高中物理2描述交变电流的物理量教案新人教版选修2

1、2 描述交变电流的物理量教学设计 一 整体设计教学分析教材把沟通电与直流电对比,说明描述沟通电的特性需要一些新的物理量；沟通电的电动势、 电压、电流是随时间变化的,教材介绍了用公式法和图象法描述沟通电如何随时间变化的规律,我们可向同学说明,这种描述是具体、全面的,但应用时特别不便利；有用中经常需要知道沟通电某一方面的特性,因此需要引入反映沟通电某一方面特性的物理量；如：最大值说明沟通电在变化过程中所能达到的最大数值,反映了沟通电变化的范畴；沟通电是周期性变化的, 周期、频率说明沟通电变化的快慢；有效值说明沟通电产生的热效应的成效；教学中的难点是沟通电有效值的概念,这也是教学重点；为了引入有效值

2、,可以提出： 沟通电随时间变化, 产生的成效也随时间变化；但实际中经常只要知道沟通电的平均成效就可以了,怎样衡量沟通电的平均成效呢？可以协作做一个演示试验：用两个相同的小电珠 A、B,一个接在直流电源上,一个接在沟通电源上,让两个小电珠发光情形相同；同学通过观看和摸索明白： B灯通过的是交变电流,大小、方向随时间变化,但在相同时间内交变电流与直流电流产生的热量相同,所以 B 灯发光与 A 灯相同； 我们引导同学得出：通过 A 灯的直流电流 I 与通过 B 灯的交变电流 i 产生的成效相同, 可以把直流电流的大小 I 作为衡量交变电流i 产生的平均成效；在此基础上给出有效值比较精确的定义,并让同

3、学进一步体会有效值的物理意义是什么？正弦沟通电有效值与最大值的关系教材是直接给出的,教材不要求证明2倍的数量关系,但要使同学明白I Im 和 I 0Im 2；有效值的物理意义、有效值与最大值的关系特别重要, 要让同学很好地明白和熟识；有必要强调说明沟通电的有效值应用较多,因此,假如不加特殊的说明,提到沟通电的电流、电压、电动势时,指的都是有效值；沟通电表测得的电流、 电压也是有效值； 仍可考虑分别用直流电流表、沟通电流表和直流电压表、沟通电压表测量刚才的 A、B 灯的电流、电压,让同学看到两者的数值相同,并让同学说出沟通电的最大值；我们可考虑让同学对沟通电的描述作小结,使同学明确： 全面、 具

4、体描述沟通电的是公式和图象；最大值、有效值、周期、频率等物理量是描述沟通电某一方面的特性的；依据交流电的图象、公式可知最大值、周期,从而可知有效值、频率；教学目标1知道交变电流的周期和频率以及我国供电线路交变电流的周期和频率,明白它们与转子角速度 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会用等效的方法运算交变电流的有效值,在自主学习过程中让同学体会争论物理问题的一个重要思想等效思想的应用；4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、严谨的学习和熟识事物的态度；学会观看试验, 分析图象, 由感性熟识到理性熟识的思维方式；5联系日常生活中的交变

5、电流学问,培育同学将物理学问应用于生活和生产实际的意识,勉励同学勇于探究与日常生活有关的物理学问题；教学重点难点周期、频率的概念；有效值的概念和运算；教学方法与手段 诱思探究教学法, 合作学习为主, 通过试验现象和生活体会发动同学对有效值绽开争论,加深对沟通电学问的懂得；课前预备 教学媒体 手摇沟通发电机模型、同学电源、电容器、导线、两只灯泡、电压表、多媒体投影仪；学问预备 复习圆周运动的周期和频率的概念以及焦耳定律的学问；教学过程 导入新课 大事 1 教学任务：复习交变电流的规律,导入新课；师生活动：复习导入：上节课我们争论了矩形线圈在匀强磁场中转动,线圈中会产生正弦沟通电；如何描述线圈中交

6、变电流的变化规律呢？老师利用多媒体展现线圈转动的截面图,其中线圈长abl 1,宽 adl 2,角速度为 ；总结归纳： 由同学自我重现正弦沟通电理论推导过程；老师提示如下关键点：争论对象,垂直切割速度,等效电路,变化规律；引导同学把两图结合起来分析,增强分析图象的才能；以达到感性和理性熟识的结合；推动新课 大事 2 教学任务：周期和频率；学情预设： 同学以前学过典型的周期性运动匀速圆周运动,对周期和频率有肯定了 解,通过沟通电的周期和频率学习让同学感受物理规律内在的和谐与统一；师生活动：【演示】把小灯泡接在手摇沟通发电机模型的输出端；观看并摸索：上述现象说明白什么问题？当转子的转速由小增大时,我

7、们看到, 小灯泡发光的闪耀频率也由小增大,当转子的转 而人眼存在视觉暂留,所以眼睛已不 速大到肯定程度, 就交变电流的大小和方向变化太快,能辨论灯光的闪耀；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缘由；沟通争论：第一考虑用什么物理量来描述交变电流变化的快慢呢？结论：与任何周期性过程一样,交变电流也可以用周期或频率表示其变化的快慢；启示式提问：我们以前学过哪种典型的周期性运动？在周期和频率的定义上有什么区分和联系？通过与匀速圆周运动的比较,让同学感受物理规律内在的和谐与统一；自主学习：阅读课本,懂得并记忆以下几个物理概念：1 什么叫沟通电的周期？2 什么叫沟通电的频率？3 它们之

8、间的关系是什么？4 我国使用的交变电流的周期和频率各是多大？多媒体展现：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；1 s 内完成周期性变化的次数,叫做交变电流的频率；2 频率：交变电流在频率用 f 表示,单位是Hz；3 周期和频率的关系：T1 f或 f 1 T,依据三角函数i Imsin t的表达式可以知道2 f ；4 我国工农业生产和日常生活中用的交变电流周期是0.02 s ,频率是 50 Hz ,电流方向每秒转变100 次；有个别国家使用沟通电的频率为60 Hz ； 大事 3 教学任务：峰值和有效值；师生活动： 演示 电容器的耐压

9、值；将电容器 12 V ,500 F接在同学电源上充电,接 8 V 电压时电容器正常工作,接 16 电容器所标耐压值为最大值 V电压时,几分钟后闻到烧臭味,后听到爆炸声；总结与归纳：同学归纳试验结论,其他同学补充完善；交变电流的最大值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 流的电流或电压变化幅度；从这个试验中可以发觉：电容器的耐压值是指能够加在它两端的 最大电压, 如电源电压的最大值超过耐压值,电容器可能被击穿；但是沟通电的最大值不适 于表示沟通电产生的全部成效,在实际中通常如何表示交变电流的大小呢？提出问题：交变电流在不同时刻,瞬时值不同,假如有一个最大值为Im 的交变

10、电流,如何运算它在时间 t 内作用在电阻R上产生的热量呢？能否用恒定电流的公式来运算,假如可以, 那么公式中的电流应当用什么值来代入呢？试验设计和进行试验：1将小灯泡分别接在6 V 直流电源上和有效值为6 V 的沟通电源上,观看两灯的亮度；现象：两灯亮度相同；2用电压表测量两小灯泡两端的电压；现象：两表示数相同；分析：试验说明两电流产生的热效应相同,他们在相同的时间内产生的热量相同,有相同的热功率,把恒定电流的数值代入公式 QI 2Rt ,就能运算交变电流在肯定时间内产生的热量；此时,恒定电流的电流值称为交变电流的有效值,此有效值代表着交变电流的平均成效 从 热效应来看 ；小结：让交变电流和恒

11、定电流通过同样的电阻,假如它们在同一时间内产生的热量相等,就这一交变电流的电流 电压 有效值就跟这个恒定电流的电流 电压 相等；多媒体展现：如何运算交变电流通过电阻时的热量？题a 怎样运算通电1 s 内电阻 R1 中产生的热量？R1 ,也能在1 s 内产生同b 假如有一个大小、方向都不变的恒定电流通过电阻样的热,这个电流是多大？争论与沟通：同学先自行分析沟通,最终老师归纳总结；00.2 s 、0.2 0.5 s 、0.5 0.8 s 、0.8 1 s这四个阶段电流大小不变化,分别计算出热量,然后加起来；由QI2Rt 解得 Q10.2 J ；Q21.2 J ；Q31.2 J ；Q40.2 J ；

12、所以, 1 s 内电阻 R中产生的热量为Q0.2 1.2 1.2 0.2J 2.8 J 由 QI2Rt 解得, I Q Rt2.8 A1.67 A结论：1 有效值： 抓三个相同 让沟通与恒定电流通过相同的电阻,假如它们在一个周期内 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 正弦沟通电有效值与最大值之间的关系EEm/ 20.707Em；UUm/ 20.707Um；I Im/ 20.707Im ；巩固练习1以下数据中不属于交变电流有效值的是 C A沟通电表的示数 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2试电笔上的氖管,起辉电压 86.6 V ,如将其接在电压为

13、70.7 V 频率为 50 Hz 的交流电路,氖管能发光吗？在 1 秒内共有多少时间发光？摸索切入点： 70.7 V 是什么电压？该沟通电压最大值为多少？周期又为多少？交变电流的图象如何？表达式如何？解析： 由于 70.7 V 是有效值,Um2U100 V86.6 V ,所以氖管会发光；1由 f T,得周期 T0.02 s ,由 2 f ,得 100 rad/s作出交变电流的 Ut 图 UUmsin t 100sin100 t设电压为 70.7 V 时对应时刻为 t1代入公式即707 V 100sin100 t 1得 t 10.002 5 s 或 0.007 5 s 依据图象对称性知,一个周期

14、内氖管发光时间为 t 4t 10 0.01 s ；所以一秒内发光时间为 0.5 s ；3沟通发电机矩形线圈边长 abcd0.4 m ,bcad0.2 m ,共 50 匝,线圈电阻 r1001 ,线圈在 B0.2 T 的匀强磁场中, 绕垂直磁场方向的轴 OO 以 r/s 转速匀速转动,外接电阻 9 ,如下列图；求：1 电压表读数；2 电阻 R上电功率；解析： 1 线圈在磁场中产生：电动势的最大值EmNBS 50 0.2 0.4 0.2 100 2 V 160 V 电流的有效值I 2Em160A82A Rr2 10电压表示数UIR 722V101.5 V 2 电阻 R的功率 PUI722 82W1

15、 152 W 课堂巩固与反馈 大事 4 教学任务：形成性测试：同学独立完成；1试写出我国生活用电的规律表达式；2关于正弦式电流的有效值,以下说法中正确选项 A有效值就是沟通电在一周期内的平均值B沟通电的有效值是依据电流的热效应来定义的C在沟通电路中,沟通电流表和沟通电压表的示数表示的都是有效值D对于正弦式电流,最大值的平方等于有效值平方的 2 倍3电路如下列图,交变电流电源的电压是6 V,它跟电阻 R1、 R2 及电容 C、电压表一起连成如图电路；忽视电源内阻,为保证电容器不击穿,电容器耐压值U2和电压表示数U1 分别为 AU162 V BU26 V CU16 V DU262 V 4表示交变电

16、流随时间变化图象如下列图,就交变电流有效值为A52A B5 A C3.5 2 A D3.5 A 5发电机转子是匝数 n100,边长 L20 cm的正方形线圈, 其置于磁感应强度 B0.5T 的匀强磁场中,围着垂直磁场方向的轴以 100 rad/s 的角速度转动,当转到线圈平面与磁场方向垂直时开头计时；线圈的电阻 r 1 ,外电路电阻 R99 ；试求：1 写出交变电流瞬时值表达式；2 外电阻上消耗的功率；3 从计时开头,线圈转过 参考 答案： 3过程中,通过外电阻的电荷量是多少？1u220 2sin100 t2BCD 3.CD 4B 解析： 设交变电流的有效值为I2RT42T 2R 2 32T

17、2R 2解得 I 5 A 综上所述应挑选 B；I ,据有效值的定义,得5解： 1 电动势的最大值：EmnB L2200 628V 依据闭合电路欧姆定律得ImEm R r6.28 A 故交变电流瞬时值表达式：i 6.28sin100 t ；2 电流的有效值 I 1 Im 21由 PI 2R得外电阻上的消耗功率：P Im 2R1.95 10 3 W 2 3 从计时开头到线圈转过 3过程中,平均感应电动势由 En t 得2 m mcos60BLE n tn2 tE平均电流：I R rnBL 2/2R r t2nBL通过外电阻的电荷量：q I t 2 Rr 102 C 大事 5 课堂小结教学任务：引导

18、同学从学问、方法、情感三个侧面小结本节课的学习活动；多媒体展现：1周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间；2频率：一秒内完成周期性变化的次数；f 1 2 T2 fT3最大值 峰值 ：Em Um Im 4瞬时值： e u i 5有效值： E U I 1 定义：依据电流的热效应来规定,让沟通电和直流电通过相同阻值的电阻,假如它们在一个周期内产生的热量相等,就把这始终流电的数值叫做这一沟通电的有效值；2 正弦沟通电的有效值与最大值的关系：EEm/ 20.707Em；UUm/ 20.707Um；I Im/ 20.707Im ；说明：1 交变电流的有效值是依据电流的热效应来规定的,引入有效值的概念便

19、于把处理恒 定电流的一些方法拓展到沟通电中,运算交变电流的功、功率、热量等用有效值；2 沟通用电设备上所标的额定电压和额定电流是有效值；沟通电压表和沟通电流表的 示数是有效值：交变电流的数值在无特殊说明时都是指有效值；3 求通过某导体截面的电量肯定要用平均值,争论电容器的耐压值时指峰值；总结提升：通过本节学习, 使同学对周期和频率的熟识进一步加深,一,明确交变电流的有效值是依据电流的热效应来规定的,定电流的一些方法拓展到沟通电中；布置作业 1复习本节教材；2完成课本课后问题与练习；板书设计活动与探究感受物理规律内在的和谐与统 引入有效值的概念便于把处理恒找一台小型的沟通发电机,观看它的铭牌和构

20、造,尝试用今日所学学问说明上面的数据和工作原理；备课资料 例析交变电流值的“ 四值”交变电流的“ 四值” 是指交变电流的瞬时值、有效值、最大值和平均值；一、瞬时值与最大值线圈中的感应电动势e 随着时间而变化, 不同的时刻有不同的数值,叫做电动势的瞬时值,如从中性面开头计时,就电动势是依据正弦规律变化的；e2BLvsin t BS sin t令 Em2BLvBS即 eEmsin t假如线圈有 N匝,交变电流电动势的最大值 EmNBS ；Em大小由匝数 N、磁感应强度 B、角速度 、线圈面积 S 打算,而与线圈的外形和转轴的位置无关；假如把线圈和电阻组成闭合电路,电路中就有感应电流；在只含有电阻的

21、电路中,适用于直流电路的欧姆定律也适用于沟通电路；设闭合电路的总电阻为 i e/REm/Rsin t 其中 Em/R为电流的最大值,用 Im 表示,于是有 i Imsin t 可见,感应电流也是按正弦规律变化的；R,就电流的瞬时值；1 如下列图,有一闭合的正方形线圈,匝数 N100 匝,边长为 10 厘米,线圈总电阻为10 ,线圈绕 OO 轴在 B0.5 T 的匀强磁场中匀速转动,每分钟转 1 500 转,求线圈平面从图示位置转过 30 时,感应电动势的值是多少；解：由题给条件可知：N 100 匝, B 0.5 T ,f 1 500 r/min25 Hz , 2 f 50 rad/sS0.01

22、 m 2,所以感应电动势的最大值为EmNB S100 0.5 50 0.01 V 78.5 V 从图示位置 即中性面位置 开头计时,产生交变电动势的瞬时值表达式为1eBS sin t ,所以转过 30 时的电动势 eEmsin t 78.5 2V 39.3 V ；评注： 在求解交变电动势时,第一要确定线圈转动从哪个平面开头计时,以便确定瞬时值表达式是正弦规律变化仍是余弦规律变化；如从平行于磁感应线的平面开头计时,就电动势是依据余弦规律变化的；2 某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下图所示；由图可知的信息有哪些？解析： 由图象可知,该交变电动势的最大值Em202 V ,周期

23、T 0.02 s ；将这一信息进一步处理可得：Em有效值： E 20 V 21 1频率： f T0.02 Hz 50 Hz 2角速度： T100 rad/s该交变电动势的瞬时值表达式为：eEm sin t 202sin100 t ；最大值有时也叫峰值,从图象点拨： 此题关键是对图象的意义及各量之间关系的熟识；中熟识时可运用数学学问；二、平均值 平均值的公式是 E N t ,它表现为沟通图象中波形对横轴 t 轴 所围的“ 面积” 对时间轴的比值, 其值大小是与所取的时间轴有关的；比如正弦沟通, 其正半周期或负半周期2NBS的平均电动势的大小为,而一周期内的平均电动势却为零；3 如下列图, 单匝线

24、圈在匀强磁场中绕 OO 轴从图示位置开头匀速转动,已知从图示位置转动 6时,线圈中感应电动势大小为 10 V,求：线圈从图示位置转动 2的过程中,交变电动势的平均值；解析： 平均电动势的运算程序：1 确定运算的是哪段时间内的平均电动势；2 找到所争论时间段 t 内线圈磁通量的变化量 | 2 1| ；3 利用法拉第电磁感应定律 N t 运算平均电动势值；由 eBS sin t ,代入得BS 20 V BS,经受的时间 t 2 ,线圈从图示位置转过 2的过程中, 磁通量的变化量为所以此过程中交变电动势的平均值 t 2B S2 20 V 12.7 V 评注：在运算正弦式交变电动势的峰值时一般使用EmNB S；运算某段时间内交变电动势的平均值就应用N t ,切勿乱套公式使用 Em2来运算平均值；也不等于