交变电流备课范例

1、交变电流备课范例一、交变电流1.交变电流(交流):大小和方向都随时间做周期性变化的电流.2.直流电：电流方向不随时间而 改变二、交变电流的产生 矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动BS， 最大， E=0 , I=0 中性面没有边切割磁感应线(甲) BS，=0，E最大，I最大， 感应电流方向b到a(乙)ab、dc边垂直切割磁感应线，(丙)BS， 最大， E=0 , I=0 中性面BS，=0，E最大，I最大， 感应电流方向a到b(丁) 设正方形线圈的边长为L，在匀强磁场B中绕垂直于磁场的对称轴以角速度匀速转动，如以下图，ab和cd边垂直于纸面，转轴为O1、线圈转动一周，电流方向改变多少次？

2、2、线圈转到什么位置时磁通量最大？这时感应电动势是最大还是最小？3、线圈转到什么位置时磁通量最小？这时感应电动势是最大还是最小？ 中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置叫做中性面 1线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零 ab和cd边都不切割磁感线，线圈中的电动势为零 2线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈转动一周，两次经过中性面，电流方向改变两次 三交变电流的变化规律 以线圈经过中性面开场计时，在时刻t线圈中的感应电动势ab和cd边切割磁感线 所以令则有 e为电动势在时刻t的瞬时值，Em为电动势的最大值峰值=NB S成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性面时开场计时 （1）电

3、动势按正弦规律变化（2）电流按正弦规律变化 （3）电路上的电压按正弦规律变化 电流通过R时： 四、交流电的图像abcdKLABabcdK LABabcdkLABabcdkLABabcdkLAB1、交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流。3、交变电流的变化规律：1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。 2大小变化规律-按正弦规律变化： e=Emsint Em=NBS叫电动势的最大值 i=Imsint Im=Em/R叫电流的最大值 u=Umsint Um=ImR叫电压的最大值 小结2、矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速

4、转动2、矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，所产生的交变电流的波形如以下图，以下说法中正确的选项是 1时刻穿过线圈的磁通量到达峰值2时刻穿过线圈的磁通量到达峰值3时刻通过线圈的磁通量的变化率到达峰值4时刻穿过线圈的磁通量的变化率到达峰值 BCt0t1t2t3t4i课堂练习vvB中性面at如以下图，在磁感应强度B的匀强磁场中，矩形线圈逆时针绕中轴匀速转动，角速度为。图中标a的小圆圈表示线圈ab边的横截面，标d的小圆圈表示线圈cd边的横截面,ab、cd长度为L1，ad、bc长度为L2，设线圈平面从中性面开场转动。自主探究：三、交变电流的变化规律 1.线圈与中性面的夹角是多少？ 2. ab边的速度多大？

5、3. ab边速度方向与磁场方向夹角多大？ 4. ab边产生的感应电动势多大？ 5.线圈中感应电动势多大？（1）电动势按正弦规律变化（2）电流按正弦规律变化 （3）电路上的电压按正弦规律变化 电流通过R时： 成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性面时开场计时1.正弦式交变电流的瞬时值表达式从中性面计时3、如以下图，ab边长为20cm，ad边长为10cm的矩形单匝线圈，磁场的磁感应强度B0.2T，线圈转速n100r/s.求：(1)线圈产生的感应电动势的最大值；(2)假设从中性面计时，经过 s时线圈电动势的瞬时值是多大？课堂练习一、知识回忆(一)、交变电流： 大小和方向都随时间作周期性变化的电流叫做交变

6、电流，简称交流。 其中按正弦规律变化的交流叫正弦交流电。 二、正弦交流的产生及变化规律 1、产生：当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生的交流是随时间按正弦规律变化的。即正弦交流。 2、中性面：匀速旋转的线圈，位于跟磁感线垂直的平面叫做中性面。这一位置穿过线圈的磁通量最大，但切割边都未切割磁感线，或者说这时线圈的磁通量变化率为零，线圈中无感应电动势。3、规律： 从中性面开场计时，那么e=NBSsint 。用Em表示峰值NBS那么e=Em sint电流I=sint=Im sint电压u=Um sint (1)函数表达式：(2)在纯电阻电路中P34页1、表征交流电变化快慢的物

7、理量0t/sU/VT周期T：交变电流完成一次周期变化所用的时间频率f：1秒内完成周期性变化的次数T = 1/f = 2/T = 2f二、新课教学：周期和频率交流电也用周期和频率来表示变化的快慢 T和f的物理意义：表征交流电变化的快慢，T越小，f越大，交流电变化越快。 我国消费和生活用交流电的周期T_s，频率f_Hz，角速度_rad/s，在1内电流的方向变化_次。503141002、表征交变电流大小的物理量瞬时值： 对应某一时刻的交流的值 ，用小写字母表示，e , i , u峰值： 即最大的瞬时值 ，用大写字母表示，UmmEmEm= NsB m=Em/ R注意：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线方向

8、的轴匀速转动时，所产生感应电动势的峰值为 Em=NBS，即仅由匝数N，线圈面积S，磁感强度B和角速度四个量决定。与轴的详细位置，线圈的形状及线圈是否闭合都是无关的。表征交流电大小的物理量0t/s瞬时值：交变电流某一时刻的值最大值：交变电流的最大瞬时值U/VUm电压最大值电压瞬时值i/AIm电流最大值电流瞬时值有效值：、意义：描绘交流电做功或热效应的物理量、定义：跟交流热效应相等的恒定电流的值叫做交流的有效值。、正弦交流的有效值与峰值之间的关系是注意：非正弦或余弦交流的有效值和峰值之间无此关系，但可按有效值的定义进展推导 。说明1、交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值；交流电流表和交流电压

9、表的读数是有效值。保险丝的熔断值为有效值，电容器的击穿电压为峰值。对于交流电假设没有特殊说明的均指有效值。说明2、在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值。 求电量用平均值。说明3、交流电压表和电流表通过交流电时，实际上已经由电表内部元件把交流电变成了等效的直流(内部加了整流电路)，所以读出的就是交流的有效值，并且电表的指针不会忽左忽右地摆动。平均值：求通过某导体截面的电量一定要用平均值。 【例1】某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系，如以下图，假设其它条件不变，仅使线圈的转速加倍，那么交流电动势的最大值和周期分别变为 解析：从图中看出，该交流电的最大值和周期分别是：Em100V，

10、T0.04s，而最大值EmNBS，周期T2；当线圈转速加倍时，2，故Em2Em200V，TT20.02s.应选B。【例2】如图表示一交流的电流随时间变化的图像，此交变电流的有效值是多大？ 解析：交流的有效值等于热效应与此交流等效的直流电的值，为分析方便，可选交流电的一个周期进展研究。设此交变电流的有效值为I，根据交流有效值的定义，有：所以：【例4】如以下图，矩形线圈的匝数为n，线圈面积为S，线圈内阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO轴以角速度匀速转动，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的电量q；解析： 在此过程中，穿过线圈磁通量变化所用时间产生的平均电

11、动势为平均电流为 通过R的电量 2电阻R上产生的焦耳热Q 在此过程中电阻R上的焦耳热为一个周期内产生焦耳热的14， 引入： 在直流电路中，电压 、电流和电阻的关系遵从欧姆定律，在交流电路中，假设电路中只有电阻，例如白炽灯、电炉等，实验和理论分析都说明，欧姆定律仍适用但是假设电路中包括电感、电容，情况就要复杂了一、电感对交变电流的阻碍作用1.演示实验:现象： 1反映电感对交变电流阻碍作用的大小。2影响感抗大小的因素接直流的亮些，接交流的暗些 结论：电感对直流电没有阻碍作用对交流电却有 自感系数越大、交流的频率越高，线圈的感抗越大。交变电流频率越高，灯越暗4、应用：a低频扼流圈：b高频扼流圈：3、

12、特性：通直流、阻交流，通低频、阻高频。低频扼流圈和高频扼流圈 A、构造：线圈绕在铁心上，匝数多，感抗大B、作用：“通直流、阻交流 。A、构造：线圈绕在铁氧体上，匝数少，感抗小 B、作用：通过低频，阻高频。二电容对交变电流的阻碍作用1. 演示实验：1实验现象： 通入直流电，灯泡不亮，说明直流电不能通过电容器，接入交流电时，灯泡亮了，说明交流可以通过电容器。 电容器对交流电路存在阻碍作用，且电容越大、频率越高，阻碍作用越小。 2实验结论：电容器有“通交流，隔直流的作用。 电容器通过充电和放电电路中就有了电流，表现为交流通过了电路。(3)、实验现象分析：电容通交隔直的原因1反映电容对交流的阻碍作用2

13、影响容抗大小的因素 电容越大，交流的频率越高，电容器对交流的阻碍作用就越小，容抗越小。1隔直电容：隔直流，通交流。2高频旁路电容：让高频交流信号通过电容，而将低频信号送到下一级。作用：通高频，阻低频。通交流、隔直流，通高频、阻低频。小结：通直流 ，阻交流 通低频， 阻高频 电容对交变电流的作用：通交流 ，隔直流 通高频 ，阻低频电感对交变电流的作用：低频扼流圈L大高频扼流圈L小隔直电容器高频旁路电容器C小例1、如以下图，从ab端输入的交流含有高频和低频成分，为了使R上尽可能少地含有高频成分，采用图示电路，其L的作用是_，C的作用是_。 解析：因L有“通低频、阻高频的特点，因此L的作用是阻挡高频

14、成分；而通过L后还有少量的高频成分，利用C“通高频、阻低频的特点，使绝大局部高频成分从C流过。P42说一说例2、如以下图，当交流电源的电压有效值U220V、频率f50Hz时，三只灯A、B、C的亮度一样L无直流电阻。1将交流电源的频率变为f100Hz，那么 2将电源改为U220V的直流电源，那么 AA灯比原来亮 BB灯比原来亮CC灯和原来一样亮 DC灯比原来亮 AC BC用电器额定工作电压用电器额定工作电压随身听3V机床上的照明灯36V扫描仪12V防身器3000V手机充电器4.2V 4.4V 5.3V黑白电视机显像管12万伏录音机6V 9V 12V彩色电视机显像管34万伏 在我们使用的各种用电器

15、中，所需的电源电压各不一样，而日常照明电路的电压是220V，那么如何解决这一问题呢？生活中需要各种电压需改变电压，以适应各种不同电压的需要。变压器变压器就是改变交流电压的设备形形色色的变压器城乡变压器各式变压器可拆式变压器变电站的大型变压器一、变压器的构造铁芯原线圈副线圈铁芯与线圈互相绝缘n1n21.构造：1闭合铁芯 2原线圈(初级线圈)电源3副线圈(次级线圈)负载问题2：变压器原线圈、副线圈不相通，在给原线圈 接交变电压U1后，闭合铁芯起什么作用？副线圈电 压U2是怎样产生的？问题1：原线圈回路与副线圈回路是否联通？ 变压器铁芯是否带电？考虑：【例3】图中两交变电流通过一样的电阻R。求：1分

16、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。解析： 1图甲为正弦交流电，其有效值I1Im 3.55A，周期T10.4s，频率f12.5Hz；图乙为方波交流电，电流的大小不变、方向作周期变化，由于热效应与电流方向无关，因此它的有效值为5A，周期T20.4s，频率f22.5Hz。 2由公式PI2R得：P甲:P乙I12R:I22RI1I221:2二、变压器的工作原理学生实验视频动画模拟变压器原理二、变压器的工作原理二、变压器的工作原理互感现象原线圈中有交变电流铁芯中产生变化磁场副线圈中产生交变电流副线圈中有交变电流铁芯中产生变化磁场原线圈中产生交变电流 变压器通过闭合铁芯，利用互

17、感现象实现了： 电能 磁场能 电能转化(变化的U1、I1) (变化的磁场) ( 变化的U2、I2)二、变压器的工作原理考虑：假设给原线圈接直流电压U1,副线圈电压U2?=0互感现象问题2：变压器原线圈、副线圈不相通，在给原线圈 接交变电压U1后，副线圈电压U2是怎样产生的？问题3： 原线圈加交流电源，穿过原副线圈的磁通量相等吗？磁通量的变化一样吗？磁通量的变化率一样吗？问题4：变压器在变压过程中，原、副线圈中的电压、电流、功率的关系是怎样的？考虑：三、变压器的变压规律实验：探究变压器原、副线圈两端 电压与匝数的关系 实验结论在误差允许范围内理想变压器模型没有能量损失的变压器 理想变压器是一个理

18、想化模型理想变压器的条件: 无铜损+无铁损+无磁损原、副线圈没有电阻铁芯不发热无磁感线漏失闭合铁芯P入= P出理论推导 根据电磁感应原理推导变压器原、副线圈的电压与匝数的关系。理论推导E1=n1/ tE2=n2/ t不考虑原副线圈的内阻有 U1=E1 U2=E2 1n2 n1 U2U1升压变压器2n2 n1 U2 U1降压变压器 实验和理论分析都说明：1、电压关系：理想变压器原副线圈的电压跟它们的匝数成正比2、功率关系：理想变压器输入功率等于输出功率P入= P出四、理想变压器的变流规律3、电流关系：理想变压器原副线圈的电流跟它们的匝数成反比此公式只适用于一个副线圈的变压器 1、一台理想变压器原

19、线圈的匝数为4400匝,与220V的电源相连,当副线圈接入额定电压为36V的灯泡时,可以正常发光.那么变压器副线圈的匝数为( )A、36匝 B、72匝 C、720匝 D、1440匝C例1： 2、理想变压器原、副线圈的匝数比n1:n2=4:1,当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时,图中电流表A1的示数12mA,那么电流表A2的示数为( )A3mA B0 C48mA D与负载R的值有关B例2：3、一理想变压器，原线圈匝数n12=_，通过原线圈的电流 I1 =_，变压器的输入功率=_。例3：一、变压器的构造 1示意图 2符号二、变压器的工作原理： 1、互感现象：变压器只能改变交流电的电

20、压和电流 2、能量转化：电能磁场能电能 3、理想变压器：三、理想变压器的变压、变流规律：5.4 变压器 小结P入P出1电能输送的优点：2输送电能的根本要求：可靠：是指保证供电线路可靠地工作，少有故障和停电。“方便和节约保质：就是保证电能的质量，即电压和频率稳定。经济：是指输电线路建造和运行的费用低，电能损耗小。可靠、保质、经济一、电能的输送怎样才能将电能由发电厂输送到用户呢？ 思考：r输电线输电线电 源用 户U送电源向外输电时，其两端的电压即为输送电压 。输送电压：电源对外发出的功率即输送功率。 输送功率：二、输电的模型72远距离大功率输电面临的困难是什么？ 思考：在输电线上有功率损失。 1、

21、输电线上功率损失的原因是什么？功率损失的表达式是什么？讨论与交流：输电线有电阻假设输电电流为I，输电线的电阻为r，那么功率损失为P=I2r假设输送的功率为P，输电电压为U，电线的总长度为L，横截面积为S，电阻率为 ，那么功率损失可表示为：三、降低能耗的两个途径 3、假设采用减小导线电阻的方法，在输电线长度一定的情况下，应采用什么措施？ 2、降低输电损耗的途径是什么？ 由P=I2r可知：可减少功率损失。减少输电线的电阻减少输电线的电流3减少材料的电阻率1减少输电线的长度L2增加导线的横截面积S由 可知：三、降低能耗的两个途径 4、假设采用减小导线中电流的方法，又应采用什么措施？ 讨论与交流：减小

22、输送功率P由 P=IU 可知：提高输电电压U可减小输电电流。 由于电站的装机容量一定，因此电站向外输送的电功率是一定的，即在实际中不能以用户少用或不用电来减少输电线上的功率损失。想一想：能否通过减小输送功率来减小输电电流？三、降低能耗的两个途径远间隔 输送交流电都采用高压输电我国正在研究用比330 kV高得多的电压进展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可减小输电线上的能量损失D可加快输电的速度1 把功率为22KW的电能用总电阻为2的导线输送到远方的用户，用220V的电压输电，导线损失的功率为多少？假设改用22KV的电压输电，导线损失的功率又为多少？2

23、2KV输电，损失的功率为 220V输电，损失的功率为 减小输送电流的方法可以通过提高输电电压来实现。总结：2远间隔 输电过程示意图四、电网供电 1、在高压输电三个回路中，各局部的功率、电压和电流关系如何？14223UUUURIF用线 rI1I3I4n1n2n3n4P1P2P3P4功率关系：电压关系：电流关系：四、电网供电 2、在高压输电模型中，设发电机的输出功率为P，输送电压为U1，输电线的电阻r，升压变压器的原副线圈匝数分别为n1，n2，降压变压器原副线圈分别为n3，n4，你能算出线路中损失的功率和电压吗？用户得到的功率和电压分别是多少？14223UUUURIF用线 rI1 I3I4n1n2

24、n3n4P1P2P3P4四、电网供电在发电机与升压变压器原线圈组成的回路中 由 输电线上 用户得到的功率 损失的电压 四、电网供电四、电网供电 1、根据上述结果高压输电能否真的有效降低能量损耗及电压损耗？ 2、是不是输电电压越高越好？为什么？ 讨论与交流： 1、由 及 可知：电压越高，功率和电压损失确实越小，可以有效降低能耗和电压损耗。 2、不是。电压越高，对输电线路和变压器的要求越高，建立费用越高。实际输送电能时，要综合考虑，如输送功率的大小、间隔 的远近、技术和经济要求等，要按照不同情况选择适宜的输电电压。 阅读与考虑：1、常用的输电形式有几种？各是什么？2、我国远间隔 输电采用的电压有哪

25、几种？低压输电：输电功率为100 kW以下，间隔 为几百米以内， 一般采用220 V的电压输电。高压输电：输电功率为几千千瓦到几万千瓦，间隔 为几十千米到几 百千米，一般采用35 kV或110 kV的电压输电。超高压输电：输电功率为10万千瓦以上，间隔 为几百千米， 必须采用220 kV或更高的电压输电。 有110 kV、220 kV、330 kV，输电干线采用500 kV超高压，西北电网的电压甚至到达750 kV。四、电网供电采用电网供电的优点是什么？ 阅读与考虑： 可以在能源产地使用大容量发电机组，降低一次能源的输送本钱，获得最大的经济效益。同时，电网可以减少断电的风险，调剂不同地区电力供

26、需平衡，保障供电质量。四、电网供电远间隔 输电示意图在如以下图的远间隔 输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变，随着发电厂输出功率的增大，以下说法中正确的有()A升压变压器的输出电压增大B降压变压器的输出电压增大C输电线上损耗的功率增大D输电线上损耗的功率占总功率的比例增大升压变压器原线圈电压不变，变压比不变，故副线圈电压不变，A错误；IP/U，U损IR线，U3U2U损，因P变大，I变大，所以U损变大，所以降压变压器初级电压U3变小，B错误；P损(P/U)2R线，因P变大，所以P损变大，C正确；3某小型实验水电站输出功率是20 kW，输电线路总

27、电阻是6 .(1)假设采用380 V输电，求输电线路损耗的功率(2)假设改用5 000 V高压输电，用户端利用n1n2221的变压器降压，求用户得到的电压(1)输电线上的电流为IP/U52.63 A输电线路损耗的功率为P线I2R16.62 kW(2)改用高压输电后，输电线上的电流变为IP/U4 A用户端在变压器降压前获得的电压U1UIR4 976 V根据U1/U2n1/ n2用户得到的电压为U2n2U1/n1226.18 V41远间隔 输送交流电都采用高压输电我国正在研究用比330 kV高得多的电压进展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可减小输电线上的能量损失D可加快输电的速度2.超导是当今高科技研究的热点，利用超导材料可实现无损耗输电现有一直流电路，输电总电阻为0.4 ，它提供给用电器的电功率为40 kW，电压为800 V假设用临界温度以下的超导电缆代替原来的输电线，保持供给用电器的功率和电压不变，那么节约的电功率为()A1 kW B1.6103 kWC1.6 kW D10 kW节约的电功率即为普通电路输电时损耗的电功率IP/U40103/800 A50 AP线I2R5020.4 W1