第五章交变电流

1、临泉实验中学高二年级统一教案 物理学科5.1 交变电流【教学目标】（一）知识与技能1使学生理解交变电流的产生原理，知道什么是中性面。2掌握交变电流的变化规律及表示方法。3理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准确含义。（二）过程与方法1掌握描述物理量的三种基本方法（文字法、公式法、图象法）。2培养学生观察能力，空间想象能力以及将立体图转化为平面图形的能力。3.培养学生运用数学知识解决物理问题的能力。（三）情感、态度与价值观通过实验观察，激发学习兴趣，培养良好的学习习惯，体会运用数学知识解决物理问题的重要性【教学重点】交变电流产生的物理过程分析【教学难点】交变电流的变化规律及应用【教学方法】启发

2、 引导 讲授 【教学用具】发动机模型【教学过程】（一）引入新课（二）新课教学1.交变电流恒定电流：大小和方向都不随时间而改变的电流。 交变电流：方向随时间周期性变化的电流。与直流电相比，交流电有许多优点，如：可以利用变压器升高或降低电压，利于长途传输；可以驱动结构简单，运行可靠的感应电动机。2.交变电流的产生演示实验：手摇发电机使小灯泡发亮 课件观察交变电流的产生。BS，最大，各边不切割磁感应线，无感应电流中性面BS，=0，垂直切割，感应电流最大BS，=0，a（b）d（c）垂直切割，感应电流最大BS，最大，各边不切割磁感应线，无感应电流中性面结论：（1）线圈转动过程中电流的大小做周期性变化，中

3、性面位置（BS）最小，与中性面垂直的位置（BS）最大。（2）线圈每经中性面一次，感应电流方向改变一次，线圈转动一周，感应电流方向改变两次。3.交变电流的变化规律设线圈从中性面以角速度开始转动，经时间t，线圈转过=t，此时V与B夹角也为，令ab=dc=L，ad=bc=L，则线圈面积S=LL。此时，ab与dc边产生的电动势大小均为BLVSint，整个线圈中产生的瞬时电动势大小为：e=2BLVSint，又V=，有： 令Em=BS有：（Em为最大值）若电路总电阻为R，则瞬时电流为：同理可得电路的某段电压的瞬时值。结论：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，产生的感应电流是按正弦规律变化的，这种

4、交变电流叫正弦交流电。4.交变电流的图象（1）正弦交流电图象（可用示波器观察到）（2）几种常见的交变电流波形5.例题（1）、有人说，线圈平面转到中性面的瞬间穿过线圈磁通量最大，因而线圈中感应电动势最大；线圈平面与中性面垂直的瞬间，穿过线圈中磁通量为零，因而线圈中感应电动势为零，这种说法对不对？为什么？解析：这种说法不对。在中性面时，各边都不切割磁感线，电动势为0，在与中性面垂直的位置，线圈切割磁感线的速度最大，电动势最大。（2）、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转动，线圈中产生的感应电动势e随时间t的变化如图，则说法正确的是（ D ）At2时刻通过线圈的磁通量最大；Bt1时

5、刻通过线圈的磁通量为零；Ct3时刻通过线圈的磁通量的变化率最大；D每当电动势变换方向时，通过线圈的磁通量都为最大。（3）、边长为20cm正方形线圈绕对称轴OO在匀强磁场中匀速转动，转速为n=120r/min，磁感应强度为B=0.2T，求转动中最大感应电动势及其位置。若以图示位置为计时起点，写出电动势的瞬时表达式 e=3.2（4）、发电机的转子是匝数为100匝，边长为20cm的正方形线圈，将它置于磁感应强度B=0.05T的匀强磁场中，绕着垂直于磁场方向的轴以100rad/s的角速度转动，当线圈平面与磁场方向垂直时开始计时。线圈和外电路的总电阻R100。写出交流电流瞬时值表达式线圈从计时开始，转过

6、/3过程中通过线圈某一截面的电荷量为多少？在中性面时，转过/3 时，通过导体截面的电荷量6.练习（1）、某交流发电机正常工作时，电动势E=Emsint，当磁感应强度增大到原来的2倍，转速变为原来的1/3，其它条件不变时，感应电动势的表达式为（2）、对于如图所示的电流i随时间t作周期性变化的图象，下列说法中正确的是（ AC ）A、电流大小变化，方向不变，是直流电B、电流大小、方向都变化，是交流电C、电流最大值为0.2A，周期为0.01sD、电流大小变化，方向不变，不是直流电，是交流电（3）、面积为S的矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中，从中性面起以角速度匀速转动，在t时刻线圈磁通量的瞬时值为（

7、 B ）A、BSB、BScostC、BSsintD、BS/sint（4）、如图所示，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁感线的轴匀速转动，已知线圈在转动中产生的感应电动势最大值为 (V)，转动的角速度为(rad/s)。若线圈转到图示位置开始计时，那么下列四个式子中正确表达了该线圈上产生的电动势e随时间变化的函数式是（ BC ）A、e=sint B、e=costC、e=sin(t+/2) D、e=cos(t+/2)【课堂小结】：本节需要掌握的有交变电流的含义， 明确两个特殊位置：中性面以及与之处置的平面，会写交变电流瞬时值的表达式，知道磁通量 的变化与感应电流变化的关系。【布置作业】：完成问题与练习【板

8、书设计】：5.1交变电流的产生一、交变电流二、交变电流的产生三、交变电流的规律四、交变电流的图像【教学反思】：5.2描述交变电流的物理量【教学目标】1、知识与技能（1）.知道交变电流的周期和频率，以及它们与转子角速度的关系。（2）.知道交变电流和电压的最大值、瞬时值、有效值等及其关系。（3）.知道我国供电线路交变电流的周期和频率。2、过程与方法（1）.用等效的方法得出描述交变电流的有效值。（2）.学会观察实验，分析图象，由感性认识到理性认识的思维方式。3、情感态度与价值观（1）.通过对描述交变电流的物理量的学习，体会描述复杂事物的复杂性，树立科学、严谨的学习和认识事物的态度。（2）.联系日常生

9、活中的交变电流知识，培养学生将物理知识应用于生活和生产实际的意识，鼓励学生勇于探究与日常生活有关的物理学问题。【教学重点】周期、频率的概念，有效值的概念和计算【教学重点】有效值的概念和计算【教学用具】多媒体教学课件、小灯泡、手摇交流发电机模型、多媒体投影仪【教学方法】诱思探究教学法【教学过程】、引入上节课我们研究了矩形线圈在匀强磁场中转动，线圈中会产生正弦交流电。 师问 如何描述线圈中交变电流的变化规律呢?生答 、公式法：从中性面开始计时， 、图象法： 如图所示师问 试确定时刻，图象坐标与线圈转动位置的对应关系？生答 线圈转过的角度分别为：0、 。教师指出 线圈转动一整圈，交变电流就完成一个周

10、期性变化。这说明，线圈转动速度越快，交变电流周期性变化的越快。交变电流与恒定电流比较具有不同的特点，用那些量来描述交变电流呢？、揭示与强化首先考虑用什么物理量来描述交变电流变化的快慢呢？1、交变电流的周期和频率。交变电流跟别的周期性过程一样，是用周期或频率来表示变化快慢的。（1）周期：我们把交变电流完成一次周期性变化所需的时间，叫做交变电流的周期。周期用T表示，单位是s。（2）频率：交变电流在1s内完成周期性变化的次数，叫做交变电流的频率。频率用f表示，单位是Hz。（3）周期和频率的关系是：说明 我国工农业生产和日常生活中用的交变电流周期是0.02S，频率是50Hz，电流方向每秒钟改变100次

11、。 交变电流的周期和频率跟发电机转子的角速度有关。越大，周期越短、频率越高。演示实验 把小灯泡接在手摇交流发电机模型的输出端。当转子的转速由小增大时，我们看到，小灯泡发光的闪烁频率也由小增大，当转子的转速大到一定程度，由于交变电流的大小和方向变化太快，由于人眼存在视觉暂留的缘故，所以眼睛已不能分辨灯光的闪烁。这就是为什么照明电是交变电流，而电灯亮时看不见一闪一闪的原因。、交变电流的峰值和有效值 （1）交变电流峰值（Im、Em、Um）：指交变电流各个参量一个周期内所能达到的最大值。表示交变电流的强弱或电压的高低。实际中需要考虑。例如：电容器接在交流电路中，应需要知道交变电压的最大值，电容器的额定

12、电压应高于交变电压的最大值，否则电容器有可能被击穿。（2）交变电流有效值（I、E、U）：思考与讨论 如图所示的电流通过一个R=1的电阻，它不是恒定电流。(a)、怎样计算通电1s内电阻R中产生的热量?解析：图象反映的交变电流可以分为4段。前半个周期中，00.2S内，可看成电流大小为1A的恒定电流，0.2S0.5S内，可看成电流大小为2A的恒定电流.后半个周期的电流与前半个周期方向相反，但产生热量相同。则交流电的热量：（b）如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通过电阻R，也能在1s内产生同样的热，这个电流是多大? 恒定电流的热量： 教师指出 1） 有效值：（抓三个相同）让交流与恒定电流通过相同的电

13、阻，如果它们在一个周期内内产生的热量相等，把恒定电流的值叫做这个交变电流的有效值。2） 正弦交流电有效值与最大值之间的关系说明 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指有效值。交变电流的有效值是根据电流的热效应来规定的。引入有效值的的概念便于把处理恒定电流的一些方法拓展到交流电中。、延伸例1、试写出我国生活用电的规律表达式？学生 V 解析 生活用电的有效值U=220V，频率f=50Hz，所以V，Hz。又表达式可得 。 例2 、如图表示一交流的电流随时间变化的图像,求该电流的有效值?学生板演做题步骤，教师点评解析：交

14、变电流一个周期内产生的热量恒定电流的热量： 由有效值定义知： 解得： A例3、图中两交变电流通过相同的电阻R。求：（1）分别写出它们的有效值、周期和频率。（2）计算它们在R上产生的功率之比。（2）P甲:P乙I12R:I22R（I1I2）21:2【课堂小结】1.周期或频率：表示交变电流变化的快慢。2.有效值：表示交变电流的热效应。3.正弦交变电流有效值与最大值存在着一定的关系。【布置作业】.完成课后习题 第4题【板书设计】、交变电流的周期和频率（1）周期：（2）频率：（3）周期和频率的关系：、交变电流的峰值和有效值（1）交变电流峰值（Im、Em、Um）：（2）交变电流有效值（I、E、U）：有效值

15、：正弦交流电有效值与最大值的关系【教学反思】在这节课之前，学生已经学习圆周运动知识时，学生对周期性变化规律已经有了初步的认识，应充分利用已有的知识基础，另外，他们对交变电流的周期、频率、角频率（线圈转动的角速度）与匀速圆周运动相关物理量的联系也有了一定的了解。但是，对交变电流的“四值”的物理意义容易混淆，“四值”的应用更容易张冠李戴。应让学生通过定义细致区分其物理意义上的差别，通过实例辨析其适用范围。5.3 电感和电容对交变电流的影响【教学目标】知识与技能（1）了解电感器和电容器对交变电流的导通和阻碍作用。（2）定性了解电感器和电容器对交变电流阻碍作用的大小与什么因素有关。过程与方法（1）通过

16、探究实验，尝试应用科学的方法研究物理问题，认识物理实验在物理学发展过程中的作用。（2）通过探究感抗和容抗的大小由哪些因素有关，获得实验探究过程的体验，培养学生分析、解决问题的能力。情感、态度与价值观（1）通过实验的互动过程，诱发对探究物理规律的兴趣。（2）合作学习过程中，培养学生主动与他人合作的精神，具有团队精神；通过真实记录观察到的现象，体验实事求是的科学态度。【教学重点】电感和电容对交变电流的影响。【教学难点】容抗和感抗的大小和哪些因素有关。交流低压电源（0-30V），信号发生器（可以产生频率不同的低压交流电），示波器，小灯泡（63V），电容器（01?F，100?F，470?F，630?F

17、，1000?F），电感器（47?H，15mH，25mH，47mH），微安表，滑动变阻器，电键，导线若干，课件。【教学过程】引入新课首先我们来回顾一下：什么是电容器？电容器：任何两个彼此绝缘且相隔很近的导体构成一个电容器。如果将电容器接入直流电路中，电路中有没有电流？（没有，因为电容器中间是绝缘的。）看图问：请同学们观察一个如图所示实验，当电键闭合后，出现什么现象？ 学生电键闭合后，A2立刻亮，A1缓慢亮，因为线圈会阻碍A1电流的变化。为什么会有阻碍电流变化的现象呢？因为电感器会产生一个阻碍导体中原电流变化的自感电动势，今天，我们就来研究电感和电容对交变电流的影响。新课讲授对比实验现在我们有三个

18、小灯泡，让它们并联接入交流电路中，可以观察到三个灯泡的亮度相同，说明这是三个相同的灯泡。现在我们在其中的一个支路中串联一个电容，在另一个支路中串联一个电感。再将它们接入直流电路中。会有什么现象？现象：没有串联任何东西的灯泡马上变亮，串联电容器的灯泡不亮，串联电感线圈的慢一点亮。说明：（电容器不通直流）电容隔直流，电感通直流。再将它们接入交流电路中。会有什么现象？现象：没有串联任何东西的灯泡马上变亮，串联电容器的灯泡和串联电感线圈的灯泡都亮，不过亮度比没有串联任何东西的灯泡暗些。为什么串联了电容器的电路都亮了呢？我们先来看看这幅电路图。将电键往上打，我们会发现电流表会动一下，原因是电源往电容器充

19、电，将电键往下打，我们会发现电流表也会动一下，原因是电容器放电，若想电路中有持续的电流，则要求电容器不断地充放电。这也就是为什么串联了电容器的电路都亮了，并不是真有电流通过电容器，而是电容器在不断地充放电。串联电容器的灯泡和串联电感线圈的灯泡比没有串联任何东西的灯泡暗些又说明什么？（说明电容和电感对交流电有阻碍的作用。说明：电容通交流，电感阻交流。我们把电感对交变电流的阻碍作用的大小用感抗来表示。而对电容对交变电流的阻碍作用的大小用容抗来表示。板书：感抗：电感对交变电流有阻碍作用，阻碍作用的大小用感抗来表示。容抗：电容对交变电流有阻碍作用，阻碍作用的大小用容抗来表示。【猜想】感抗和容抗的大小和

20、什么因素有关呢？各小组进行猜想？回答：感抗与自感系数和交变电流的频率有关，原因是自感电动势与自感系数和电流的变化快慢有关，在交变电流里是用频率表示电流变化的快慢的。容抗与感抗类似，所以猜想容抗与电容和交变电流的频率有关。【实验验证】将全班分为4大组，分配探究任务：1探究自感系数对感抗大小的影响。2探究电容对感抗大小的影响。3探究交流电的频率对感抗大小的影响。4探究交流电的频率对容抗大小的影响。提供的器材：交流低压电源，信号发生器（可以产生频率不同电压相同的低压交流电）、小灯泡、电容器、电感器、多用电表，电键，导线若干。【交流评估】学生分析实验现象，得出结论，各组选派代表进行交流。教师启发学生评

21、估各组实验结果，进行总结：【探究结论】1线圈的自感系数越大、交流电的频率越高，电感对交流的阻碍作用越大，也就是说，线圈的感抗越大。2电容器的电容越大，交流电的频率越高，电容器对交流的阻碍作用越小，也就是说，电容器的容抗就越小。今天得出的这个结论只是一个定性的，粗略的结论。【巩固练习】1如图所示电路中，三只电灯的亮度相同，如果交流电的频率增大，三盏电灯的亮度将如何改变？为什么？2使用220V交流电源的电气设备和电子仪器，金属外壳和电源之间都有良好的绝缘，但是有时候用手触摸外壳仍会感到“麻手”，用试电笔测试时，氖管发光，这是为什么？ 【课堂小结】（1）知识：感抗、容抗的物理意义，影响感抗、容抗大小

22、的因素。（2）方法：通过探究实验，初步理解物理学的科学探究方法。【布置作业】1课本作业。2归纳复习本节内容。【板书设计】电感和电容对交变电流的影响一、电感对交变电流的影响1电感的特性：“通直流，阻交流”2感抗（XL）：电感对交变电流的阻碍作用的大小。单位：欧（）。3决定感抗大小的因素：电感的自感系数（L）、交流电的频率（f）L越大、f越高，XL越小 二、电容对交变电流的影响1电容器的特性：“通交流，隔直流”。2容抗（XC）：电容对交变电流的阻碍作用的大小。单位：欧（）。3决定容抗大小的因素： 电容器的电容（C）、交流电的频率（f）C越大、f越高，XC越小 【教学反思】本节课采用了发生式教学，以

23、学生为主体，让学生通过观察演示实验、讨论猜想、探究实验等方式理解决定感抗和容抗大小的因素，使学生经历了一个完整的构建知识的过程。注重方法的总结，不单让学生学到知识，更重要的是学会学习的方法。本节还有一部分关于电感“通低频，阻高频”，电容器“通高频，阻低频”的知识，可在习题课上利用例题引入讲解。5.4变压器【教学目标】知识与技能1了解变压器的构造及工作原理。2掌握理想变压器的电压、电流与匝数间关系。3掌握理想变压器工作规律并能运用解决实际问题。过程与方法1 通过观察演示实验，培养学生物理观察能力和正确读数的习惯。2 从变压器工作规律得出过程中培养学生处理实验数据及总结概括能力。3 从理想变压器概

24、念引入使学生了解物理模型建立的基础和建立的意义。情感态度与价值观1通过原副线圈的匝数与绕线线径关系中体会物理学中的和谐、统一美。2让学生充分体会能量守恒定律的普遍性及辩证统一思想。3培养学生尊重事实，实事求是的科学精神和科学态度。【教学重点】变压器工作原理及工作规律。【教学难点】(1)理解副线圈两端的电压为交变电压。(2)推导变压器原副线圈电流与匝数关系。(3)掌握公式中各物理量所表示对象的含义。【教具准备】可拆式变压器、投影交流电流表(2只)、投影交流电压表(2只)、导线若干学生电源、小电珠(5只、2.5V，0.3A)、电键(4只)【教学过程】1引入新课在实际应用中，常常需要改变交流的电压.

25、大型发电机发出的交流，电压有几万伏，而远距离输电却需要高达几十万伏的电压。各种用电设备所需的电压也各不相同。电灯、电饭煲、洗衣机等家用电器需要220 V的电压，机床上的照明灯需要36 V的安全电压。一般半导体收音机的电源电压不超过10 V，而电视机显像管却需要10000 V以上的高电压。交流便于改变电压，以适应各种不同需要。变压器就是改变交流电压的设备。这节课我们学习变压器的有关知识。2.进行新课（一）变压器的原理思考与讨论：按上图所示连接好电路，接通电源，观察灯泡是否发光。两个线圈并没有直接接触，灯泡为什么亮了呢？这个实验说明了什么？当一个线圈中同交变电流时，变化的电流产生变化的磁场，变化的

26、磁场在另一个线圈中激起感生电场，从而产生感生电动势，灯泡中有了感应电流，故灯泡发光。实验说明，通过互感现象，电源的能量可以从一个线圈传输给另一个线圈。变压器就是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈构成的。一个线圈跟电源连接，叫原线圈（初级线圈），另一个线圈跟负载连接，叫副线圈（次级线圈）。两个线圈都是绝缘导线绕制成的。铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成。画出变压器的结构示意图和符号，如下图所示：互感现象时变压器工作的基础。在原线圈上加交变电压U1，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量。这个交变磁通量既穿过原线圈，也穿过副线圈，在原、副线圈中都要引起感应电动势。如副线圈是闭合的，在副线圈中

27、就产生交变电流，它也在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中同样引起感应电动势。副线圈两端的电压就是这样产生的。所以，两个线圈并没有直接接触，通过互感现象，副线圈也能够输出电流。变压器线圈两端的电压与匝数有何关系呢？下面我们通过实验来探究。目的：探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系器材：可拆变压器，学生电源，多用电表，导线若干实验步骤：（1）按图示电路连接电路（2）原线圈接低压交流电源6V，保持原线圈匝数n1不变，分别取副线圈匝数n2=n1，n1，2 n1，用多用电表交流电压档分别测出副线圈两端的电压，记入表格。（3）原线圈接低压交流电源6V，保持副线圈匝数n2不变，分别取原线圈匝数n1=n2

28、，n2，2 n2，用多用电表交流电压档分别测出副线圈两端的电压，记入表格。U16V实验次数123456原线圈匝数n1n1n1n1n2n2n2副线圈匝数n2n1n12 n1n2n22 n2副线圈输出电压U2结论（4）总结实验现象，得出结论。注意事项：（1）连接好电路后，同组同学分别独立检查，然后由老师确认，电路连接无误才能接通电源。（2）注意人身安全。只能用低压交流电源，电源电压不能超过12V（3）使用多用电表交流电压档测电压时，先用最大量程测试，然后再用适当的挡位进行测量。（二）电压与匝数的关系 电流通过变压器线圈是会发热，铁芯在交变磁场的作用下也会发热。所以，变压器工作时存在能量损失。没有能

29、量损失的变压器叫做理想变压器。，只适用于理想变压器。实际上变压器的工作效率都很高，在一般的计算中，可以把实际变压器视为理想变压器。理想变压器原线圈的输入功率与副线圈的输出功率有什么关系？因为理想变压器没有能量损失，所以P出=P入若理想变压器只有一个副线圈，则原副线圈中的电流I1与I2有什么关系？据P出=U2I2，P入=U1I1及P出=P入得：U2I2=U1I1则：上式是理想变压器只有一个副线圈时，原副线圈中的电流比公式。如果副线圈的电压高于原线圈的电压，这样的变压器叫升压变压器；如果副线圈的电压低于原线圈的电压，这样的变压器叫降压变压器。 升压变压器，n2n1，降压变压器，n2n1。升压变压器

30、，I2I1。在绕制升压变压器原副线圈时，副线圈导线应比原线圈导线粗一些好，还是细一些好？降压变压器呢？因为升压变压器，I2I1，所以副线圈导线要比原线圈导线粗一些。课后请大家阅读教材47页“科学漫步”，了解互感器的工作原理和应用。【课堂小结】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P输出=P输入 【布置作业】问题与联系3.4.5【板书设计】5.4变压器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

31、变压器，是理想化模型。有P输出=P输入 【教学反思】5.5电能的输送【教学目标】 知识与技能1、了解远距离输电的意义。2、理解远距离输电中的输电损耗及解决方案。3、理解远距离输电的模型并能进行计算。过程与方法培养学生的阅读和分析能力情感、态度与价值观1、 培养学生遇到问题要认真、全面分析的科学态度。2、 介绍我国远距离输电概况，激发学生建设祖国的热情。【教学重点】培养学生把物理规律应用于实际的能力和用公式分析实际问题的能力【教学难点】高压输电的道理【教学用具】多媒体课件、小黑板一块【教学过程】引入新课 讲述：前面我们学习了电磁感应现象和发电机，通过发电机我们可以大量地生产电能比如，三峡电站通过发电机把水的机械能为电能，发电功率可达271.5万千瓦，这么多的电能当然要输到用电的地方去，发电站发出的电能是怎样输送到远方的呢？今天，我们就来学习输送电能的有关知识教学探究一、让学生阅读课本，然后引导学生把导学案上“知识体系梳理”部分的空填上。1.输送电能的基本要求是 可靠、保质、经济2.设输电电流为I，输电线电阻为r,则输电线上的功率损失为.输电线上损失的电压为.据此，可以有两个途径来减少输电损失。一个途径是 减小输电线上的电阻R，另一个途径是 减小输电电流.3.远距离输电时，提高输电 电压，是减少电能