正弦交流电基本概念.doc

正弦交流电基本概念教学目的要求：1、了解正弦交流电路的组成特点；2、掌握正弦量频率、初相、幅值三要素；教学重点：正确理解交流电的三要素：初相位、频率、幅值教学难点：正确理解交流电初相位的概念教学分析：本次课主要是让学生对正弦交流电有一个初步的认识，掌握描述正弦交流电的三个要素。由于大多数学生是初次接触这部分内容，所以采用先通过试验观察直流电、交流电的波形，使学生对频率、相位、幅值等情况先从示波器上获得直观上的认识，在此基础上再从理论上进行系统全面的讲述正弦量的特点及三要素的具体描述方法。通过实际观察和理论讲解两方面结合来达成本次课的教学目的。教学过程：交流电作为能源的一种，得到广泛应用,正弦交流电容易产生，并能用变压器改变电压，便于输送和使用,且交流电机结构简单、工作可靠、经济性好。一、 提问：1、电的种类大致分为哪三种？日常家庭用电最多是哪一种电？注： (a)直流电 (b)交流电 (c)脉冲电电流波形图正弦交流电：凡是随时间按正弦规律变化的电压、电流或电动势都叫做正弦交流电。2、直流电和交流电有什么区别呢？（提问引起学生的注意，增加其好奇心） 那么交流电究竟是一种什么形式的电呢？它与直流电有些什么区别？由那些物理量来描述？下面我们先通过两个电路来观察直流电与交流电的区别，以及对交流电的特性做细致的分析。二、试验操作： 1、 课内试验项目1：观察用直流电源供电的白炽灯两端电压波形提示注意事项，并重点讲解本次双踪示波器要用到的使用方法。做好电路图的连接示范，按照试验操作单对项目1进行连接测试并作好记录。 2、课内试验项目2：白炽灯的调光实验同课内试验项目1的程序。按照试验操作单对项目2进行连接测试，并作好记录。2、 对操作结果进行分析：（1）先提问12人：直流电和交流电在波形上有什么区别？正弦交流电有什么特点？三、分析 首先从试验项目1所得到的电压波形上看，其电压值不随时间而变化，是一条与横轴平行的直线。不随时间变化，这就是直流电的特征。那么交流电呢？我们接下去看试验项目2的波形。我们可以发现：其电压的波形是正弦波，其大小和方向都是不断地随时间变化的，而且是周期性的变化。大小和方向随时间变化这就是交流电最显著的特征，也是和直流电最根本的区别。再来分析一下所记录的电压数值，我们会发现电路的端电压不等于各分电压之和，即UU1+U2，而是UU1+U2。这与直流电路显然不同。因此，注意在进行交流电路计算时不能照搬直流电路的计算方法。为什么会出现这种情况呢？（提问12人）是因为电路中出现了电感性与电容性负载，这类负载都属于储能元件。接下去再比较灯泡和电感上的电压波形，看他们的波形起点有没有不同？（提问12人）从他们的波形上可以看出， 电感上的电压波形比灯泡上的电压波形超前了将近90度。由此可以看出，当同一个电流流过不同类型的负载时，负载上电压波形在时间轴上的起始点是不同的，存在一定的差值，这个差值我们称为相位差，是交流电的一个十分重要的特征。l 确切描述：相位差：交流电路中，经常要进行两个同频率正弦量的相位比较，两个同频率的正弦量的相位之差称为相位差，用j表示。如电压、电流相位比较a . 若j=0，表明yu=yi，则u与i同时到达正（或负）最大值，也同时达到零，我们称它们是同相位，简称同相b . 若j=180，则称它们的相位相反，简称反相c . 若j0，表明yuyi，则u滞后于i（或i超前于u）一个相位角j两正弦量同相位和反相位波形相关概念：相位：在正弦交流电表达式中， 是正弦交流电随时间变化的（电）角度称为该正弦交流电的相位角，简称相位。它是表示正弦交流电的物理量，单位是rad（弧度）。初相：t=0时的相位角称为初相，它反映了对一个正弦量所取的计时起点。同时我们在示波器上可以看到波形重复出现，我们将出现一个完整波形所需时间称为周期。l 确切描述：周期：正弦量变化一周所需时间为周期，用T表示单位为（s）。l 相关概念：频率：正弦量在1s内变化的周期数为频率，用f表示单位频率（Hz） f=1/T . .角频率：正弦交流电变化一个周期相当于正弦函数变化2弧度，所以正弦量变化的快慢也可用角频率表示。它指的是正弦量变化的快慢也可用角频率表示，单位：rad/s。=2/T=2f.（2）从波形上任意时刻都对应一个不同的数值，我们称为瞬时值。瞬时值中的最大数值，称为最大值（幅值）。确切描述：根据试验波形，正弦交流电我们可以用正弦函数表达式表示为：瞬时值：i描述的是任一瞬间的电流值，称为瞬时值，以小写字母表示。最大值：Im交流电流瞬时中的最大数值，称为最大值（幅值），以大写字母带下标m(max)表示。（不能反映交流电做功的能力，于是引入有效值的概念。）相关概念：有效值：如果交流电和直流电分别通过同一电阻，两者在相同时间内消耗的电能相等，即产生的热量相等时，则此直流电的数值就叫做交流电的有效值。理论和实验均可证明，正弦交流电压、电流、电动势的有效值与最大值之间的关系为： 从以上的分析可以看出，交流电不同于直流电。它的大小和方向是随时间不断变化的，而且同一电流流过不同类型的负载时，负载上电压会不同，有相位差，并且其计算不同于直流电。我们可以得出正弦量的特征表现在变化的快慢、数值的大小及时间上的先后三个方面，他们分别有频率（或周期）、幅值（或有效值）或初相来确定。所以正弦量的三要素指的就是频率、幅值和初相。四、归纳1、 正弦交流电的周期、频率、角频率概念。描述正弦量变化快慢的量有周期、频率和角频率。频率、周期、角频率三个量都说明正弦交流电变化快慢的同一物理实质的。2、瞬时值、最大值、有效值 描述正弦量“大小”的量有瞬时值、最大值、有效值。理论和实验均可证明，正弦交流电压、电流、电动势的有效值与最大值之间的关系为： 3、 正弦交流电的相位、初相和相位差描述正弦量在时间轴上“先后”的量有相位、初相和相位差。举例例1：某正弦电压的有效值U=220V，初相yu=30；某正弦电流的有效值I=10A，初相yi=-60。它们的频率均为50Hz。试分别写出电压和电流的瞬时值表达式，并画出它们的波形。电压