高中人教物理選擇性必修二(教案)交變電流的描述

1、7/7交變電流的描述【教學(xué)目標(biāo)】一、知識(shí)與技能1理解什么是交變電流的峰值和有效值，知道它們之間的關(guān)系。2理解交變電流的周期、頻率以及它們之間的關(guān)系。知道我國(guó)生產(chǎn)和生活用電的周期（頻率）的大小。二、過(guò)程與方法能應(yīng)用數(shù)學(xué)工具描述和分析處理物理問(wèn)題。三、情感、態(tài)度與價(jià)值觀讓學(xué)生了解多種電器銘牌，介紹現(xiàn)代科技的突飛猛進(jìn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情?！窘虒W(xué)重難點(diǎn)】1交變電流有效值概念。2交變電流有效值概念及計(jì)算?！窘虒W(xué)過(guò)程】一、復(fù)習(xí)導(dǎo)入1交變電流（AC）電流、電壓大小和方向隨時(shí)間做周期性變化，這樣的電流叫作交變電流。2正弦式交變電流（1）最大值（峰值）：Em、Um、Im（2）瞬時(shí)值：u、i、e3正弦交流電的變化

2、規(guī)律：（從中性面開始計(jì)時(shí)）瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)e=Emsint瞬時(shí)電流i=Imsint瞬時(shí)電壓u=Umsint二、新課教學(xué)（一）周期和頻率請(qǐng)同學(xué)們閱讀教材，回答下列問(wèn)題：（1）什么叫交變電流的周期？（2）什么叫交變電流的頻率？（3）它們之間的關(guān)系是什么？（4）我國(guó)使用的交變電流的周期和頻率各是多大？1交變電流完成一次周期性的變化所用的時(shí)間，叫做交變電流的周期，用T表示。2交變電流在1s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，叫做交變電流的頻率，用f表示。T=1/f我國(guó)使用的交變電流頻率f=50Hz，周期T=0.02s。3角速度：一秒內(nèi)線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的角度（弧度），用表示。=2T=2f（二）峰值和有效值1峰值：交變

3、電流在一個(gè)周期內(nèi)所能達(dá)到的最大數(shù)值。（Em、Um、Im）演示電容器的耐壓值將電容器（8V，500F）接在學(xué)生電源上充電，接8V電壓時(shí)電容器正常工作，接16V電壓時(shí)，幾分鐘后聞到燒臭味，后聽(tīng)到爆炸聲。電容器的耐壓值是指能夠加在它兩端的最大電壓，若電源電壓的最大值超過(guò)耐壓值，電容器可能被擊穿。但是交變電流的最大值不適于表示交變電流產(chǎn)生的效果，在實(shí)際中通常用有效值表示交變電流的大小。結(jié)合上節(jié)課所學(xué)，交變電流的峰值為：Em=NBS思考與討論：（1）如圖所示電流I=2A通過(guò)一個(gè)R=2的電阻。它是恒定電流。怎樣計(jì)算通電1s內(nèi)電阻R中產(chǎn)生的熱量？解：根據(jù)焦耳定律得：Q=I2Rt=2221J=8J（2）如圖所

4、示電流I通過(guò)一個(gè)R=1的電阻。它不是恒定電流。怎樣計(jì)算通電1s內(nèi)電阻R中產(chǎn)生的熱量？如果有一個(gè)大小、方向都不變的恒定電流通過(guò)這個(gè)電阻R也能在1s內(nèi)產(chǎn)生同樣的熱量，這個(gè)電流是多大？解：根據(jù)焦耳定律得：Q=I2Rt=2210.2+2210.32J=2.8J解：根據(jù)焦耳定律得：Q=I2Rt，所以I=QRt=2.811A=1.67A2有效值：讓交流電和恒定電流通過(guò)同樣的電阻，如果它們?cè)谙嗤瑫r(shí)間內(nèi)，產(chǎn)生熱量相等，把恒定電流的值叫交流電的有效值。（抓三同）物理意義：描述交流電做功或熱效應(yīng)的物理量。正弦交流電的有效值與最大值的關(guān)系：U=22Um I=22Im重點(diǎn)說(shuō)明：1任何電流都有有效值，但上述關(guān)系只限于正

5、弦交變電流，對(duì)其他形式的交變電流并不適用。需按定義計(jì)算。2交流用電器的額定電壓和額定電流指的是有效值。3交流電流表和交流電壓表的讀數(shù)是有效值，對(duì)于交流電若有特殊說(shuō)明的均指有效值。4在求交流電的功、功率或電熱時(shí)必須用交流電的有效值。展示電器銘牌再次說(shuō)明有效值的含義。注意1在求交流電的功、功率或電熱時(shí)必須用交流電的有效值。2求通過(guò)某導(dǎo)體截面的電量一定要用平均值。（三）正弦式交變電流的公式和圖像根據(jù)以上所學(xué)，結(jié)合上節(jié)課對(duì)交變電流的圖像的學(xué)習(xí)，鞏固正弦式交變電流的圖像與公式的聯(lián)系。瞬時(shí)電壓u=Umsint=Umsin2Tt=2Usin2Tt（四）拓展學(xué)習(xí)：電感器和電容器對(duì)交變電流的作用1演示：電阻對(duì)直

6、流和交流的阻礙作用。根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出結(jié)論：電阻對(duì)直流和交流有相同阻礙作用。再次溫習(xí)電阻定律：R=lS，復(fù)習(xí)影響電阻大小的因素。2演示：電感對(duì)直流和交流的阻礙作用。根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出結(jié)論：電感器通直流，阻交流。給出公式：E=LIt，說(shuō)明影響感抗的因素，并且得出：電感器通低頻，阻高頻。3演示：電容對(duì)直流和交流的阻礙作用。根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出結(jié)論：電容器隔直流，阻交流。給出公式：XC=12C，說(shuō)明影響容抗的因素，并且得出：電容器通高頻，阻低頻。三、鞏固練習(xí)1下面關(guān)于交變電流的說(shuō)法中正確的是（ ）A交流電器設(shè)備上所標(biāo)的電壓和電流值是交流的最大值B用交流電流表和電壓表測(cè)定的讀數(shù)值是交流的瞬時(shí)值C給定的交

7、流數(shù)值，在沒(méi)有特別說(shuō)明的情況下都是指有效值D跟交流有相同的熱效應(yīng)的直流的數(shù)值是交流的有效值答案：CD點(diǎn)評(píng)：有效值、最大值和瞬時(shí)值的物理意義。2一只“220V，100W”的燈泡接在u=311sin314tV的交變電源上，則下列判斷正確的是（ ）A燈泡能正常發(fā)光B與燈泡串聯(lián)的電流表的示數(shù)為0.45AC與燈泡并聯(lián)的電壓表的示數(shù)為220VD通過(guò)燈泡的電流的表達(dá)式為i=0.64sin314tA解析：從電壓瞬時(shí)值表達(dá)式知電壓有效值為220V，故“220V，100W”燈泡接在此交流電源上能正常發(fā)光，故A正確。通過(guò)燈的電流I=100W/220V=0.45A，也是與燈串聯(lián)電流表的示數(shù)，故B正確。電壓表與燈并聯(lián)測(cè)

8、得的也是燈的電壓有效值，故示數(shù)為220V，所以C選項(xiàng)也正確。通過(guò)燈的電流的有效值為0.45A，故其最大值Im=20.45A=0.64A，故D選項(xiàng)也正確。本題答案為ABCD。答案：ABCD點(diǎn)評(píng)：從瞬時(shí)值表達(dá)式找出最大值及周期。3將正弦交流電經(jīng)過(guò)整流器處理后，得到的電流波形剛好去掉半周，如圖所示，它的有效值是（ ）A2AB 2AC 2/2AD1A答案：B點(diǎn)評(píng)：運(yùn)用有效值的定義進(jìn)行分析。4某交變電流表串聯(lián)一電阻構(gòu)成交變電壓表，總電阻R=2k，然后將改裝的電表接到u=311sin100tV的交流電源上，則（ ）A通過(guò)電流表電流的瞬時(shí)值為0.11sin100tAB作為改裝的電壓表，其兩端電壓的瞬時(shí)值為3

9、11sin100tVC電流表的示數(shù)為0.11AD作為改裝的電壓表，其示數(shù)應(yīng)為311V解析：交流電表接入交變電流電路后，其示數(shù)均為有效值，但通過(guò)的電流還是交變電流的瞬時(shí)值，兩端的電壓也是瞬時(shí)值，電壓的最大值是311V，有效值是220V；電流最大值是311/2000A=0.1555A，而有效值為0.11A，故選B、C。答案：BC點(diǎn)評(píng)：通過(guò)電壓表的電流仍然是交變電流。5某交變電壓隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖所示，則此交變電流的頻率為_Hz。若將此電壓加在10F的電容器上，則電容器的耐壓值不應(yīng)小于_V；若將該電壓加在一阻值為1k的電阻器上，該電阻器正好正常工作，為了避免意外事故的發(fā)生，該電路中保險(xiǎn)絲的額定電流

10、不能低于_A。解析：由圖象可知此正弦交變電壓的周期T=0.02s，頻率f=1/T=50Hz；將該電壓加在電容器上，電容器的耐壓值不能小于200V；若將該電壓加在電阻上，電壓有效值為U=200/2V=1002V，電流為I=U/R=0.141A，保險(xiǎn)絲的額定電流應(yīng)略大于電路中正常工作電流。答案：50 200 0.15點(diǎn)評(píng)：電容器和二極管的耐壓值均為交變電流最大值.所有用電器的額定值，交流電表的測(cè)量值，涉及到電流做功、能量轉(zhuǎn)化的計(jì)算值，平常所說(shuō)交變電流值均為有效值。6電容器的兩個(gè)極板間的電壓如果太高，絕緣層就會(huì)擊穿，損壞電容器，電容器的耐壓值一般都標(biāo)在外殼上。有些電容器是用在交流電路中的。一個(gè)標(biāo)有耐

11、壓250V的電容器，能否用在220V的交流電路中？為什么？解析：不能。因?yàn)殡娙萜魃蠘?biāo)的耐壓250V，是指電容器所能承受的電壓值（若超過(guò)250V，就會(huì)使電容器極板間的絕緣物質(zhì)被擊穿而導(dǎo)電），而通常所說(shuō)的交流電路的電壓是220V，指的是電壓的有效值，它的最大值為：2220V=310V，這個(gè)電壓高于250V，所以這個(gè)電容器不能用。點(diǎn)評(píng)：電流表的讀數(shù)是指有效值，閉合電路歐姆定律同樣適用。7小型發(fā)電機(jī)內(nèi)的矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以恒定的角速度繞垂直于磁場(chǎng)方向的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈匝數(shù)n=100，穿過(guò)每匝線圈的磁通量隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，如圖所示，發(fā)電機(jī)內(nèi)阻r=5.0，外電路電阻R=95，已知感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值E

12、m=nm，其中m為穿過(guò)每匝線圈磁通量的最大值，求串聯(lián)在外電路中的交流電流表（內(nèi)阻不計(jì)）的讀數(shù)。解析：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值：Em=nm設(shè)線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的周期為T，則有=2/T根據(jù)歐姆定律，電路中的電流的最大值為：Im=EmR+r有效值：I=22Im由題中給定的-t圖象可得：m=1.010-1Wb，T=3.1410-2s解以上各式，并代入數(shù)據(jù)，得：I=14.1A點(diǎn)評(píng)：只有超過(guò)220V的電壓時(shí)才發(fā)光，可先推算一個(gè)周期內(nèi)的發(fā)光時(shí)間。8有一交變電壓的變化規(guī)律為U=311sin314tV，若將一輝光電壓是220V的氖管接上此交變電壓，則在1s內(nèi)氖管發(fā)光的時(shí)間是多少？解析：“輝光電壓是220V”的含義是：只要加在氖管上的電壓的大?。ń^對(duì)值）不小于220V，氖管就會(huì)發(fā)光。根據(jù)U=311sin314tV，可知交變電壓的周期：