高中物理交变电流教案设计与知识点解析文档格式.docx
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教学手段
手摇单相发电机、小灯泡、示波器、多媒体教学课件、示教用大的电流表
教学过程
(一)引入新课
出示单相交流发电机,引导学生首先观察它的主要构造。
演示:
将手摇发电机模型与小灯泡组成闭合电路。
当线框快速转动时,观察到什么现象?
这种大小和方向都随时间做周期性变化电流,叫做交变电流。
(二)进行新课
1、交变电流的产生
为什么矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时线圈里能产生交变电流?
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?
ab与cd。
当ab边向右、cd边向左运动时,线圈中感应电流的方向沿着a→b→c→d→a方向流动的。
当ab边向左、cd边向右运动时,线圈中感应电流的方向如何?
感应电流是沿着d→c→b→a→d方向流动的。
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。
线圈转到什么位置时,产生的感应电动势最小?
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。
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的位置。
(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?
eab=BL1vsinωt=BL1·
ωsinωt=BL1L2sinωt
此时整个线框中感应电动势多大?
e=eab+ecd=BL1L2ωsinωt
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,叫做感应电动势的峰值,e叫做感应电动势的瞬时值。
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。
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)课堂总结、点评
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。
(四)实例探究
交变电流的图象、交变电流的产生过程
【例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。
下面说法中正确的是()
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e转换方向时,通过线圈的磁通量的绝对值都为最大
交变电流的变化规律
【例2】在匀强磁场中有一矩形线圈,从中性面开始绕垂直于磁感线的轴以角速度ω匀速转动时,产生的交变电动势可以表示为e=Emsinωt。
现在把线圈的转速增为原来的2倍,试分析并写出现在的交变电动势的峰值、交变电动势的瞬时值表达式,画出与其相对应的交变电动势随时间变化的图象。
分析物理图象的要点:
一看:
看“轴”、看“线”、看“斜率”、看“点”、看“截距”、看“面积”、看“拐点”,并理解其物理意义。
二变:
掌握“图与图”“图与式”和“图与物”之间的变通关系。
三判:
在此基础上进行正确的分析和判断。
综合应用
【例3】如图所示,匀强磁场的磁感应强度B=2T,匝数n=6的矩形线圈abcd绕中心轴OO′匀速转动,角速度ω=200rad/s。
已知ab=0.1m,bc=0.2m,线圈的总电阻R=40Ω,试求:
(1)感应电动势的最大值,感应电流的最大值;
(2)设时间t=0时线圈平面与磁感线垂直,写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式;
(3)画出感应电流的瞬时值i随ωt变化的图象;
(4)当ωt=30°
时,穿过线圈的磁通量和线圈中的电流的瞬时值各是多大?
(5)线圈从图示位置转过的过程中,感应电动势的平均值是多大?
解析:
5.2描述交变电流的物理量
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。
能应用数学工具描述和分析处理物理问题。
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
交变电流有效值概念。
交变电流有效值概念及计算。
实验、启发
多媒体课件
电源、电容器、灯泡“6V,0.3A”、幻灯片、手摇发电机
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?
可以用公式法描述。
从中性面开始计时,得出
瞬时电动势:
e=Emsinωt瞬时电流:
i=Imsinωt
瞬时电压:
u=Umsinωt其中Em=NBSω
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。
1.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?
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=
我国使用的交变电流频率f=50Hz,周期T=0。
02s。
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(8V,500μF)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。
思考与讨论:
0~0.2s、0.2~0.5s、0.5~0.8s、0.8~1s这四个阶段电流大小不变化,分别计算出热量,然后加起来。
由解得J;
J;
J
所以,1s内电阻R中产生的热量为J
由解得,A=1.67A
2.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==0.707ImU==0.707Um
[强调]
(1)各种使用交变电流的电器设备上所示值为有效值。
(2)交变电流表(电压表或电流表)所测值为有效值。
(3)计算交变电流的功、功率、热量等用有效值。
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=。
3.正弦式交变电流最大值与有效值的关系:
I=,U=。
【例1】表示交变电流随时间变化图象如图所示,则交变电流有效值为()
A.5AB.5A
C.3.5AD.3.5A
【例2】交流发电机矩形线圈边长ab=cd=0.4m,bc=ad=0.2m,共50匝,线圈电阻r=1Ω,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转速匀速转动,外接电阻9Ω,如图所示。
求:
(1)电压表读数;
(2)电阻R上电功率。
5.3电感和电容对交变电流的影响
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的阻碍作用的大小.知道容抗与哪些因素有关。
1.培养学生独立思考的思维习惯。
2.培养学生用学过的知识去理解、分析新问题的习惯。
培养学生有志于把所学的物理知识应用到实际中去的学习习惯。
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
在直流电路中,影响电流跟电压关系的只有电阻。
在交变电流路中,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、电容器是交变电流路中三种基本元件。
这节课我们学习电感、电容对交变电流的影响。
(二)进行新课
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:
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
灯的亮度相同。
说明电阻对交流和直流的阻碍作用相同。
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
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变电流的阻碍作用不同。
线圈对直流电的阻碍作用只是电阻;
而对交变电流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?
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。
电感对交变电流阻碍作用的大小,用感抗来表示。
感抗的大小与哪些因素有关?
请同学们阅读教材后回答。
感抗决定于线圈的自感系数和交变电流的频率。
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。
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
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- 高中物理 电流 教案设计 知识点 解析
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