物理选修32 描述交变电流的物理量教学设计及反思

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描述交变电流的物理量新知识课 2月20日教学目标：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。过程与方法：能应用数学工具描述和分析处理物理问题。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。教学重点：交变电流有效值概念教学难点：交流电有效值概念及计算教学过程：新课导入：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：从垂直于中性面开始计时：今天我们来学习描述交变电流的物理量。新课教学：（一）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：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。线圈转动的角速度ω与频率的关系：（二）峰值和有效值：峰值：交变电流的最大值（和）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： 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。有效值与平均值的区别：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（）对时间的平均值，，求得平均电动势就可求得平均电流和平均电压。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。【解析】取一个周期T的时间：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。【解析】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。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。【解析】例4、交流发电机矩形线圈的边长 ab=cd=40cm，bc=ad=20cm，共50匝，线圈电阻r=1 Ω。线圈在B=0.2T的匀强磁场中，绕垂直磁场方向的轴OO’以 r/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【解析】（1）Em=NBSω=50×0.2×0.4×0.2××2π V=160 VI= A=8 AU=IR=72 V≈101.8V（2）P=UI=72×8 W=1152 W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：正弦式交流电最大值与有效值的关系：,（3）有效值和平均值的区别作业：创新课时训练P23-24