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    高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册2 交变电流的描述教案

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    这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册2 交变电流的描述教案,共7页。教案主要包含了教学目标,教学重难点,教学过程等内容,欢迎下载使用。

    交变电流的描述

     

    【教学目标】

    一、知识与技能

    1.理解什么是交变电流的峰值和有效值,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。

    三、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】

    1.交变电流有效值概念。

    2.交变电流有效值概念及计算。

    【教学过程】

    一、复习导入

    1交变电流(AC

    电流、电压大小和方向随时间做周期性变化,这样的电流叫作交变电流。

    2正弦式交变电流

    1)最大值(峰值):

    2)瞬时值:

    3正弦交流电的变化规律:(从中性面开始计时)

    瞬时电动势

    瞬时电流

    瞬时电压

    二、新课教学

    (一)周期和频率

    请同学们阅读教材,回答下列问题:

    1)什么叫交变电流的周期?

    2)什么叫交变电流的频率?

    3)它们之间的关系是什么?

    4)我国使用的交变电流的周期和频率各是多大?

    1交变电流完成一次周期性的变化所用的时间,叫做交变电流的周期,用T表示。

    2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,用f表示。

    T=1/f

    我国使用的交变电流频率f=50Hz,周期T=0.02s

    3.角速度:一秒内线圈在匀强磁场中转动的角度(弧度)表示

    峰值和有效值

    1峰值交变电流在一个周期内所能达到的最大数值。(

    [演示]电容器的耐压值

    将电容器(8V500μF)接在学生电源上充电,接8V电压时电容器正常工作,接16V电压时,几分钟后闻到烧臭味,后听到爆炸声。

    电容器的耐压值是指能够加在它两端的最大电压,若电源电压的最大值超过耐压值,电容器可能被击穿。但是交变电流的最大值不适于表示交变电流产生的效果,在实际中通常用有效值表示交变电流的大小。

    结合上节课所学,交变电流的峰值为:

    思考与讨论:

    1)如图所示电流I=2A通过一个R=2Ω的电阻。它是恒定电流。怎样计算通电1s内电阻R中产生的热量?

    解:根据焦耳定律得:

    (2)如图所示电I通过一个R=1Ω的电阻。它不是恒定电流。

    怎样计算通电1s内电阻R产生的热量?

    ②如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通过这个电阻R也能在1s内产生同样的热量,这个电流是多大?

    解:根据焦耳定律得:

    解:根据焦耳定律得:所以

    2有效值让交流电和恒定电流通过同样的电阻,如果它们在相同时间内,产生热量相等,把恒定电流的值叫交流电的有效值。(抓三同)

    物理意义:描述交流电做功或热效应的物理量。

    正弦交流电的有效值与最大值的关系:

       

    重点说明

    1.任何电流都有有效值,但上述关系只限于正弦交变电流,对其他形式的交变电流并不适用。需按定义计算。

    2.交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值。

    3.交流电流表和交流电压表的读数是有效值,对于交流电若有特殊说明的均指有效值。

    4.在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值。

    展示电器铭牌再次说明有效值的含义。

    [注意]

    1.在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值。

    2求通过某导体截面的电量一定要用平均值。

    正弦式交变电流的公式和图像

    根据以上所学,结合上节课对交变电流的图像的学习,巩固正弦式交变电流的图像与公式联系。

    时电压

    拓展学习电感器和电容器对交变电流的作用

    1演示电阻对直流和交流的阻碍作用。

    根据实验现象,得出结论:电阻对直流和交流有相同阻碍作用再次温习电阻定律:,复习影响电阻大小的因素。

    2演示电感对直流和交流的阻碍作用。

    根据实验现象,得出结论:电感通直流,阻交流给出公式:,说明影响感抗的因素,并且得出:电感通低频,阻高频

    3演示电容对直流和交流的阻碍作用。

    根据实验现象,得出结论:电容隔直流,阻交流给出公式:,说影响容抗的因素,并且得出:电容通高频,阻低频

    、巩固练习

    1.下面关于交变电流的说法中正确的是(    

    A.交流电器设备上所标的电压和电流值是交流的最大值

    B.用交流电流表和电压表测定的读数值是交流的瞬时值

    C.给定的交流数值,在没有特别说明的情况下都是指有效值

    D.跟交流有相同的热效应的直流的数值是交流的有效值

    答案:CD

    点评:有效值、最大值和瞬时值的物理意义

    2.一只“220V100W”的灯泡接在u=311sin314tV的交变电源上,则下列判断正确的是(    

    A.灯泡能正常发光

    B.与灯泡串联的电流表的示数为0.45A

    C.与灯泡并联的电压表的示数为220V

    D.通过灯泡的电流的表达式为i=0.64sin314tA

    解析:从电压瞬时值表达式知电压有效值为220V,故“220V100W”灯泡接在此交流电源上能正常发光,故A正确。通过灯的电流I=100W/220V=0.45A,也是与灯串联电流表的示数,故B正确。电压表与灯并联测得的也是灯的电压有效值,故示数为220V,所以C选项也正确通过灯的电流的有效值为0.45A,故其最大值Im=×0.45A=0.64A,故D选项也正确。本题答案为ABCD

    答案:ABCD

    点评:从瞬时值表达式找出最大值及周期

    3.将正弦交流电经过整流器处理后,得到的电流波形刚好去掉半周,如图所示,它的有效值是(    

    A2A      BA

    CA     D1A

    答案:B

    点评:运用有效值的定义进行分析

    4.某交变电流表串联一电阻构成交变电压表,总电阻R=2kΩ,然后将改装的电表接到u=311sin100πtV的交流电源上,则(    

    A.通过电流表电流的瞬时值为0.11sin100πtA

    B.作为改装的电压表,其两端电压的瞬时值为311sin100πtV

    C.电流表的示数为0.11A

    D.作为改装的电压表,其示数应为311V

    解析:交流电表接入交变电流电路后,其示数均为有效值,但通过的电流还是交变电流的瞬时值,两端的电压也是瞬时值,电压的最大值是311V,有效值是220V;电流最大值是311/2000A=0.1555A,而有效值为0.11A,故选BC

    答案:BC

    点评:通过电压表的电流仍然是交变电流

    5.某交变电压随时间的变化规律如图所示,则此交变电流的频率为_______Hz。若将此电压加在10μF的电容器上,则电容器的耐压值不应小于_______V;若将该电压加在一阻值为1的电阻器上,该电阻器正好正常工作,为了避免意外事故的发生,该电路中保险丝的额定电流不能低于_______A

    解析:由图象可知此正弦交变电压的周期T=0.02s,频率f=1/T=50Hz;将该电压加在电容器上,电容器的耐压值不能小于200V;若将该电压加在电阻上,电压有效值为U=200/V=100V,电流为I=U/R=0.141A,保险丝的额定电流应略大于电路中正常工作电流。

    答案:50  200  0.15

    点评:电容器和二极管的耐压值均为交变电流最大值.所有用电器的额定值,交流电表的测量值,涉及到电流做功、能量转化的计算值,平常所说交变电流值均为有效值

    6.电容器的两个极板间的电压如果太高,绝缘层就会击穿,损坏电容器,电容器的耐压值一般都标在外壳上。有些电容器是用在交流电路中的。一个标有耐压250V的电容器,能否用在220V的交流电路中?为什么?

    解析:不能。因为电容器上标的耐压250V,是指电容器所能承受的电压值(若超过250V,就会使电容器极板间的绝缘物质被击穿而导电),而通常所说的交流电路的电压是220V,指的是电压的有效值,它的最大值为×220V=310V,这个电压高于250V,所以这个电容器不能用。

    点评:电流表的读数是指有效值,闭合电路欧姆定律同样适用。

    7.小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速ω绕垂直于磁场方向的固定轴转动,线圈匝数n=100,穿过每匝线圈的磁通量Φ随时间按正弦规律变化,如图所示,发电机内r=5.0Ω,外电路电阻R=95Ω,已知感应电动势的最大值Em=nωΦm,其中Φm为穿过每匝线圈磁通量的最大值,求串联在外电路中的交流电流表(内阻不计)的读数。

    解析:感应电动势的最大值:

    Em=nΦmω

    设线圈在磁场中转动的周期为T,则有

    ω=

    根据欧姆定律,电路中的电流的最大值为:

    Im=

    有效值:I=Im

    由题中给定的Φ-t图象可得:

    Φm=1.0×10-1WbT=3.14×10-2s

    解以上各式,并代入数据,得:

    I=14.1A

    点评:只有超过220V的电压时才发光,可先推算一个周期内的发光时间。

    8.有一交变电压的变化规律为U=311sin314tV,若将一辉光电压是220V的氖管接上此交变电压,则在1s内氖管发光的时间是多少?

    解析:“辉光电压是220V”的含义是:只要加在氖管上的电压的大小(绝对值)不小于220V,氖管就会发光。

    根据U=311sin314tV,可知交变电压的周期:

    T=s=6.28/3.14=1/50s

    U=220V代入U=311sin314t,可得在0~T/21/100s)内,交变电压瞬时值恰等于辉光电压的两个时刻分别为:

    t1=1/400st2=3/400s

    0~T/2时间内,氖管发光时间(电压瞬时值不小于辉光电压的时间)为

    Δt=t2-t1=3/400-1/400s=1/200s

    1s内氖管发光的总时间为

    t=2×Δt=100Δt=0.5s

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