑、共同探究（分组实验）探究点一交变电流的有效值问题1 小组内共同解决P35页的思考与讨论的问题1、通过一个R＝1Ω的电阻的电流i随时间变化的曲线。

这个电流不是恒定电流。

（1）怎样计算通过t＝1s内电阻R中产生的热量？（2）如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通过这个电阻R，也能在1s内产生同样的热，这个电流是多大？2、交流电的有效值概念：_____________________________________________________3、对于正弦式交变电流其有效值与最大值得关系：针对训练：1、如图所示为一交变电流的图象，则该交变电流的有效值为多大？2、某一交流电的电压波形如图6所示，求这一交流电的电压有效值U.探究点二交变电流的四值问题2 峰值、有效值和平均值有什么区别？在我们经常遇到的问题中，那些地方应用有效值？那些地方应用最大值？那些地方应用平均值？针对训练：3、某交变电压随时间的变化规律如图3所示，则此交变电流的频率为________Hz.线圈转动的角速度是________rad/s.若将此电压加在10 μF的电容器上，则电容器的耐压值不应小于________V.4、如图所示，矩形线圈的匝数为n，线圈面积为S，线圈电阻为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：(1)通过电阻R的电荷量q.(2)电阻R上产生的焦耳热Q.⑶此电压表的示数是多少？探究点三正弦式交变电流的公式和图像问题3 试写出课本56页图3.2-3图像的函数表达式[归纳总结][反馈测评]1、一个矩形线圈在匀强磁场中转动，产生的感应电动势按正弦规律变化，其瞬时值的表达式为e=220sin100πt V，下列说法中正确的是：( )A．频率是50Hz B．.当t=0时，线圈平面与中性面重合C．当t=1/100 s时，e的值最大，为220V D．线圈转动的角速度为314rad/s2、下列数据中不属于交变电流有效值的是（）A.交流电表的示数B.灯泡的额定电压C.电容器的耐压值D.保险丝的额定电流3、一个接在直流电源上的电热器所消耗的电功率为P1，若把它接到电压最大值与直流电压相等的正弦式交流电源上，该电热器所消耗的电功率为P2，则P1：P2为：( )A.2：1B.1：2C.1：1D.1：4、一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，周期为T。

交变电流1．知道交变电流和直流的概念。

2．理解交变电流的产生过程，会分析电动势和电流方向的变化规律。

3．知道交变电流的变化规律及表示方法，知道交变电流的瞬时值、峰值的物理含义。

知道中性面的物理特点。

知识点一交变电流[情境导学]手电筒中干电池能给小灯泡提供电流，家用日光灯工作时也有电流通过，这两种电流除大小不同外，还有何区别？提示：手电筒中的电流为恒定电流；日光灯中的电流为交变电流。

[知识梳理]1．恒定电流大小和方向都不随时间变化的电流。

2．直流方向不随时间变化的电流。

3．交变电流大小和方向都随时间做周期性变化的电流，简称交流。

4．交变电流的图像(1)波形图：电压或电流随时间变化的图像。

(2)观察方法：用示波器或电压传感器观察。

5．日常使用的各种充电器能把交变电流变成低压直流。

[初试小题]1．判断正误。

(1)方向不随时间变化的电流是恒定电流。

(×)(2)大小不变的电流一定是直流。

(×)(3)方向周期性变化、大小不变的电流是交变电流。

(√)2．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。

知识点二交变电流的产生和变化规律[情境导学]假定线圈沿逆时针方向匀速转动，如图所示。

我们考虑下面几个问题。

(1)在线圈由甲图转到乙图所示位置的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？(2)在线圈由丙图转到丁图所示位置的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？提示：(1)线圈由甲到乙，磁通量减少，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，电流方向D→C→B→A。

(2)线圈由丙到丁，磁通量减少，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，电流方向A→B→C→D。

[知识梳理]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。

交变电流的描述1．知道描述交变电流的峰值、瞬时值、平均值、周期、频率等物理量，并理解这些物理量的意义。

知道交变电流的周期、频率、角速度三者间的关系。

2．理解交变电流有效值的含义，会根据有效值的定义求交变电流的有效值。

3．会用正弦式交变电流的公式和图像解决周期、频率、峰值、瞬时值和有效值的相关问题。

知识点一周期和频率[情境导学]右图为线框在磁场中转动产生交变电流的示意图。

图中电流表指针左、右摇摆说明了什么问题？提示：说明了线框在磁场中转动产生的交变电流具有周期性。

[知识梳理]1．周期交变电流完成一次周期性变化所需的时间，叫作交变电流的周期，通常用T表示，单位是秒。

2．频率交变电流完成周期性变化的次数与所用时间之比，叫作交变电流的频率，通常用f表示，单位是赫兹。

3．角速度ω(1)定义：产生交变电流的线圈单位时间内转过的角度。

(2)单位：弧度每秒(rad/s)。

(3)意义：角速度越大，则交变电流变化越快。

4．周期(T)、频率(f)及角速度(ω)之间的关系(1)周期和频率之间的关系为T ＝1f 或f ＝1T。

(2)角速度与周期、频率之间的关系为ω＝2πT＝2πf 。

5．转速n(1)定义：产生交变电流的线圈单位时间内转过的圈数。

(2)单位：转每秒(r/s)。

(3)意义：转速越大，交变电流变化越快。

6．我国民用交变电流的周期和频率 (1)周期：T ＝0.02 s 。

(2)频率：f ＝50 Hz 。

[初试小题] 1．判断正误。

(1)各国交变电流的周期都是0.02 s 。

(×)(2)若交变电流是线圈在匀强磁场中匀速转动形成的，则交变电流的周期也是线圈做圆周运动的周期。

(√)(3)我国提供市电的发电机转子的转速为3 000 r/min 。

(√) (4)交变电流的周期越大，交变电流变化就越快。

(×)2．[多选]一矩形线圈在匀强磁场中以角速度4π rad/s 匀速转动，产生的交变电动势的图像如图所示，则( )A ．交变电流的频率是4π HzB ．当t ＝0时，线圈平面与磁感线垂直C ．当t ＝0.5 s 时，e 有最大值D ．交变电流的周期是0.5 s解析：选BD 由ω＝2πf 得交变电流的频率f ＝2 Hz ，所以周期为0.5 s ，A 错误，D 正确；当t ＝0时，电动势最小，穿过线圈的磁通量最大，线圈平面与磁感线垂直，B 正确；当t ＝0.5 s 时，线圈转动一周，e 为零，所以C 错误。

第一节交变电流制作许童钰审核陈艳梅【目标导读】1．理解交变电流的产生原理及变化规律；2．理解描述交变电流几个物理量以及它们之间的关系；【重点难点】交变电流的产生原理、变化规律及物理量间的关系【预习梳理】一交变电流的定义及产生1．定义：大小和方向随时间作周期性变化的电流，叫做交变电流，简称交流．说明：方向随时间周期性变化是交变电流的最重要的特征．如图中ABC 均为交变电流，而 D 就不是交变电流．2．正弦式电流〔1〕定义：随时间按正弦规律变化的电流叫做正弦式电流．说明：①在我国工农业生产及生活中使用的交变电流都是正弦式电流，但并非只有按正弦规律变化的电流才叫交变电流．②正弦式交变电流的图象是正弦曲线〔2〕正弦式电流产生：当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴做匀速转动时，线圈中就产生正弦式电流．产生原理：电磁感应，闭合电路中磁通量发生变化。

例以下图中只有A图中能产生交变电流。

〔3〕正弦式电流的规律：假定线圈从跟磁感线垂直的平面〔也叫中性面〕开始转动，那么产生的交变电流的瞬时值表达式为i＝I m sinωt；电动势瞬时值的表达式为；电压瞬时值表达式其中为电动势的最大值。

二、中性面1．定义：与磁感线垂直的平面叫做中性面．2．中性面特点：〔1〕穿过线圈的磁通量Φ最大；〔2〕磁通量的变化率最小，为零；〔3〕电动势e及电流I均为0；〔4〕线圈经此位置电流方向发生改变．说明：除中性面之外，在交流电产生过程中还有一个特殊位置，那就是与磁感线平行的平面〔或叫与中性面垂直的平面〕．该平面的特点：〔1〕穿过线圈的磁通量最小〔Φ＝0〕；〔2〕磁通量的变化率最大；【考点点击】一交变电流的产生过程【例1A】如以下图所示，能够产生交变电流的情况是()【例1B】如下图，矩形线框置于竖直向下的磁场中，通过导线与灵敏电流表相连，线框在磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动，图中线框平面处于竖直面内．下述说法正确的选项是()．A．因为线框中产生的是交变电流，所以电流表示数始终为零B．线框通过图中位置瞬间，穿过线框的磁通量最大C．线框通过图中位置瞬间，通过电流表的电流瞬时值为零D．假设使线框转动的角速度增大一倍，那么通过电流表电流的最大值也增大一倍【变式1A】如下图，在匀强磁场中有一个矩形单匝线圈ABCD，AB边与磁场垂直，MN边始终与金属滑环K相连，PQ 边始终与金属滑环L相连。