第五章正弦交流电路(教案)

1四川省仁寿县职业中专学校理论教学教案专业电子班次春二授课教师王朝辉课程电工技术基础课题第五章正弦交流电路绪论课型新授课时数1课时内容1、正弦交流电的概念；2、正弦交流电的优点；3、正弦交流电的参数规定；4、本章学习的内容。教学程序看书、讲授、小结学情分析学生知道交流电，但对正弦交流电的优点和参数规定不清楚。教学方法手段讲授法黑板+粉笔重点难点正弦交流电的优点和参数规定。板书设计第五章正弦交流电路绪论一、正弦交流电的概念三、正弦交流电的参数规定二、正弦交流电的优点四、本章学习的内容教学过程新课内容：一、正弦交流电的概念1、直流电：电流和电压的大小和方向都不随时间变化。2、交流电：电流和电压的大小和方向都随时间作周期性变化。3、正弦交流电：随时间按正弦规律变化的交流电。4、瞬时值：交流电的电流或电压在变化过程的任一瞬间，都有确定的大小和方向，叫做交流电该时刻的瞬时值，分别用小写字母i、u来表示。5、波形图：在直角坐标系中，用横坐标表示时间，纵坐标表示交流电的瞬时值，把某一时刻t和与之对应的u或i作为平面直角坐标系中的点，用光滑的曲线把这些点联接起来，就得到交流电u（t）或i（t）随时间变化的曲线，这种表示正弦交流电的方法叫做波形图。通过波形图可以直观地了解电流和电压随时间变化的规律。下图所示为几种常见交流电的电流波形图。二、正弦交流电的优点交流电和直流电比较有三个主要优点：1、交流电可以用变压器改变电压，便于远距离输电；2、交流电机比相同功率的直流电机结构简单，造价低；3、可以应用整流装置，将交流电变换成所需的直流电。学习交流电，不但要注意它与直流电的共同点，而且要注意两者之间的区别，要加深对交流电特性的理解，千万不要轻易地把直流电路中的规律套用到交流电路2教学过程中去。三、正弦交流电的参数规定1、随时间变化的量用小写字母表示，如i、u、e、p表示随时间变化的交流电流、电压、电动势和功率；2、不随时间变化的量用大写字母表示，如I、U、E、P表示交流电电流、电压、电动势的有效值和平均功率。四、本章学习的内容1、正弦交流电的产生；2、正弦交流电的三要素；3、表征正弦交流电的物理量；4、正弦交流电的表示法；5、简单正弦交流电路的计算；6、谐振电路及其应用。小结1、正弦交流电的概念；2、正弦交流电的优点；3、正弦交流电的参数规定。反馈学生接受知识效果良好，作业质量较高。作业看书预习第一节反思加强学生理解能力的培养，着重参数的理解。3四川省仁寿县职业中专学校理论教学教案专业电子班次春二授课教师王朝辉课程电工技术基础课题第一节正弦交流电的基本概念课型新授课时数4课时内容1、正弦交流电的产生；2、正弦交流电的周期、频率和角频率；3、相位和相位差；4、交流电的有效值。教学程序看书、讲授、小结学情分析学生了解正弦交流电，但对正弦交流电的参数不了解。教学方法手段讲授法黑板+粉笔重点难点1、正弦交流电的三要素；2、正弦交流电的有效值。板书设计第一节正弦交流电的基本概念一、正弦交流电的产生三、相位和相位差二、正弦交流电的周期、频率和角频率四、交流电的有效值教学过程新课内容：一、正弦交流电的产生1、演示实验：如图5-3所示作演示实验，演示交流电的产生。展示手摇发电机模型，介绍主要部件（对应学生设计的发电机原理图），进行演示。第一次发电机接小灯泡。当线框缓慢转动时，小灯泡不亮；当线框快转时，小灯泡亮了，却是一闪一闪的。第二次发电机接电流表。当线框缓慢转动时电流计指针摆动；仔细观察，可以发现：线框每转一周，电流计指针左右摆动一次。表明电流的大小和方向都做周期性的变化，这种电流叫交流电。2、分析——交流电的变化规律投影显示（或挂图）：矩形线圈在匀强磁场中匀速转动的四个过程。线圈平面垂直于磁感线（甲图），ab、cd边此时速度方向与磁感线平行，线圈中没有感应电动势，没有感应电流。（这时线圈平面所处的位置叫中性面。中性面的特点：线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大，感应电动势最小为零，感应电流为零。）当线圈平面逆时针转过90°时（乙图），即线圈平面与磁感线平行时，ab、cd边的线速度方向都跟磁感线垂直，即两边都垂直切割磁感线，这时感应电动势最大，4教学过程线圈中的感应电流也最大。再转过90°时（丙图），线圈又处于中性面位置，线圈中没有感应电动势。当线圈再转过90°时，处于图（丁）位置，ab、cd边的瞬时速度方向，跟线圈经过图（乙）位置时的速度方向相反，产生的感应电动势方向也跟在（图乙）位置相反。再转过90°线圈处于起始位置（戊图），与（甲）图位置相同，线圈中没有感应电动势。分析小结：线圈abcd在外力作用下，在匀强磁场中以角速度ω匀速转动时，线圈的ab边和cd边作切割磁感线运动，线圈产生感应电动势。如果外电路是闭合的，闭合回路将产生感应电流。ab和cd边的运动不切割磁感线时，不产生感应电流。设在起始时刻，线圈平面与中性面的夹角为0，t时刻线圈平面与中性面的夹角为0。分析得出，cd边运动速度v与磁感线方向的夹角也是0，设cd边长度为L，磁场的磁感应强度为B，则由于cd边作切割磁感线运动所产生的感应电动势为)sin(0tBLvecd同理，ab边产生的感应电动势为)sin(0tBLveab由于这两个感应电动势是串联的，所以整个线圈产生的感应电动势为)sin()sin(200tEtBLveeemcdab式中，BLvEm2是感应电动势的最大值，又叫振幅。可见，发电机产生的电动势是按正弦规律变化，可以向外电路输送正弦交流电。二、正弦交流电的周期、频率和角频率如图2所示，为交流电发电机产生交流电的过程及其对应的波形图。1、周期：交流电完成一次周期性变化所用的时间，叫做周期。也就是线圈匀速转动一周所用的是时间。用T表示，单位是s（秒）。在图2中，横坐标轴上有0到T的这段时间就是一个周期。2、频率：交流电在单位时间（1s）完成得周期性变化的次数，叫做频率。用字母f表示，单位是赫[兹]，符号为Hz。常用单位还有千赫（kHz)和兆赫（MHz)，换算关系如下：HzkHz3101HzMHz6101。周期与频率的关系：互为倒数关系，即T=1/f注意：我国发电厂发出的交流电都是50Hz，习惯上称为“工频”。世界各国所采用的交流电频率并不相同，有兴趣的同学可以查阅相关资料。（例如：美国、日本采用的市电频率均为60Hz，110V。）周期与频率都是反映交流电变化快慢的物理量。周期越短、频率越高，那么交流电变化越快。3、角频率：ω是单位时间内角度的变化量，叫做角频率。在交流电解析式)sin(0tEem中，ω是线圈转动的角速度。角频率、频率和周期的关系：5教学过程fT22例题1：已知正弦电流i1=102sin（100πt）A，i2=20sin（100πt+2π/3）A，分别求出它们的振幅、周期、频率，并画出它们的波形图。三、相位和相位差1、相位：t=T时刻线圈平面与中性面的夹角为0t，叫做交流电的相位。相位是一个随时间变化的量。当t=0时，相位0，0叫做初相位（简称初相），它反映了正弦交流电起始时刻的状态。注意：初相的大小和时间起点的选择有关，习惯上初相用绝对值小于π的角表示。相位的意义：相位是表示正弦交流电在某一时刻所处状态的物理量，它不仅决定瞬时值的大小和方向，还能反映出正弦交流电的变化趋势。2、相位差：两个同频正弦交流电，任一瞬间的相位之差就叫做相位差，用符号φ表示。即：02010201)()(tt（式5-4）如图3所示。可见，两个同频率的正弦交流电的相位差，就是初相之差。它与时间无关，在正弦量变化过程中的任一时刻都是一个常数。它表明了两个正弦量之间在时间上的超前或滞后关系。在实际应用中，规定用绝对值小于π的角度（弧度值）表示相位差。以图3所示为例：注意：如果已知正弦交流电的振幅、频率（或者周期、角频率）和初相（三者6教学过程缺一不可），就可以用解析式或波形图将该正弦交流电唯一确定下来。因此，振幅（最大值或有效值）、频率（或周期、角频率）、初相叫做正弦交流电的三要素。四、交流电的有效值一个直流电流与一个交流电流分别通过阻值相等的电阻，如果通电的时间相同，电阻R上产生的热量也相等，那么直流电的数值叫做交流电的有效值。电流、电压、电动势的有效值，分别用大写字母I、U、E来表示。注意：交流电有效值的概念是从能量角度进行定义的。如果正弦交流电的最大值越大，它的有效值也越大；最大值越小，它的有效值也越小。理论和实验都可以证明，正弦交流电的最大值是有效值的2倍。有效值和最大值是从不同角度反映交流电流强弱的物理量。通常所说的交流电的电流、电压、电动势的值，不作特殊说明的都是有效值。例如，市电电压是220V，是指其有效值为220V。例题2：有一电热器，接到电压有效值为10V的直流电源上，产生一定的热功率；现将它改接到一交流电源上，所产生的热功率为接到直流电源时的一半，则该交流电源电压的最大值是多少？解：直流电源：热功率为P=U2/R=102/R交流电源：热功率为P/=U/2/R因为P/=P/2，所以U/=7.07V，该交流电源电压的最大值Um=10V。例题3：有一电热器，接到一电压最大值为10V的交流电源上，煮沸一壶开水所用时间为t，现将电热器改接到另一交流电源上，煮沸相同一壶开水所用时间为t/3，则该交流电源电压的最大值是多少？解：一交流电源上，热量Q=U2t/R=（0.707×10）2t/R=50t/R接到另一交流电源上，热量Q=U/2t//R=U/2t/3R所以该交流电源电源有效值U/=12.24V，最大值U/m=17.32V。提示：在前面的学习中，我们曾经提到：在选择电器的耐压时，必须考虑电路中电压的最大值；选择最大允许电流时，同样也是考虑电路中出现的最大电流。例如：耐压为220V的电容，不能接到电压有效值为220V的交流电路上，因为电压的有效值为220V，对应最大值为311V，会使电容器因击穿而损坏。小结1、线圈在匀强磁场中旋转，线圈所围面积的磁通量发生变化，产生感应电动势，外电路闭合时，有交变电流。线圈每旋转一周，两次经过中性面，电流方向改变两次；线圈两次与中性面垂直时达到峰值。如此产生的交流电安正弦规律变化。2、正弦交流电的解析式，以及振幅、频率（或周期、角频率）、初相等。3、交流电有效值的概念是从能量角度加以定义，即交流电与直流电在热效应相等的条件下，直流电的电压（电流强度）值为交流电压（电流强度）的有效值。反馈学生接受知识效果良好，作业质量较高。作业P122练习中3、计算题反思加强学生理解能力的培养，着重基本概念的理解和运用。7四川省仁寿县职业中专学校理论教学教案专业电子班次春二授课教师王朝辉课程电工技术基础课题第二节旋转相量与相量课型新授课时数3课时内容1、正弦交流电的三种表示方法；2、相量求和与求差。教学程序看书、讲授、小结学情分析学生刚接触新知识。教学方法手段讲授法黑板+粉笔重点难点相量求和与求差。板书设计第二节旋转相量与相量一、解析法表示正弦交流电三、相量表示正弦交流电二、波形图表示正弦交流电四、相量求和与求差教学过程新课内容：一、解析式表示法——用三角函数式表示正弦交流电随时间变化的关系。正弦交流电的电动势、电压和电流的解析式分别为：从上式知：已知交流电的有效值（或最大值）、频率（或周期、角频率）和初相，就可写出它的解析式，从而也可算出交流电任何瞬时的瞬时值。二、波形图表示法——在平面直角坐标系中，将时间t或角度ωt作为横坐标，与之对应的e，u，i的值作为纵坐标，作出e，u，i随时间t或角度ωt变化的曲线，这种方法叫图像法，这种曲线叫交流电的波形图，它的优点是可以直观地看出交流电的变化规律。五点法画正弦波形图(画一个周期内的波形)。α0π/2π3π/22πsinα010—10参数起点波峰反相点波谷终点ωt—φ0π/2—φ0π—φ03π/2—φ02π—φ0瞬时值0max0—max0第一步画坐标——时间t或角度ωt作为横坐标，与之对应的e，u，i的值作为纵坐标。第二