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1、 北京市房山区房山中学高二物理选修 3-25.2 描述交变电流的物理量教案 新人教版 一教学设计 要让学生知道，由于交变电流的电压、电流等的大小和方向都随时间作周期性变化，就需要多一些物理量来描述它不同方面的特性交变电流的有效值表示交变电流产生的平均效果，是教学的重点，也是教学的难点首先要使学生明白引入有效值的必要：由于交变电流的大小和方向随时间变化，它产生的效果也随时间而变化，而实用中常常只要知道它的平均效果就可以了为此引入有效值的概念；进而让学生知道怎样衡量交变电流的平均效果，即用与交变电流有相同热效应的直流来表示交变电流的平均效果，从而明确有效值的物理意义 二教学目标 1知识与技能：（1
2、）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。2过程与方法：能应用数学工具描述和分析处理物理问题。3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 三教学重点、难点 1重点：交变电流有效值概念。2难点：交变电流有效值概念及计算。四教学方法：实验、启发 教具：电源、电容器、灯泡“6 V，0.3 A”、幻灯片、手摇发电机 五教学过程 1引入新课 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，在线圈中产生了正弦交变电流。如何描述交变电流的变化规律呢？可
3、以用公式法描述。从中性面开始计时，得出 瞬时电动势：e=Emsint 瞬时电流：i=Imsint 瞬时电压：u=Umsint 其中Em=NBS 交变电流的大小和方向都随时间做周期性变化，只用电压、电流描述不全面。这节课我们学习表征正弦交变电流的物理量。2进行新课（1）周期和频率 请同学们阅读教材，回答下列问题：什么叫交变电流的周期？什么叫交变电流的频率？它们之间的关系是什么？我国使用的交变电流的周期和频率各是多大？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。交变电流在 1 s 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=f1 我国使用的交变电流频率f=5
4、0 Hz，周期T=0。02 s。（2）交变电流的峰值（Em，Im，Um）交变电流的峰值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或电压变化幅度。演示电容器的耐压值 将电容器（8 V，500F）接在学生电源上充电，接 8 V 电压时电容器正常工作，接16 V 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。思考与讨论：00.2s、0.20.5s、0.50.8s、0.81s 这四个阶段电流大小不变化
5、，分别计算出热量，然后加起来。由RtIQ2解得2.01QJ；2.12QJ；2.13QJ；2.04QJ 所以，1s 内电阻 R 中产生的热量为 8.22.02.12.12.0QJ 由RtIQ2解得，8.2RtQIA=1.67A（3）有效值（E、I、U）让交变电流和直流电通过同样的电阻，如果它们在相同时间内产生热量相等，把直流电的值叫做交变电流的有效值。通常用大写字母U、I、E表示有效值。正弦交变电流的最大值与有效值有以下关系：I=2mI=0.707Im U=2mU=0.707Um 强调 各种使用交变电流的电器设备上所示值为有效值。交变电流表（电压表或电流表）所测值为有效值。计算交变电流的功、功率
6、、热量等用有效值。3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：周期和频率、峰值和有效值。（2）交变电流的周期与频率的关系：T=f1。（3）正弦式交变电流最大值与有效值的关系：I=2mI，U=2mU。六知识总结与迁移：（1）表征交变电流大小物理量：瞬时值(e、u、i)；最大值(峰值)(Em、Um、Im)；有效值(E、U、I)瞬时值：表示正弦交流电的电动势e、电流i、电压u随时间t(或角度t)的变化规律 若从线圈转至中性面开始计时，则正弦交流电的瞬时值的数学表达式为：感应电动势 e=_；电 压u=_；电 流i=_ 若从线圈转至与磁感线平行的位置开始计时，则瞬时值的数学表达
7、式为：感应电动势 e=_；电 压u=_；电 流i=_ 最大值(也叫峰值)：表示交变电流的电流强弱或电压高低的变化范围 交变电流的最大值(Em、Um、Im)是交变电流在一个周期内所能达到的_ 正弦式交变电流的最大值与有效值的关系为Em=_E；Um=_U；Im=_I 电容器的耐压值指的就是该电容器所允许加的电压的_值 有效值：表示交变电流所产生的效果 定义方法：交变电流的有效值是根据_来定义的：让交流电和直流电通过_的电阻，如果它们在_的时间内产生的热量_，就把这一直流的数值叫做这一交流的有效值 正弦式交变电流的有效值与最大值(峰值)的关系：E=_Em；U=_Um；I=_Im(注意：这一关系只适用
8、于正弦交流电)在没有特别说明时，通常所说的交流电流、电压、电动势都是指_；交流电表 所测量的值也是_；交流用电设备铭牌标出的电压电流值也是指_（2）表征交变电流变化快慢的物理量：周期T、频率f、角速度、转数n 概念：周期T：指交变电流完成_ 所需的时间，周期的国际单位是_ 频率f：指交变电流在_s 内完成的周期性变化的次数，频率的国际单位是_ 角速度：定义式=_=_ 角速度的国际单位是_ 转数n：单位_或_ 各物理量之间的关系：周期T与频率f之间的关系：_或_ 角速度与周期T及频率f之间的关系：_ 角速度与转数n之间的关系：_ 我国生产和生活用的交变电流的周期T _s，频率f _Hz 电流方向
9、 每秒钟改变_ 次 2课堂练习：（1）下面关于交流电的说法中正确的是：（）A交流电器设备上所标的电压和电流值是交流的峰值 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（2）关于交流电的有效值和最大值，下列说法正确的是：（）A任何形式的交流电压的有效值都是UUm 2的关系 B只有正弦交流电才具有UUm 2的关系 C照明电压 220 V，动力电压 380 V 指的都是有效值 D交流电压表和电流表测量的是交流电的最大值（3）一正弦交变电流的有效值为 10A，频率为 50Hz，此交变电流的瞬时值
10、的表达式可能值为：A i=10sin314tA B i=102sin314tA C i=10sin50tA Di=102sin50tA（4）一只低压教学电源输出的交流电压瞬时值为 u=102sin314tV，关于该电源的规格和使用下列说法中正确的是：（）A这只电源的交流电压的周期是 314s B这只电源可以使“10V，2W”的灯泡正常发光 C这只电源在 t=0.01s 时电压达峰值 D这只电源可能使“10V，2F”的电容器击穿（5）阻值R100的电阻丝，通过i=(22cos100t)A 的交变电流，在10s 内产生的热量是_J（6）如图所示，正弦交流电压u的最大值为 311V，负载电阻为 10
11、0，若不考虑 电表内阻对电路的影响，则交流电流表和电压表的读数分别为：（）A2.2A 311V B 3.1A 311V C2.2A 220V D 3.1A 220V 七作业 1右图表示一交变电流随时间变化的图象，此交变电流的有效值是：（）A52A B5A C3.52A D3.5A 2当正弦交流发电机的线圈平面与磁感线成 60角时，电流 瞬时值为 0.5A，则该电流的有效值是：（）A1A B33 A C22 A D2 A 3交流电电压的瞬时值为：u=Umsin100t V，当t=6001s 时，u=52V，则从电压表中看到的读数是：（）A2V B V C102V D10 V 4下列关于交变电流的
12、说法错误的是：（）A交流电的频率等于发电机的转速 B交流电每秒电流方向改变次数是频率的两倍 C计算电阻发热时要用有效值 DIm2I，Um2U适用于任何交变电流 5电流方向每秒改变 50 次的交变电流，它的周期和频率分别是（）A0.04s，25Hz B0.08s，25Hz C0.04s，50Hz D0.08s，50Hz 6一电热器接在 10 V 的直流电源上，发热消耗一定的功率现将它改接在正弦交流电源上，要使它发热消耗的功率等于原来的一半则交流电压的最大值应为（）A5 V B7.07 V C10V D14.14V 7一个正弦规律变化的交变电流的图象如图所示，根据图象计算：（1）交变电流的频率；（2）交变电流的有效值；（3）写出该电流的瞬时值表达式；（4）在什么时刻该电流的大小与其有效值相等。8如图所示，匀强磁场的磁感应强度B=0.5T，边长为L=10cm 的正文形线圈abcd共 100匝，线圈总电阻r=1，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO匀速转动，角速度2/rad s，外电路电阻R=4，求：（1）转动过程中感应电动势的最大值；（2）由图示位置（线圈平面与磁感线平行）转过 60角时的瞬时感应电动势；（3）由图示位置转过 60角的过程中产生的平均感应电动势；（4）交变电压表的示数；（5）线圈转动一周外力所做的功；（6）16 周期内通过R的电荷量为多少？