描述交变电流的物理量教学设计

1、物理选修 32 第五章交变电流第 2 节描述交变电流的物理量一、教材分析1要让学生知道，由于交变电流的电压、电流等的大小和方向都随时间作周期性变化，就需要多一些物理量来描述它不同方面的特性如：周期和频率表示交变电流周期性变化的快慢，最大值表明交变电流在变化过程中所能达到的最大数值，反映了交变电流的变化范围2交变电流的有效值表示交变电流产生的平均效果，是教学的重点，也是教学的难点首先要使学生明白引入有效值的必要： 由于交变电流的大小和方向随时间变化， 它产生的效果也随时间而变化，而实用中常常只要知道它的平均效果就可以了为此引入有效值的概念；进而让学生知道怎样衡量交变电流的平均效果， 即用与交变电

2、流有相同热效应的直流来表示交变电流的平均效果， 从而明确有效值的物理意义3要让学生知道，提到交变电流的电压、电流、电动势时，如果不加特别说明，通常指的都是交变电流的有效值，电表测量的数值，也都是有效值二、教学目标1知识与技能：（ 1）理解什么是交变电流的最大值和有效值，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。2过程与方法：能应用数学工具描述和分析处理物理问题。3情感、态度与价值观：让学生了解多种电器铭牌，介绍现代科技的突飞猛进，激发学生的学习热情。三、教学重点交变电流有效值概念四、教学难点交流电有效值概念及计算五、教学

3、策略正弦电流的有效值和最大值的关系，课本中是直接给出的，不要求加以证明但它十分有用，应要求学生记住还要让学生明确地知道，这一关系只对正弦式电流成立，对其他波形的交变电流并不成立。六、教学资源1演示器材：2课件：3音像文件：4图片资料：若干5多媒体教学设备一套七、教学过程凡在小事上对真理持轻率态度的人，在大事上也是不足信的。 爱因斯坦（美国）（一）引入新课（复习引入）交变电流的产生：矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，在线圈中产生正弦交变电流。交变电流的变化规律：方向变化规律：线圈平面每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次，线圈转动一周，感应电流的方向改变两次。大小变化规律：

4、从中性面开始计时：eNBSsintEm sint从垂直于中性面开始计时：eNBScos tEm cost今天我们来学习描述交变电流的物理量。（二）进行新课【教师活动】 1周期和频率：在手摇交流发电机中，线圈转动一周，电压、电流都完成一次周期性变化。周期： 交变电流完成一次周期性变化所需的时间，用T 表示，单位是频率： 交变电流在1s 内完成周期性变化的次数，用f 表示，单位是s。Hz 。关系： f1与频率 f 的关系：2 f线圈转动的角速度T0 02s，频率是 50Hz。在每秒钟内，电我国工农业生产和生活用的交变电流：周期是流的方向变化100 次。【教师活动】 2峰值和有效值：峰值： 交变电流

5、的最大值（I m 和 U m ）是交变电流在一个周期内所能达到的最大数值。可以用来表示交变电流的电流强弱或电压高低。有效值： 根据电流的热效应来规定：使交流和恒定电流通过相同阻值的电阻，如果它们在相同时间内产生的热量相等，就把这一恒定电流的数值叫做这个交流的有效值。有效值与峰值的关系：对于正弦式交变电流：II m0.707I mUU m0.707U m22非正弦式交变电流的有效值，需按有效值的定义计算。交流用电设备上所标的额定电压和额定电流是有效值；交流电压表和交流电流表的示数是有效值；交变电流的数值在无特别说明时都是有效值（如照明电压220V 和动力用电380V ）。计算交流电通过导体产生的

6、热量、热功率及保险丝的熔断电流时为有效值；电容器的耐压值要高于交变电压的最大值。【教师活动】 有效值与平均值的区别：有效值是根据电流的热效应规定的；平均值是交变电流的物理量（e、i 、 u ）对时间的平均值，En，求得平均电动t势就可求得平均电流I 和平均电压 U 。在计算交变电流通过导体产生热量、 热功率时只能用交变电流的有效值， 不能用平均值；在计算通过导体的电荷量时，只能用交变电流的平均值，而不能用有效值。【例 1】如图所示的是表示一交变电流通过阻值为10 的电阻 R 时随时间变化的图象，则该电流的有效值为A ，电阻 R 的热功率为W ，在一个周期内电流做功J。分析与解答：取一个周期T

7、的时间：(4 2)2R T(3 2)2R TI2RTI5A22交流电路中的电功率、电功是用电流和电流的有效值来计算的， P=I2R=52×10W=250W ， W=I 2RT=52×10×0 02J=5J电流的有效值根据电流的热效应来规定，与电流的方向无关，一般是以一个周期的时间来确定有效值的。【例 2】如图所示（a）、（ b）分别是正弦半波电压波形和正弦单向脉动电压波形，请分别求出它们的有效值。分析与解答： 若将半波交变电压加到电阻R 两端，在一个周期内产生的焦耳热是全波交变电压的1/2 ，U21(U m ) 21即2TUU mT2R2R若将单向脉动电压加到电阻

8、R 两端，因电流的热效应与电流方向无关，所以其有效值跟正弦交变电压的有效值相同，即U1 U m 。2【例 3】如图表示一交流随时间变化的图像，求此交流的有效值。分析与解答： ( 2)2R T(4)2R1T I 2RT2222I5 A【例 4】交流发电机矩形线圈的边长ab=cd=40cm ， bc=ad=20cm ，共 50 匝，VR线圈电阻 r =1 ? 。线圈在 B=02T 的匀强磁场中，绕垂直磁场方向的轴OO 以 100r/s 的转速匀速转动，外接电阻R=9? 。求： (1) 电压表读数；(2)电阻 R 上的电功率。100分析与解答：（ 1） Em=NB S=50 ×0 2

9、15;0 4×02××2V=160 VEm160I=A=8 2A2(R r )2 10U=IR=722V 108V（ 2）P=UI =722 ×82W=1152 W（三）本课小结：本节课主要学习了以下几个问题：（ 1）表征交变电流的几个物理量：周期、频率、最大值、有效值；（ 2）交流电的周期与频率的关系：T1f正弦式交流电最大值与有效值的关系：II m , UU m22（ 3）有效值和平均值的区别八、教学评价1关于交变电流的几种说法正确的是A 使用交变电流的电气设备上所标的电压电流值是指峰值B 交流电流表和交流电压表测得的值是电路中的瞬时值C跟交变电流有

10、相同热效应的直流电的值是交流的有效值D 通常照明电路的电压是220 伏，指的是峰值。2一只矩形线圈在匀强磁场中转动产生的交流电动势e 10sin4 t (V)则A 交流的频率是4 HzB 当 t 0 时线圈平面跟磁感线垂直C当 t 0 5s 时， e 有最大值D 交流的周期是0 5s3一正弦式电流的有效值为3A ，频率为50Hz ，则此交流电路的瞬时值表达式可能是：A i 3sin314t (A)B i 32 sin314t (A)C i 3sin50t (A)DI =32sin50t (A)4一根电阻丝接入100V 的电路中，在Q，同样的电阻丝接入正弦式电流路中在1min 内产生的热量为2m

11、in 内产生的热量也为 Q，则该交流电路中的电压峰值为A 1414VB100VC707VD50V5（ 08 广东卷）小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动。产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图所示，此线圈与一个构成闭合电路，不计电路的其他电阻，下列说法正确的是A 交变电流的周期为0 125B交变电流的频率为8HzR 10 的电阻C交变电流的有效值为2 AD交变电流的最大值为4A6如果把一个电容器接在日用照明220 伏电压电路中，要保证它不被击穿，它的耐压值至少为_。7一只标有 “ 220V 100W的”电炉，接入U 156sin314t(V) 的电路上问(1) 与电炉串联的交流电流表、并联的交流电压表的读数各为多大？(2) 电炉的实际功率多大。8有一电阻加在它两端的电压U 282sin100 t(V)实际消耗的电功率200W ，求通过该电阻的交变电流有效值和瞬时值。1 C2BD3、B4B5C6 311v7解：先求出 156V 的有效值 U 156 /2 110(V)，即为交流