2022年高二物理上學(xué)期 表征交變電流的物理量教案

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1、2022年高二物理上學(xué)期 表征交變電流的物理量教案 一、目標(biāo)： l、掌握表征交變電流大小物理量。 2、理解有效值的定義并會(huì)用它解決相關(guān)問(wèn)題。 3、掌握表征交變電流變化快慢的物理量。 二、重點(diǎn)、難點(diǎn) 重點(diǎn)：表征交流電大小的物理量 難點(diǎn)：有效值的定義 三、教學(xué)過(guò)程： （一）、知識(shí)回顧 一)、交變電流： 大小和方向都隨時(shí)間作周期性變化的電流叫做交變電流，簡(jiǎn)稱(chēng)交流。如圖所示（b）、（c）、（e）所示電流都屬于交流，其中按正弦規(guī)律變化的交流叫正弦交流。如圖（b）所示。而（a）、(d)為直流其中（a）為恒定電流。 二）、正弦交流的產(chǎn)生及變化規(guī)律。 1、產(chǎn)生：當(dāng)線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂

2、直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈中產(chǎn)生的交流是隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的。即正弦交流。 2、中性面：勻速旋轉(zhuǎn)的線圈，位于跟磁感線垂直的平面叫做中性面。這一位置穿過(guò)線圈的磁通量最大，但切割邊都未切割磁感線，或者說(shuō)這時(shí)線圈的磁通量變化率為零，線圈中無(wú)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 3、規(guī)律： （1）、函數(shù)表達(dá)式：從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，則e=NBSωsinωt 。用ε表示峰值NBSω 則e=εsinωt在純電阻電路中,電流I=sinωt=Isinωt，電壓u=Usinωt 。 （二）、新課教學(xué)： 1、表征交變電流大小物理量 ①瞬時(shí)值：對(duì)應(yīng)某一時(shí)刻的交流的值 用小寫(xiě)字母x 表示，e i u

3、②峰值（即最大的瞬時(shí)值 ）：用大寫(xiě)字母表示，Um　、　Ｉm　　、εm εm= nsBω Ｉm=εm/ R 注意：線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值為ε=NBSω，即僅由匝數(shù)N，線圈面積S，磁感強(qiáng)度B和角速度ω四個(gè)量決定。與軸的具體位置，線圈的形狀及線圈是否閉合都是無(wú)關(guān)的。 ③有效值： ⅰ、意義：描述交流電做功或熱效應(yīng)的物理量 ⅱ、定義：跟交流熱效應(yīng)相等的恒定電流的值叫做交流的有效值。 ⅲ、正弦交流的有效值與峰值之間的關(guān)系是ε= I= U=。 注意：正弦交流的有效值和峰值之間具有ε=，U=的關(guān)系，非正弦（或余弦）交流無(wú)此關(guān)

4、系，但可按有效值的定義進(jìn)行推導(dǎo)，如對(duì)于正負(fù)半周最大值相等的方波電流，其熱效應(yīng)和與其最大值相等的恒定電流是相同的，因而其有效值即等于其最大值。即I=I。 ⅳ、交流用電器的額定電壓和額定電流指的是有效值；交流電流表和交流電壓表的讀數(shù)是有效值。對(duì)于交流電若沒(méi)有特殊說(shuō)明的均指有效值。 ⅴ、在求交流電的功、功率或電熱時(shí)必須用交流電的有效值。 ④峰值、有效值、平均值在應(yīng)用上的區(qū)別。 峰值是交流變化中的某一瞬時(shí)值，對(duì)純電阻電路來(lái)說(shuō)，沒(méi)有什么應(yīng)用意義。若對(duì)含電容電路，在判斷電容器是否會(huì)被擊穿時(shí)，則需考慮交流的峰值是否超過(guò)電容器的耐壓值。 交流的有效值是按熱效應(yīng)來(lái)定義的，對(duì)于一個(gè)確定的交流來(lái)說(shuō)，其有效

5、值是一定的。而平均值是由公式確定的，其值大小由某段時(shí)間磁通量的變化量來(lái)決定，在不同的時(shí)間段里是不相同的。如對(duì)正弦交流，其正半周或負(fù)半周的平均電動(dòng)勢(shì)大小 為，而一周期內(nèi)的平均電動(dòng)勢(shì)卻為零。在計(jì)算交流通過(guò)電阻產(chǎn)生的熱功率時(shí)，只能用有效值，而不能用平均值。在計(jì)算通過(guò)導(dǎo)體的電量時(shí)，只能用平均值，而不能用有效值。 在實(shí)際應(yīng)用中，交流電器銘牌上標(biāo)明的額定電壓或額定電流都是指有效值，交流電流表和交流電壓表指示的電流、電壓也是有效值，解題中，若題示不加特別說(shuō)明，提到的電流、電壓、電動(dòng)勢(shì)時(shí)，都是指有效值。 ２、表征交變電流變化快慢的物理量 ①、周期T：電流完成一次周期性變化所用的時(shí)間。單位：s . ②

6、、頻率f：一秒內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)。單位：ＨZ. ③、角頻率ω：就是線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。單位：rad/s. ④、角速度、頻率、周期，的關(guān)系　　　　ω=2f= 3、疑難辨析 交流電的電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值和穿過(guò)線圈面積的磁通量的變化率成正 比。當(dāng)線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈磁通量也是按正弦（或余弦）規(guī)律變化的，若從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，t=0時(shí)，磁通量最大，φ應(yīng)為余弦函數(shù)，此刻變化率為零（切線斜率為零），t=時(shí)，磁通量為零，此刻變化率最大（切線斜率最大），因此從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)表達(dá)式是正弦函數(shù)，如圖15-2（a）（b）所示分別是φ=φcosωt和e=εsinωt。 （

7、三）、例題解析 [例1]、如圖表示一交流隨時(shí)間變化的圖像，求此交流的有效值。 　　解析：此題所給交流正負(fù)半周的最大值不相同，許多同學(xué)對(duì)交流電有效值的意義理解不深，只知道機(jī)械地套用正弦交流電的最大值是有效值的倍的關(guān)系，直接得出有效值，而對(duì)此題由于正負(fù)半周最大值不同，就無(wú)從下手。應(yīng)該注意到在一個(gè)周期內(nèi)前半周期和后半周期的有效值是可求的，再根據(jù)有效值的定義，選擇一個(gè)周期的時(shí)間，利用在相同時(shí)間內(nèi)通過(guò)相同的電阻所產(chǎn)生的熱量相同，從焦耳定律求得。 IR·T=I1R·+ I2R· 即I=(·+（)· 解得 I=A [例2]、如圖15-4所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一

8、個(gè)“”形導(dǎo)線框可繞AB軸轉(zhuǎn)動(dòng)，已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度B=T，線框的CD邊長(zhǎng)為20cm、CE、DF長(zhǎng)均為10cm，轉(zhuǎn)速為50r/s，若從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí)（1）寫(xiě)出線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式。（2）若線框電阻r=3,再將AB兩端接“6V，12W”燈泡，小燈泡能否正常發(fā)光？若不能，小燈泡實(shí)際功率多大？ 解析：（1）注意到圖示位置磁感線與線圈平面平行，瞬時(shí)值表達(dá)式應(yīng)為余弦函數(shù)，先出最大值和角頻率。 ω=2πn=100πrad/s ε=BSω=×0.2×0.1×100π=10(V) 所以電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)表達(dá)式應(yīng)為e=10cos100πt(V)。 （2）小燈泡是純電阻電路，其電阻為R= 首先求出交流電動(dòng)勢(shì)有效值ε==10（V）此后即可看成 恒定電流電路，如圖15-5 所示，顯然由于R=r,=5v，小于額定電壓，不能正常發(fā)光。其實(shí)際功率是p==8.3(w) 四、鞏固練習(xí) 略 作業(yè)：（1）~（6）