5.2描述交变电流的物理量教学设计

1物理选修3－2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2七、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：从中性面开始计时：tEtNBSemsinsin从垂直于中性面开始计时：tEtNBSemcoscos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s。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Hz。关系：Tf1线圈转动的角速度ω与频率f的关系：f2我国工农业生产和生活用的交变电流：周期是0．02s，频率是50Hz。在每秒钟内，电流的方向变化100次。【教师活动】2．峰值和有效值：峰值：交变电流的最大值（mI和mU）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：mmIII707.02mmUUU707.02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：3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（uie、、）对时间的平均值，tnE，求得平均电动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10Ω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的时间：AIRTITRTR52)23(2)24(222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=I2RT=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，即mmUUTRUTRU21)2(2122若将单向脉动电压加到电阻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mUU21。【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：RTITRTR22221)24(2)22(AI5【例4】交流发电机矩形线圈的边长ab=cd=40cm，bc=ad=20cm，共50匝，RVRV4线圈电阻r=1Ω。线圈在B=0．2T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=9Ω。求：(1)电压表读数；(2)电阻R上的电功率。分析与解答：（1）Em=NBSω=50×0．2×0．4×0．2×100×2πV=160VI=102160)(rER2mA=82AU=IR=722V≈101．8V（2）P=UI=722×82W=1152W（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：fT1正弦式交流电最大值与有效值的关系：2mII,2mUU（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＝10sin4πt(V)则A．交流的频率是4πHzB．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＝32sin314t(A)C．i＝3sin50t(A)D．I=32sin50t(A)4．一根电阻丝接入100V的电路中，在1min内产生的热量为Q，同样的电阻丝接入正弦式电流路中在2min内产生的热量也为Q，则该交流电路中的电压峰值为A．141．4VB．100VC．70．7VD．50V5．（08广东卷）小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁5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R＝10Ω的电阻构成闭合电路，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8HzC．交变电流的有效值为2AD．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“220V100W”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＝282sin100πt(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．C2．BD3、B4．B5．C6．311v7．解：先求出156V的有效值U＝156/2≈110(V)，即为交流电压表的读数。后求电炉的电阻R＝2202/100＝484ΩI＝U/R＝110/484＝0．227A即交流电流表的读数。根据P＝I2R＝0．2272×484≈25W即电炉的实际功率。8．解：1)．先求交流电的有效值U＝2Um根据I＝UP＝2282200=1A2)．后求出交流电压的峰值Im＝2I＝2A则交变电流的瞬时值i＝2sin100πt(A)