第五章交变电流Word文档下载推荐.docx

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［生］对这个问题有浓厚的兴趣,讨论热烈.

［师］多媒体课件打出下图.当abcd线圈在磁场中绕OO′轴转动时,哪些边切割磁感线?

［生］ab与cd.

［师］当ab边向右、cd边向左运动时,线圈中感应电流的方向如何?

［生］感应电流是沿着a→b→c→d→a方向流动的.

［师］当ab边向左、cd边向右运动时,线圈中感应电流的方向如何?

［生］感应电流是沿着d→c→b→a→d方向流动的.

［师］正是这两种情况交替出现,在线圈中产生了交变电流.当线圈转到什么位置时,产生的感应电动势最大?

［生］线圈平面与磁感线平行时,ab边与cd边线速度方向都跟磁感线方向垂直,即两边都垂直切割磁感线,此时产生感应电动势最大.

［师］线圈转到什么位置时,产生的感应电动势最小?

［生］当线圈平面跟磁感线垂直时,ab边和cd边线速度方向都跟磁感线平行,即不切割磁感线,此时感应电动势为零.

［师］利用多媒体课件,屏幕上打出中性面概念:

（1）中性面——线框平面与磁感线垂直位置.

（2）线圈处于中性面位置时,穿过线圈Φ最大,但

=0.

（3）线圈越过中性面,线圈中I感方向要改变.线圈转一周,感应电流方向改变两次.

2.交变电流的变化规律

设线圈平面从中性面开始转动,角速度是ω.经过时间t,线圈转过的角度是ωt,ab边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于ωt,如右图所示.设ab边长为L1,bc边长L2,磁感应强度为B,这时ab边产生的感应电动势多大?

［生］eab=BL1vsinωt=BL1·

ωsinωt=

BL1L2sinωt

［师］cd边中产生的感应电动势跟ab边中产生的感应电动势大小相同,又是串联在一起,此时整个线框中感应电动势多大?

［生］e=eab+ecd=BL1L2ωsinωt

［师］若线圈有N匝时,相当于N个完全相同的电源串联,e=NBL1L2ωsinωt,令Em=NBL1L2ω,叫做感应电动势的最大值,e叫做感应电动势的瞬时值.请同学们阅读教材,了解感应电流的最大值和瞬时值.

［生］根据闭合电路欧姆定律,感应电流的最大值Im=

感应电流的瞬时值i=Imsinωt.

［师］电路的某一段上电压的瞬时值与最大值等于什么?

［生］根据部分电路欧姆定律,电压的最大值Um=ImR,电压的瞬时值U=Umsinωt.

［师］电动势、电流与电压的瞬时值与时间的关系可以用正弦曲线来表示,如下图所示:

3.几种常见的交变电波形

三、小结

本节课主要学习了以下几个问题：

1.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，线圈中产生正弦式交变电流.

2.从中性面开始计时，感应电动势瞬时值的表达式为e=NBSωsinωt,感应电动势的最大值为Em=NBSω.

3.中性面的特点：

磁通量最大为Φm，但e=0.

六、本节优化训练设计

1.一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势E随时间t的变化如图所示，则下列说法中正确的是

A.t1时刻通过线圈的磁通量为零

B.t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大

C.t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大

D.每当电动势E变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大

2.一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电动势的最大值为311V，线圈在磁场中转动的角速度是100πrad/s.

（1）写出感应电动势的瞬时值表达式.

（2）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路中的总电阻为100Ω，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式.在t=

s时电流强度的瞬时值为多少？

3.一个矩形线圈在匀强磁场中转动产生交流电压为u=220

sin100πtV，则

A.它的频率是50Hz

B.当t=0时，线圈平面与中性面重合

C.电压的平均值是220V

D.当t=

s时，电压达到最大值

4.交流发电机工作时的电动势的变化规律为e=Emsinωt，如果转子的转速n提高1倍，其他条件不变，则电动势的变化规律将变化为

A.e=Emsin2ωt

B.e=2Emsin2ωt

C.e=2Emsin4ωt

D.e=2Emsinωt

参考答案：

1.D

2.解析：

因为电动势的最大值Em=311V，角速度ω=100πrad/s，所以电动势的瞬时值表达式是e=311sin100πtV.

根据欧姆定律，电路中电流强度的最大值为Im=

A=3.11A，所以通过负载的电流强度的瞬时值表达式是i=3.11sin100πtA.

当t=

s时，电流的瞬时值为

i=3.11sin（100π·

）=3.11×

A=1.55A.

3.ABD

4.B

四、作业

问题与练习第3、4题

五、板书设计

●教后记

注重与电磁感应的联系，重视交变电流产生的原理，多与现实生活和生产联系，并注重知识的灵活应用。

突破交变电流的产生这一难点。

第二节描述交变电流的物理量

●教学目标：

一、知识与技能

1知道交变电流的周期和频率，以及它们与转子角速度ω的关系。

2知道交变电流和电压的最大值、瞬时值、有效值等及其关系。

3　知道我国供电线路交变电流的周期和频率。

二、过程与方法

1　用等效的方法得出描述交变电流的有效值。

2学会观察实验，分析图象，由感性认识到理性认识的思维方式。

三、情感态度与价值观

1通过对描述交变电流的物理量的学习，体会描述复杂事物的复杂性，树立科学、严谨的学习和认识事物的态度。

2联系日常生活中的交变电流知识，培养学生将物理知识应用于生活和生产实际的意识，鼓励学生勇于探究与日常生活有关的物理学问题。

●教学重点：

周期、频率的概念，有效值的概念和计算

●教学难点:

:

有效值的概念和计算

●教学方法:

诱思探究教学法

●教学用具：

小灯泡（6V、0.3A）手摇交流发电机模型多媒体投影仪

●教学过程

（一）、复习引入新课

上节课我们研究了矩形线圈在匀强磁场中转动，线圈中会产生正弦交流电。

[师问]如何描述线圈中交变电流的变化规律呢?

[生答]1、公式法：

从中性面开始计时，

2、图象法：

如图所示

[师问]试确定

时刻，图象坐标与线圈转动位置的对应关系？

[生答]

线圈转过的角度分别为：

0、

、

。

[教师指出]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？

由学生自我重现正弦交流电理论推导过程。

教师提示如下关键点①研究对象。

②垂直切割速度。

③等效电路。

④变化规律。

引导学生把两图结合起来分析，增强分析图象的能力。

以达到感性和理性认识的结合。

（二）、讲解新课

首先考虑用什么物理量来描述交变电流变化的快慢呢？

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。

启发式提问

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。

（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。

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：

[说明]

①我国工农业生产和日常生活中用的交变电流周期是0.02S，频率是50Hz，电流方向每秒钟改变100次。

②交变电流的周期和频率跟发电机转子的角速度有关。

越大，周期越短、频率越高。

通过实验激发兴趣，让学生体会到“学有所用”的乐趣。

培养正确的科学态度。

[演示实验]

把小灯泡接在手摇交流发电机模型的输出端。

当转子的转速由小增大时，我们看到，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）：

结合［思考与讨论］进行自主探究式学习

放手让学生思考与讨论，找学生说出自己的分析思路。

教师再略做点评。

最后由学生独立完成该题。

[思考与讨论]

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?

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：

在自主学习过程中让学生体会研究物理问题的一个重要思想——等效思想的应用。

[教师指出]

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

[说明]

1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指有效值。

2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。

物理知识在生活实际中的应用

练习1试写出我国生活用电的规律表达式？

[学生]

V

[析]生活用电的有效值U=220V，频率f=50Hz，所以

V，

Hz。

又表达式

可得。

通过练习加深对有效值概念的理解和应用。

练习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?

[学生板演做题步骤，教师点评]

交变电流一个周期内产生的热量

恒定电流的热量

由有效值定义知

解之

A

由学生完成课堂小结，教师做补充

（三）、课堂小结：

周期或频率：

表示交变电流变化的快慢。

有效值：

表示交变电流的热效应。

正弦交变电流有效值与最大值存在着一定的关系。

（四）、作业

　1.完成课后习题第4、5题

[选做]2．找一台的小型交流发电机，观察它的铭牌和构造，尝试用今天所学知识解释上面的数据和工作原理。

板书设计

5、2描述交变电流的物理量

１．交变电流的周期和频率　　

（3）周期和频率的关系：

２．交变电流的峰值和有效值

1）有效值：

2）正弦交流电有效值与最大值的关系

３.课堂小结

４．作业

教后记

多引导学生，以探究式教学为主，多引用生活和生产中的实例，让学生有亲切感，便于接受，并注重知识的前后联系，形成知识的网路，便于理解和记忆。

突破交变电流各物理量之间的联系，以及对它们的理解和应用这一重难点。

第三节电感和电容对交变电流的影响

肥城市第六高级中学张峰

知识目标

　　1、理解为什么电感对交变电流有阻碍作用．

　　2、知道用感抗来表示电感对交变电流阻碍作用的大小，知道感抗与哪些因素有关．

　　3、知道交变电流能通过电容器．知道为什么电容器对交变电流有阻碍作用．

　　4、知道用容抗来表示电容对交变电流阻碍作用的大小，知道容抗与哪些因素有关．

能力目标

　1.培养学生独立思考的思维习惯.

2.使学生理解如何建立新的物理模型而培养学生处理解决新问题能力．

情感目标

　　1、通过电感和电容对交流电的阻碍作用体会事物的相对性与可变性．

2、培养学生尊重事实，实事求是的科学精神和科学态度．

1.电感、电容对交变电流的阻碍作用.

2.感抗、容抗的物理意义.

1.感抗的概念及影响感抗大小的因素.

2.容抗的概念及影响容抗大小的因素.

实验法、阅读法、讲解法.

双刀双掷开关、学生用低压交直流电源、灯泡（6V、0.3A）、线圈（用变压器的副线圈）、电容器（“103μF、15V”与“200μF、15V”）2个、两个扼流圈、投影片、投影仪.

［师］在直流电路中，影响电流跟电压关系的只有电阻.在交流电路中，影响电流跟电压关系的，除了电阻外，还有电感和电容.电阻器、电感器、电容器是交流电路中三种基本元件.这节课我们学习电感、电容对交变电流的影响.

1.电感对交变电流的阻碍作用

［演示］电阻、电感对交、直流的影响.实验电路如下图甲、乙所示：

［师］首先演示甲图，电键分别接到交、直流电源上，引导学生观察两次灯的亮度，说明了什么道理？

［生］灯的亮度相同.说明电阻对交流和直流的阻碍作用相同.

［师］再演示乙图，电键分别接到交、直流电源上，引导学生观察两次灯的亮度，说明了什么道理？

［生］电键接到直流上，亮度不变；

接到交流上时，灯泡亮度变暗.说明线圈对直流电和交流电的阻碍作用不同.

［师］确实如此.线圈对直流电的阻碍作用只是电阻；

而对交流电的阻碍作用除了电阻之外，还有电感.为什么会产生这种现象呢？

［生］由电磁感应的知识可知，当线圈中通过交变电流时，产生自感电动势，阻碍电流的变化.

［师］电感对交变电流阻碍作用的大小，用感抗（XL）来表示.感抗的大小与哪些因素有关？

［生］感抗决定于线圈的自感系数和交流电的频率.线圈的自感系数越大，自感作用就越大，感抗就越大；

交变电流的频率越高，电流变化越快，自感作用越大，感抗越大.

［师］线圈在电子技术中有广泛应用，有两种扼流圈就是利用电感对交变电流的阻碍作用制成的.出示扼流圈，并介绍其构造和作用.

（1）低频扼流圈

构造：

线圈绕在闭合铁芯上，匝数多，自感系数很大.

作用：

对低频交流电有很大的阻碍作用.即“通直流、阻交流”.

（2）高频扼流圈

线圈绕在铁氧体芯上，线圈匝数少，自感系数小.

对低频交变电流阻碍小，对高频交变电流阻碍大.即“通低频、阻高频”.

2.交变电流能够通过电容器

［演示］电容对交、直流的影响.实验电路如图所示：

［师］开关S分别接到直流电源和交流电源上，观察到什么现象？

说明了什么道理？

［生］接通直流电源，灯泡不亮；

接通交流电源，灯泡亮了.说明了直流电不能够通过电容器，

交流电能够“通过”电容器.

［师］电容器的两极板间是绝缘介质，为什么交流电能够通过呢？

用CAI课件展示电容器接到交流电源上，充、放电的动态过程.强调自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘介质，只是当电源电压升高时电容器充电，电荷向电容器的极板上集聚，形成充电电流；

当电源电压降低时电容器放电，电荷从电容器的极板上放出，形成放电电流.电容器交替进行充电和放电，电路中就有了电流，表现为交流通过了电容器.

3.电容器对交变电流的阻碍作用

［演示］电容器对交变电流的影响

［师］将刚才实验电路中“1000μF、15V”的电容器去掉，观察灯泡的亮度，说明了什么道理？

［生］灯泡的亮度变亮了.说明电容器对交变电流也有阻碍作用.

［师］的确是这样.物理上用容抗（XC）来表示电容器对交变电流阻碍作用的大小.容抗跟哪些因素有关呢？

［生］容抗决定于电容器电容的大小和交流电的频率.电容越大，在同样电压下电容器容纳电荷越多，因此充放电的电流越大，容抗就越小；

交流电的频率越高，充放电进行得越快，充放电电流越大，容抗越小.即电容器的电容越大，交变电流频率越高，容抗越小.电容器具有“通交流、隔直流”“通高频、阻低频”的特点.

［师］介绍电感、电容的广泛存在.

1.由于电感线圈中通过交变电流时产生自感电动势，阻碍电流变化，对交变电流有阻碍作用.电感对交变电流阻碍作用大小用感抗来表示.线圈自感系数越大，交变电流的频率越高，感抗越大，即线圈有“通直流、阻交流”或“通低频，阻高频”特征.

2.交变电流“通过”电容器过程，就是电容器充放电过程.由于电容器极板上积累电荷反抗自由电荷做定向移动，电容器对交变电流有阻碍作用.用容抗表示阻碍作用的大小.电容器的电容越大，交流的频率越高，容抗越小.故电容器在电路中有“通交流、隔直流”或“通高频、阻低频”特征.

四、作业问题与练习1、2、3

1.有一电阻极小的导线绕制成线圈接在交流电上，如果电源电压峰值保持不变，比较下面哪种情况，通过线圈的电流最小

A.所加电源频率为50Hz

B.所加电源频率为100Hz

C.所加电源频率为50Hz，减少线圈匝数

D.在线圈中加入铁芯，所加电源频率为100Hz

2.有两个电容分别为C1=5μF,C2=3μF的两电容器，分别加在峰值一定的交流电源上，比较下列哪种情况通过电容器的电流最大

A.在C1上加f=50Hz的交变电流

B.在C2上加f=50Hz的交变电流

C.在C1上加f=60Hz的交变电流

D.在C2上加f=60Hz的交变电流

3.一段长直导线接在交流电源上时电流为I1，如果把这段长直导线密绕成线圈，现接入原电路，通过线圈的电流为I2，则

A.I2>

I1B.I2<

I1

C.I2=I1D.条件不足，无法比较

1.D2.C3.B

七、教后记

　　1、根据电磁感应的知识，学生不难理解感抗的概念和影响感抗大小的因素．教学中要注意适当复习或回忆已学过的有关知识，让学生自然地得出结论．这样既有利于理解新知识，又可以培养学生的能力，使学生学会如何把知识联系起来，形成知识结构，进而独立地获取新知识．

　　2、对交变电流可以“通过”电容器的道理，课本用了一个形象的模拟图，结合电容器充、放电的过程加以说明，使学生有所了解即可．对于容抗的概念和影响容抗大小的因素，课本是直接给出的，让学生知道就可以了，不要作更深的讨论．

　　3、本节最后，结合实际说明了电容的广泛存在，可以适当加以扩展和引伸，以开阔学生思路和引导学生在学习中注意联系实际问题．

4、在教学中尽管利用小灯泡的亮暗进行实验对比，现象明显，但学生由感性认识到理性理解的过渡还是不易接受。

究其原因，还是因为学生对电容器和电感线圈这两个物理元件比较陌生，这一点在讲解《闭合电路欧姆定律》中的含容电路时表现就比较明显，所以学生对知识的认识是一个循序渐进的过程。

第四节变压器

肥城市第六高级中学梁文庆

教学目标

（一）知识与技能

1．了解变压器的构造及工作原理。

2．　掌握理想变压器的电压、电流与匝数间关系。

3．掌握理想变压器工作规律并能运用解决实际问题。

（二）过程与方法

1． 

通过观察演示实验，培养学生物理观察能力和正确读数的习惯。

2． 

从变压器工作规律得出过程中培养学生处理实验数据及总结概括能力。

3． 

从理想变压器概念引入使学生了解物理模型建立的基础和建立的意义。

（三）情感、态度与价值观

1．通过原副线圈的匝数与绕线线径关系中体会物理学中的和谐、统一美。

2．让学生充分体会能量守恒定律的普遍性及辩证统一思想。

3．培养学生尊重事实，实事求是的科学精神和科学态度。

教学重点

变压器工作原理及工作规律。

教学难点

（1）理解副线圈两端的电压为交变电压。

（2）推导变压器原副线圈电流与匝数关系。

（3）掌握公式中各物理量所表示对象的含义。

教学方法

实验法理想化模型法讲授法

教学用具

可拆式变压器、交流电流表（2只）、交流电压表（2只）、导线若干

学生电源、小电珠（5只、2.5V，0.3A）、电键（4只）

教学过程

一．引入新课

幻灯打出一组数据

从以上表格可看到各类用电器额定工作电压往往不同，可我们国家民用统一供电均为220V，那这些元件是如何正常工作的呢？

出示已拆录音机，指出变压器。

这就靠我们这节将要学习的变压器来实现升压、降压，从而使我们各类用电器在供电电压220V以下都能正常工作。

出示可拆式变压器

二．讲授新课

1.构造

请同学观察实物并回答变压器由哪些部分组成。

变压器由一个闭合铁心和两个绕在铁心上的线圈组成。

闭合铁心是由极薄彼此绝缘的硅钢片叠压而成，（实物呈现，各组由前往后传）现在我们用符号来表示变压器。

强调线圈必须绕在铁心上，其中与电源连接叫原线圈，也叫初级线圈。

另一个与负载连接叫副线圈，也叫次级线圈。

2.变压器的工作原理。

原副线圈都是用绝缘导线绕成，原副线圈彼此间没有直接关系。

但闭合铁芯使原副线圈发生了联系。

原线圈输入交变电压，则原线圈中就有交变电流，请同学们思考铁芯闭合与没有闭合两种情况的磁感线分布图。

当铁芯闭合，原线圈产生的磁感线几乎全部分布在铁芯内部。

当铁芯不闭合副线圈通过的磁通量减少。

由于原线圈中通的是交变电流，因而铁芯中的磁通量是变化的，那么通过副线圈的磁通量也发生变化，这样副线圈两端有电压吗？

为什么？

如果有那副线圈两端电压U2变化吗？

[演示]

学生