5电工基础第五章教案

黔江职教中心电工基础教案1第五章正弦交流电§5－1、正弦交流电的基本概念课时一教学目的1、了解正弦交流电的产生原理、初步理解正弦交流电表达式形式；2、熟悉正弦交流电的三要素含义及确定方法教学重、难点教学重点：1、交流电的产生、三要素含义及确定方法2、两正弦交流电的相位差物理意义及判定方法电压表扩大量程的方法和计算。教学难点：两正弦交流电的相位差物理意义及判定方法。教学方法：讲授法教学时数：三课时授完。教具：黑板、多媒体课件等。教学过程：I、复习提问：[1]直流电的定义及表示[2]电磁感应现象通过回顾电能的应用引入交流电及本节课题-----正弦交流电的产生II、讲授新课：一、交流电的产生：1.动手实验：按图5-3连接电路，使线圈abcd在匀强磁场中匀速转动，观察检流计的变化情况。2.提问观察到的现象。3.分析实验现象得出整个线圈的感应电动势为：eab=Blvsin(t0),ecd=Blvsin(t0),e=eab=+ecd=2Blvsin(t0)=Emsin(t0)4.结论：发电机产生的电动势按正弦规律变化，可以向外电路输送正弦交流电。5注意：实际电动机的构造比较复杂，线圈的匝数很多，而且嵌在硅钢片制成的铁心上，叫做电枢；磁极一般也不止一对，是由电磁铁构成的。一般多采用旋转磁极式，即电枢不动，磁极转动。二、正弦交流电的周期、频率和角频率：如果电流或电压的大小及方向都随时间做周期性变化，则称之为交流电。分析说明：[1]电流大小及方向均有规律地改变；[2]为周期性变化的电流周期性信号：指每隔相同的时间重复出现的电压及电流。[1]周期周期：完成一个周期性变化所需用的时间，或重复出现的时间叫做周期，用T表示，单位S。[2]频率频率：一秒钟重复出现的次数，符号F，单位HZ。表示:符号f表示,单位赫兹、千赫兹、兆赫兹例如，我们家庭用的交流的频率是50HZ，习惯上称为工频，即每秒钏做50个周期性变化，那么完成一个周期性变化所用的时间是1/50秒，即周期是1/50秒。周期与频率的关系：fT1[3]角频率：分析公式eab=Blvsin(t0)黔江职教中心电工基础教案2定义：一秒钟变化的角度，单位rad/s周期与角频率间关系：2T即由交流电表达式中角频率可求出周期。举例照明电路中正弦交流电周期T=0.02S同样角频率与频率之间的关系为：T2=2πf例题1：已知：正弦交流电流i1=102sin(100πt)A,i2=20sin(100πt+2π/3)A，分别求出它们的（1）振幅；（2）周期；(3)频率；（4）画出它们的波形图。解：先分析正弦交流电流公式的各部分涵义。（1）从i1=102sin(100πt)A可知I1m=102A1=100πrad/s(2)由T2可得112T1002s=0.02s,T2=T1=0.02s(3)由Tf1可得111Tf501s221Tf501s(4)波形图由同学们自己画出，并与图5-5对比。Ⅲ、复习小结：1．回顾正弦交流电是怎样产生的。2.说说什么是正弦交流电的周期、频率和角频率，它们之间的关系又是怎样的。Ⅵ、课余作业：课本P206选择题第1、2题.V、教学后记：黔江职教中心电工基础教案3§5－1、正弦交流电的基本概念课时二教学目的1、加深理解正弦交流电的三要素；2、认识正弦交流电的相位和相位差。教学重、难点教学重点：1、理解正弦交流电的相位和相位差；2、两正弦交流电的相位差物理意义及判定方法。教学难点：两正弦交流电的相位差物理意义及判定方法。教学方法：讲授法教学时数：一课时授完。教具：黑板、多媒体课件等。教学过程：I、复习提问：[1]正弦交流电是怎样产生的？[2]正弦交流电的周期、频率和角频率的含义是什么？通过回顾表达式eab=Emsin(t0)，分析正弦交流电的电动势（电流）的瞬时变化规律：由振幅Em和sin（t0）共同决定。（t0）表示的是什么呢？导入新课：本节课，让我们共同学习相位及相位差的有关知识。II、讲授新课：一、相位和相位差1．相位的意义：t时刻线圈平面与中性面之间的夹角为(t0)。2．相位定义：任意一个正弦量y=Asin(t0)的中的(t0)称为相位。3．初相位：相位中的0，称为初相位，可反映正弦交流电的初始(t=0)的值。4.相位差：两个同频率正弦量的相位之差(与时间t无关)。可证明：两个同频率正弦量的相位之差等于初相位之差。设第一个正弦量的初相为01，第二个正弦量的初相为02，则这两个正弦量的相位差为12=0102并规定1212180或两个正弦量的相位关系的讨论：(1)当120时，称第一个正弦量比第二个正弦量的相位越前(或超前)12；(2)当120时，称第一个正弦量比第二个正弦量的相位滞后(或落后)|12|；(3)当12=0时，称第一个正弦量与第二个正弦量同相，投影图7-1(a)所示；(4)当12=或180时，称第一个正弦量与第二个正弦量反相，投影图7-1(b)所示；(5)当212或90时，称第一个正弦量与第二个正弦量正交。黔江职教中心电工基础教案4二、应用举例：[1]已知u=311sin(314t30)V，I=5sin(314t60)A，则u与i的相位差是多少？解：相位差ui=(30)(60)=90即u比i滞后90，或i比u超前90。[2]正弦交流电流i=2sin(100t30)A，如果交流电流i通过R=10的电阻时，电流的最大值、有效值、角频率、频率、周期及初相并求电功率P解：最大值Im=2A有效值I=20.707=1.414A，=100rad/sf=/2=50hzT=1/f=0.02s0=30在一秒时间内电阻消耗的电能(又叫做平均功率)为P=I2R=20W，（3）教材例题2解析。Ⅲ、复习巩固：什么是相位？什么是相位差？正弦交流电与我们熟悉的直流电有什么不同呢？Ⅳ、课堂小结：1．正弦交流电相位的意义：发电机t时刻线圈平面与中性面之间的夹角为(t0)。2．相位定义：任意一个正弦量y=Asin(t0)的中的(t0)称为相位。3．初相位：相位中的0，称为初相位，可反映正弦交流电的初始(t=0)的值。4.相位差：两个同频率正弦量的相位之差(与时间t无关)。Ⅴ、课余作业：P204填空第1、2题。黔江职教中心电工基础教案5§5－1、正弦交流电的基本概念课时三教学目的1、加深理解正弦交流电的相位和相位差；2、理解正弦交流电的有效值。教学重、难点教学重点：1、理解正弦交流电的有效值；2、掌握正弦交流电的有效值与最大值的相互关系。教学难点：理解正弦交流电的有效值。教学方法：讲授法教学时数：一课时授完。教具：黑板、多媒体课件等。教学过程：I、复习提问：[1]正弦交流电的瞬时值与哪些因素有关？[2]正弦交流电的相位及相位差的含义是什么？交流电与直流电有着明显的不同，但是它们又具有相同的做功效果。比如，交流电与直流电都可以将一壶水烧开。我们把交流电与直流电等效的数值称为交流电的什么呢？这一工我们就来共同学习“交流电的有效值”。II、讲授新课：一、交流电的有效值1．有效值由来：在电工技术中，有时并不需要知道交流电的瞬时值，而规定一个能够表征其大小的特定值——有效值，其依据是交流电流和直流电流通过电阻时，电阻都要消耗电能(热效应)。设正弦交流电流i(t)在一个周期T时间内，使一电阻R消耗的电能为QR，另有一相应的直流电流I在时间T内也使该电阻R消耗相同的电能，即QR=I2RT。就平均对电阻作功的能力来说，这两个电流(i与I)是等效的，则该直流电流I的数值可以表示交流电流i(t)的大小，于是把这一特定的数值I称为交流电流的有效值。2.有效值定义：相同时间内让一直流电和交流电通过同一段电阻，若产生的热量相同，则把该直流电大小称为该交流电的有效值。3.有效值与最大值间关系：理论与实验均可证明，正弦交流电流i的有效值I等于其振幅(最大值)Im的0.707倍，即mm707.02IIImm707.02UUUmm707.02EEE4.通常所说的交流电的电流、电压、电动势的值，不作特殊说明都是指有效值，如市电电压是220V，是指其有效值为220V；交流电流表、电压表上的刻度指示数值都是指有效值。5.在选择电器的耐压值，必须考虑电压的最大值。例如，耐压为220V的电容器就不能接到有效值为220V的交流电路上，因为电压的有效值为220v时，电压的最大值Um=2U=1.414×220V=311V黔江职教中心电工基础教案6会使电容器因击穿而损坏。二、例题分析：一个正弦交流电流在t=0时刻，它的瞬时值i（0）=1A，其初相0=6，试求它的有效值。解：设正弦交流电的瞬时值的表达式为：i(t)=Imsin(ti0)将t=0、i(0)=1、0=6代入上式，得到i(0)=Imsin(×06)=Imsin(6)=1A则Im=2A再根据有效值与最大值的关系，求出有效值为mm707.02III≈1.414AⅢ、课堂小结：1．交流电的有效值；2．交流电的最大值；3．交流电的有效值与最大值的关系。Ⅵ、课余作业：课本P204填空3、4题。V、教学后记：第五章正弦交流电§5－2、旋转矢量课时一教学目的黔江职教中心电工基础教案71、熟悉正弦交流的瞬时值表达式及波形图的表示方法；2、理解正弦交流的旋转矢量的表示方法；教学重、难点教学重点：正弦交流的瞬时值表达式及波形图的表示方法教学难点：波形图的表示方法，旋转矢量的表示方法教学方法：讲授法教学时数：两课时授完。教具：黑板、多媒体课件等。教学过程：I、复习提问：[1]正弦交流电的三要素及判定方法；[2]相位差的定义及相关物理意义。由正弦交流电的表示最常见解析式及波形图方法引入课题--正弦交流电的表示方法II、讲授新课：一、正弦交流电的解析式表示法定义：用三角函数式表示正弦交流电随时间变化规律的方法。例：正弦交流电动势、电流及电压解析式：e=Emsin(te)u=Umsin(tu)i=Imsin(ti)引导学生理解解析式中各符号的物理含义。二、波形图表示方法说明正弦交流电可在实验室用波形图观察到，将其在建立的直角坐标系中直观画出随时间变化的曲线，这种用正弦波形图表示正弦交流电的方法，称为波形图方法。画法：以熟悉的初相为0的正弦函数a(t)=Amsint的波形为参照,根据所需表示的正弦交流电的初相判定超前或滞后关系，将波形起始点前移或后移相应角度，结合最大（有效）值调整幅值，并按波形的自然趋势补充完整。结合上例u=311sin(314t45)V，i=4sin(314t90)分别画出相应波形图。[略]两种表示方法比较：均为直观表示法，简单明了反映正弦交流电的三要素，及任一时刻的瞬时值。缺点：难以实现加减及乘除的运算。三、矢量图表示方法：[1]旋转矢量表示方法：结合图4-11投影或教材配套多媒体光盘“旋转矢量”演示。说明：[1]矢量长度正比于最大值；[2]矢量初始夹角为正弦量的初相；[3]矢量以角速度沿逆时针方向匀速转动；[4]旋转矢量在纵轴上的投影即为相应时刻的瞬时值。小结：旋转矢量能体现正弦交流电的三要素，又能反映正弦量的瞬时值，是一种间接完整表示正弦交流电的方法。[2]正弦量的矢量图表示方法：定义：用初始位置的矢量来表示正弦量：矢量的长度与正弦量的最大值或有效值成正比；矢量与横轴正方向的夹角等于初相。这种表示方法称正弦量的相量图表示方法。例如，用矢量图表示e=Emsin(te)黔江职教中心电工基础教案8矢量长度=Em矢量与横轴夹角=初相位0.矢量以角速度1按逆时针方向旋说明1.表示正弦量的的矢量称为相量；2.表示是大写电压、电流字母上加黑点；3.分最大值相量、有效值相量；4.把同频率的几个正弦量，在同一坐标系中用相量表示的图。Ⅲ、课堂小结：1．正弦交流电的解析式表示法；2．交流电的最大值；3．交流电的