描述交变电流的物理量教学设计

《描述交变电流的物理量》教学设计一、教材分析本节教学要让学生知道，上节用图像对交变电流的描述是全面的、细致的。由于交变电流的电压、电流等的大小和方向都随时间做周期性变化，就需要一些特殊的物理量来描述它在变化中的不同方面的特征。这就是本节要提到的描述交变电流的物理量。二、学情分析学生是教学过程中的主体，这个时候的学生已经知道了交变电流的一些特点和一些描述物理量，但是大多数学生的抽象思维和空间想象能力还比较低，对物理现象和知识的理解、判断、分析、和推理常常表现出一定的主观性、片面性、和表面性，这就要求在教学过程中合理安排、指导和引导学生突出重点、突破难点，提高学生分析、归纳、及抽象思维能力。三、教学目标1．知识目标：（1）理解交变电流的周期、频率含义，掌握它们相互间关系，知道我国生产和生活用电的周期（频率）的大小．（2）理解交变电流的最大值和有效值的意义，知道它们之间的关系，会应用正弦式交变电流有效值公式进行有关计算．（3）能利用有效值定义计算某些交变电流的有效值2．能力目标：（1）培养学生阅读、理解及自学能力．（2）使学生理解如何建立新的物理概念而培养学生处理解决新问题能力．（3）培养学生应用数学工具处理解决物理问题的能力．3．情感、态度和价值观目标：（1）由用电器铭牌，可介绍我国近几年的经济腾飞，激发学生爱国精神和为建设祖国发奋学习的精神．（2）让学生体会对称美．四、教学重点难点重点：交流电的有效值、最大值、频率、周期的理解和计算难点：1、交流电的有效值的理解2、交变电流“四值”物理意义及应用范围的区分。五、教学方法1、启发式综合教学法2、学案导学六、课内探究（一）预习检查检查落实了学生的预习情况并了解了学生的疑惑，使教学具有了针对性。（二）复习引入师1：上节课讲了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，在线圈中产生了正弦交变电流。如何描述交变电流的变化规律呢？生1：可以用公式法描述。从中性面开始计时，得出瞬时电动势：e=Emsinωt，瞬时电流：i=Imsinωt瞬时电压：u=Umsinωt其中Em=NBSω生2：可以用图象法描述。如图所示：师2：[情景引入]把小灯泡接在手摇交流发电机模型的输出端，当线圈在匀强磁场中匀速转动时，我们看到小灯泡发光的闪烁非常明显。为什么照明电是交变电流，而电灯亮时却看不见一闪一闪的现象？要回答这个问题，必须学习下一节课的内容。（三）进行新课[师]线圈转动一整圈，交变电流就完成一个周期性变化。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？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。fT22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：TffT11或[类比联系]：我们以前学过那种典型的周期性运动？在周期和频率的定义上有什么区别和联系。通过与匀速圆周运动的比较，让学生感受物理规律内在的和谐与同一性。[课堂练习]：我国生活用电的规律表达式)100(2220tSinuV，周期T＝_______s，频率f=_______Hz，角速度ω＝_______rad/s，在1s内电流的方向变化__________次。[回顾解释]：当转子的转速由小增大时，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。2、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）：[思考讨论]如图所示的电流通过一个R=1Ω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?JJRtIRtIQ8.22)3.0122.011(2)(222221211AAIJRtIQQ7.1118.28.2212解析：图象反映的交变电流可以分为4段。前半个周期中，0---0.2S内，可看成电流大小为1A的恒定电流，0.2S---0.5S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。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：[精讲点拨]1）有效值：（抓三个相同）让交流与恒定电流通过相同的电阻，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3）在自主学习过程中体会研究物理问题的一个重要思想——等效思想的应用。[说明]以上关系式只适用于正弦或余弦交流电；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。（1）各种使用交变电流的电器设备上所示值为有效值。（2）交变电流表（电压表或电流表）所测值为有效值。（3）计算交变电流的功、功率、热量等用有效值。（4）交变电流的数值在无特别说明时都是指有效值。（四）典例探究例1、.某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系，如图所示，如果其它条件不变，仅使线圈的转速加倍，则交流电动势的最大值和周期分别变为（B）A．400V，0.02sB．200V,0.02C．400V,0.08sD．200V,0.08sto123424iAs图1532221222TTIRTIRIR2222141()()2222I5IA变式训练1如图所示为某正弦交流电流的图像，求其峰值、周期和角速度，并写出该电流的瞬时值表达式。解析：Im＝20A,T＝0.02sω＝100πrad/s电流的瞬时表达式为i＝20sin100πt(A)例2、如图表示一交流随时间变化的图像，求此交流的有效值。变式训练2现有一交流电随时间而变化的图象，其中电流的正值为正弦曲线的正半周，其最大值为4A，则该交流电的有效值为多大?[学生板演]解析：交变电流一个周期内产生的热量2221TRIQM恒定电流的热量TRIQ22由有效值定义知21QQ解之2IA[教师点评]求解交流电的有效值要抓三个相同：相同的时间、相同的电阻、相同的热量，对于多个过程要用分段法。[归纳总结]通过本节课的学习你能够说出“瞬时值、峰值、有效值、平均值”四值的区别吗？物理含义重要关系适用情况瞬时值交变电流某一时刻的值e＝Emsinωti＝Imsinωt计算线圈某一时刻的受力情况峰值交变电流所能达到的最大值Em=NBSωIm=RNBSREm确定用电器的耐压值有效值跟交变电流的热效应等效的恒定电流值2mEE，2mII，2mUU(1)计算与电流热效应相关的量(如功率、热量)(2)交流电表的测量值(3)电气设备标注的额定电压、额定电流(4)保险丝的熔断电流平均值交变电流在某段时间内的平均大小REItNE计算通过电路截面的电量（五）课堂检测1、某交流电压随时间的变化规律如图所示，则此交流电的频率是_______Hz。若将该电压加在10uF的电容器上，则电容器的耐压值不应小于_________V；若将该电压加在一阻值为1KΩ的纯电阻用电器上，用电器恰能正常工作，为避免意外事故的发生，该电路中保险丝的额定电流不低于_________A。Tf1ut/V/s200-2000.010.02O2、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。（六）课堂小结1、最大值（峰值）：EmUmＩm2、瞬时值：uie3、周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间。4、频率：一秒内完成周期性变化的次数。5、有效值：EUI1）定义：根据电流的热效应来规定，让交流电和直流通过相同阻值的电阻，如果他们在一个周期内产生的热量相等，就把这一直流电的数值叫做这一交流电的有效值。2）正弦交流电的有效值与最大值的关系：I=2mI=0.707ImU=2mU=0.707（七）板书设计描述交变电流的物理量一、表征变化快慢的物理量1、周期2、频率3、角频率二、表征大小的物理量1、瞬时值2、峰值3、有效值4、平均值七、课后反思本节课的教学设计体现了新课程理念，以培养和发展能力为着眼点，以掌握物理研究方法和物理思维方法为依据，学生在开放充满创新活力的氛围中学习，从而落实了学生的主体地位。当然，教无定法，贵在得法，还要根据课堂上的实际情况及时调整教学活动，不断地反思和总结。