高中物理 第五章 交变电流课件 新人教版选修3-2.ppt

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1. 交变电流 2. 描述交变电流的物理量 ► 习题课：交变电流的产生及描述 3 电感和电容对交变电流的影响 4 变压器,,第五章 交变电流,5 电能的输送 本章总结提升,,第五章 交变电流,第五章 交变电流,1 交变电流,1 交变电流,1 交变电流│ 三维目标,三维目标,【知识与技能】 (1)使学生理解交变电流的产生原理，知道什么是中性面． (2)理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准确含义．,1 交变电流│ 三维目标,【过程与方法】 (1)掌握描述物理量的三种基本方法(文字法、公式法、图像法)． (2)培养学生运用数学知识解决物理问题的能力．,1 交变电流│ 三维目标,【情感、态度与价值观】 培养学生理论联系实际的思想．,1 交变电流│ 重点难点,重点难点,【重点】 交变电流产生的物理过程的分析． 【难点】 交变电流的变化规律及应用．,1 交变电流│ 教学建议,教学建议,1．交流电与直流电有许多相似之处，也有许多不同之处．学习中我们特别要注意的是交流电与直流电的不同之处，即交流电的特殊之处．这既是学习、了解交流电的关键，也是学习、研究新知识的重要方法．在与已知的知识做对比中学习和掌握新知识特点的方法，是物理课学习中很有效、很常用的方法．在学习交变电流之前，应帮助学生理解直流电和交流电的区别，其区别的关键是电流方向是否随时间变化，同时给出了恒定电流的定义——大小和方向均不随时间变化.,1 交变电流│ 教学建议,2．对于交变电流的产生，课本采取由感性到理性，由定性到定量，逐步深入的讲述方法．为了有利于学生理解和掌握，教学中要尽可能用示波器或模型配合讲解．教学中应注意让学生观察教材中的线圈通过4个特殊位置时电表指针的变化情况，分析电动势和电流方向的变化，使学生对线圈转动一周中电动势和电流的变化有比较清楚的了解．有条件的，还可以要求学生运用已学过的知识，自己进行分析和判断．,1 交变电流│ 教学建议,3．用图像表示交变电流的变化规律，是一种重要方法，它形象、直观、学生易于接受．要使学生在已有的图像知识的基础上较好地掌握这种表述方法，更要让学生知道，交变电流有许多种，正弦电流只是其中简单的一种．课本中用图示的方法介绍了常见的几种交变电流，以开阔学生思路，但不要求引伸．,1 交变电流│ 教学建议,4．在这一节中学生要第一次接受许多新名词，如交变电流、正弦电流、中性面、瞬时值、最大值(以及下一节的有效值)等等．要让学生明白这些名词的准确含义．特别是对中性面的理解，要让学生明确，中性面是指与磁场方向垂直的平面．当线圈位于中性面时，线圈中感应电动势为零，线圈转动过程中通过中性面时，感应电动势方向要改变．,1 交变电流│ 教学建议,5．课本上介绍的交变电流的产生，实际上是正弦交流电的产生．以矩形线框在匀强磁场中匀速转动为模型，以线框通过中性面为计时起点，得到电动势随时间满足正弦变化的交变电流．这里可以明确指出，电动势的最大值由线框的匝数、线框面积、转动角速度和磁感应强度共同决定．,1 交变电流│ 教学建议,6．课本将线框的位置与产生的电动势对应起来，意图是帮助学生建立起鲜明的形象，把物理过程和描述它的物理量对应起来．教师可以通过一些问题的提出，帮助学生理解有关内容，例如，如果在线框转到线框平面与磁感线平行时开始计时，它产生的电动势随时间变化的图像应是什么样的？,1 交变电流│ 新课导入,【导入一】 1831年法拉第发现了电磁感应现象，为人类进入电气化时代打开了大门．今天我们使用的电灯、微波炉等家用电器中的交流电是怎样产生的并且怎样送到我们的家庭中来的呢？这就是这一章要学习的主要内容，先看“交变电流的产生”．,新课导入,1 交变电流│ 新课导入,【导入二】 情境导入 利用电压传感器(或电流传感器)可以在荧光屏上绘出电压(或电流)随时间变化的图像．这种大小和方向都随时间周期性变化的电流，叫作交变电流，那么，交变电流是怎样产生的？它和我们前面学习的电磁感应现象有什么关系？这些将是我们这一节要研究的问题.,1 交变电流│ 知识必备,知识必备,知识点一 交变电流定义 ______和______都随时间做周期性变化的电流叫作交变电流，简称交流(AC)；______不随时间变化的电流称为直流(DC)．___________都不随时间变化的电流称为恒定电流．,大小,方向,方向,大小和方向,1 交变电流│ 知识必备,知识点二 交变电流产生原理 1．正弦式交变电流产生的方法：线圈在______磁场中绕_____于磁感线的轴______转动． 2．交变电流的变化规律 (1)正弦式交变电流：按______规律变化的交变电流叫作正弦式交变电流，其电动势瞬时值表达式为e＝__________． (2)当正弦式交变电流的负载为灯泡等用电器时，负载两端的电压u、流过的电流i也按________变化，即u＝_______，i＝________．,匀强,垂直,匀速,正弦,Emsin ωt,正弦规律,Umsin ωt,Imsin ωt,1 交变电流│ 学习互动,学习互动,考点一 交变电流的产生 [想一想] 1.阅读教材中的“做一做”，回答问题： 当线圈快速转动时，我们能观察到两个二极管交替闪烁，这说明了什么？ 2．分析教材中交流发电机的示意图，回答下列问题： (1)请分析线圈转动一周的过程中，线圈中的电流方向的变化情况． (2)线圈转动过程中，当产生的感应电动势有最大值和最小值时线圈分别在什么位置？,【答案】 1.手摇发电机产生的电流方向在周期性变化． 2．(1) (2)线圈转到乙、丁瞬间，AB边与CD边都垂直切割磁感线，产生的感应电动势最大；转到甲、丙瞬间，AB边与CD边不切割磁感线，此时感应电动势最小．,1 交变电流│ 学习互动,,1 交变电流│ 学习互动,[要点总结] 1．中性面：与磁感线______时的平面． 2．当线圈平面位于中性面时，线圈中的磁通量______，线圈中的电流______，且线圈平面经过中性面时，电流方向就发生______，故线圈转动一周电流方向改变______．,垂直,最大,为零,改变,两次,1 交变电流│ 学习互动,例1 (多选)矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面的轴匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是( ) A．当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大 B．当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零 C．每当线框经过中性面时，感应电流方向就改变一次 D．线框经过中性面时，各边切割磁感线的速度为零,1 交变电流│ 学习互动,CD [解析] 线框位于中性面时，线框平面与磁感线垂直，穿过线框的磁通量最大，但此时切割磁感线的两边的速度与磁感线平行，即不切割磁感线，所以感应电动势等于零，即此时穿过线框的磁通量的变化率等于零，感应电流的方向在此时改变．线框垂直于中性面时，穿过线框的磁通量为零，但切割磁感线的两边都是垂直切割，有效切割速度最大，所以感应电动势最大，也可以说此时穿过线框的磁通量的变化率最大．C、D选项正确．,1 交变电流│ 学习互动,考点二 交变电流的变化规律 [想一想] 如图511所示，线圈平面从中性面开始转动，角速度为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.设ab边长为L1，bc边长为L2，线圈面积S＝L1L2，磁感应强度为B，则：,图5-1-1,1 交变电流│ 学习互动,(1)ab边产生的感应电动势为多大？ (2)整个线圈中的感应电动势为多大？ (3)若线圈有N匝，则整个线圈的感应电动势为多大？,1 交变电流│ 学习互动,1 交变电流│ 学习互动,[要点总结] 1．若线圈从中性面开始计时，则感应电动势e＝__________；若线圈从位于与中性面垂直的位置开始计时，则感应电动势e＝_________，故感应电动势的瞬时值表达式与________________有关． 2．交变电流的电动势的峰值Em＝_______．,开始计时的位置,Emsin ωt,Emcos ωt,NBSω,1 交变电流│ 学习互动,例2 有一个10匝正方形线框，边长为20 cm，线框总电阻为1 Ω，线框绕OO′轴以10π rad/s的角速度匀速转动，如图512所示，垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5 T，OO′轴垂直于磁场方向．,图5-1-2,1 交变电流│ 学习互动,(1)该线框产生的交变电流的电动势最大值、电流最大值分别是多少？ (2)线框从图示位置转过60时，感应电动势的瞬时值是多大？ (3)写出感应电动势随时间变化的表达式(从图示位置开始计时)．,1 交变电流│ 学习互动,1 交变电流│ 学习互动,考点三 交变电流的图像 [想一想] 正弦式交变电流的图像一定是正弦曲线吗？,1 交变电流│ 学习互动,【答案】不一定，根据计时起点不同，它也可能是余弦曲线．,1 交变电流│ 学习互动,[要点总结] 1．正弦式交变电流的图像是______或______曲线． 2．根据法拉第电磁感应定律和有关数学知识，线圈中感应电流(电动势)的变化和磁通量的变化可互相推知．,正弦,余弦,1 交变电流│ 学习互动,例3 处在匀强磁场中的矩形线圈abcd以恒定的角速度绕ab边转动，磁场方向平行于纸面并与ab边垂直．在t＝0时刻，线圈平面与纸面重合，如图513所示，线圈的cd边离开纸面向外运动．若规定沿a→b→c→d→a方向的感应电流为正，则图514中能反映线圈中感应电流i随时间t变化的图像是( ),图5-1-4,1 交变电流│ 学习互动,图5-1-5,1 交变电流│ 学习互动,C [解析] 线圈在磁场中从图示位置开始匀速转动时可以产生按余弦规律变化的交流电．对于图示起始时刻，线圈的cd边离开纸面向纸外运动，速度方向和磁场方向垂直，产生的电动势的瞬时值最大；用右手定则判断出电流方向为逆时针方向，与规定的正方向相同．所以C对．,1 交变电流│ 备用习题,备用习题,1．(多选)如图所示的图像中属于交流电的有( ),,,1 交变电流│ 备用习题,ABC [解析]根据交变电流的定义知，是否属于交变电流关键是看电流方向是否发生变化，而不是看电流大小．,1 交变电流│ 备用习题,2．(多选)如图所示，矩形线圈abcd放在匀强磁场中，ad＝bc＝l1，ab＝cd＝l2.从图示位置起该线圈以角速度ω绕不同转轴匀速转动，则( ),,1 交变电流│ 备用习题,1 交变电流│ 备用习题,CD [解析]以O1O1′为轴转动时，磁通量不变，不产生交变电流．无论以OO′为轴还是以ab为轴转动，感应电动势的最大值都是Bl1l2ω.由于是从与磁场平行的面开始计时，故产生的是余弦式交变电流，C、D正确．,1 交变电流│ 备用习题,3．有一个正方形线圈，匝数为10匝，边长为20 cm，线圈总电阻为1 Ω，线圈绕OO′轴以10π rad/s的角速度匀速转动，如图所示，匀强磁场的磁感应强度为0.5 T，问：,,1 交变电流│ 备用习题,(1)该线圈产生的交变电流电动势的峰值、电流的峰值分别是多少？ (2)若从中性面位置开始计时，写出感应电动势随时间变化的表达式． (3)线圈从中性面位置开始转过30时，感应电动势的瞬时值是多大？,1 交变电流│ 备用习题,1 交变电流│ 备用习题,4．线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动，产生交变电流的图像如图所示，由图中信息可以判断( ),,1 交变电流│ 备用习题,A．在A和C时刻线圈处于中性面位置 B．在B和D时刻穿过线圈的磁通量为零 C．从A～D过程线圈转过的角度为2π D．若从O～D过程历时0.02 s，则在1 s内交变电流的方向改变100次,1 交变电流│ 备用习题,1 交变电流│ 备用习题,,1 交变电流│ 备用习题,A．线圈中的电流最大 B．穿过线圈的磁通量为零 C．线圈所受的安培力为零 D．线圈中的电流为零,1 交变电流│ 备用习题,1 交变电流│ 自我检测,自我检测,1．(交变电流的产生)图515为演示交变电流产生的装置图，关于这个实验，说法正确的是( ),图5-1-5,1 交变电流│ 自我检测,A．线圈每转动一周，电流方向改变一次 B．图示位置为中性面，线圈中无感应电流 C．图示位置ab边的感应电流方向为a→b D．线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零,1 交变电流│ 自我检测,C [解析] 线圈在磁场中匀速转动时，在电路中产生周期性变化的交变电流，线圈经过中性面时电流改变方向，线圈每转动一周，有两次通过中性面，电流方向改变两次．线圈处于图示位置时，ab边向右运动，由右手定则，ab边的感应电流方向为a→b；线圈平面与磁场方向平行时，ab、cd边垂直切割磁感线，线圈产生的电动势最大，也可以这样认为，线圈处于竖直位置时，磁通量为零，但磁通量的变化率最大．只有C正确．,1 交变电流│ 自我检测,1 交变电流│ 自我检测,【答案】D,1 交变电流│ 自我检测,3．(交变电流的图像)线圈在匀强磁场中匀速转动产生交变电流的图像如图516所示，由图像可知( ),图5-1-6,1 交变电流│ 自我检测,A．在t1、t3时刻线圈处于中性面位置 B．在t2、t4时刻穿过线圈的磁通量为零 C．从t1时刻到t4时刻线圈转过的角度为π D．若从0时刻到t4时刻经过0.02 s，则在1 s内交流电的方向改变100次,1 交变电流│ 自我检测,D [解析] t1、t3时刻感应电流最大，线圈位置与中性面垂直；t2、t4时刻感应电流为零，线圈在中性面，磁通量最大．从t1时刻到t4时刻线圈转过的角度为.从0时刻到t4时刻经过0.02 s，线圈转动周期T＝0.02 s，在1 s内交流电的方向改变100次．D正确．,2 描述交变电流的物理量,2 描述交变电流的物理量,2 描述交变电流的物理量│ 三维目标,三维目标,【知识与技能】 (1)知道交变电流和电压的最大值、瞬时值、有效值等及其关系． (2)知道交变电流的周期和频率，以及它们之间的关系． (3)知道我国供电线路交变电流的周期和频率．,2 描述交变电流的物理量│ 三维目标,【过程与方法】 (1)用等效的方法得出描述交变电流的有效值． (2)通过演示实验和例题分析使学生正确理解并掌握有效值、最大值的概念． (3)学会观察实验，分析图像，由感性认识到理性思考的思维方式．,2 描述交变电流的物理量│ 三维目标,【情感、态度与价值观】 通过对描述交变电流的物理量的学习，体会描述复杂事物的复杂性，树立科学、严谨的学习和认识事物的态度．,2 描述交变电流的物理量│ 重点难点,重点难点,【重点】 有效值的概念和计算． 【难点】 有效值的概念和计算．,2 描述交变电流的物理量│ 教学建议,教学建议,1．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做周期性变化，就需要多一些物理量来描述它不同方面的特性．如：周期和频率表示交变电流周期性变化的快慢，最大值表明交变电流在变化过程中所能达到的最大数值，反映了交变电流的变化范围．,2 描述交变电流的物理量│ 教学建议,2．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．,2 描述交变电流的物理量│ 教学建议,3．要让学生知道，提到交变电流的电压、电流、电动势时，如果不加特别说明，通常指的都是交变电流的有效值，电表测量的数值，也都是有效值． 正弦电流的有效值和最大值的关系，课本中是直接给出的，不要求证明．它十分有用，应要求学生记住．还要让学生明确地知道，这一关系只对正弦式电流成立，对其他波形的交变电流并不成立．,2 描述交变电流的物理量│ 新课导入,新课导入,【导入一】 上节课讲了矩形线圈在匀强磁场中转动，在线框中产生了正弦交流电． [师问]如何描述它？ [生答] 1．公式法：从中性面开始计时，得出 瞬时电动势e＝Emsin ωt，其中Em＝NBSω. 瞬时电流i＝Imsin ωt. 瞬时电压u＝Umsin ωt.,2 描述交变电流的物理量│ 新课导入,2．图像法：如图所示．,,2 描述交变电流的物理量│ 新课导入,[教师指出]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．下面学习描述交变电流特征的其他物理量．,,2 描述交变电流的物理量│ 新课导入,【导入二】 情景导入 我们家庭用的交流用电器铭牌上标称的“额定电压：220 V”“频率：50 Hz”“额定功率：1000 W”等是怎么回事？有什么意义？这就是我们这一节将要研究的内容．,2 描述交变电流的物理量│ 知识必备,知识必备,1．交变电流完成________________所需的时间叫周期，单位是秒．周期越大，交变电流变化越慢，在一个周期内，电流的方向变化________．交变电流在1 s内完成__________________叫频率，单位是赫兹，简称赫，符号为Hz.频率越大，交变电流变化________．周期T与频率f的关系为________或________． 2．交变电流的有效值根据_______________来规定，即让交变电流和恒定电流分别通过__________________，如果在__________________它们产生的________相等，就把这一恒定电流的数值叫作这一交变电流的有效值．,两次,一次周期性变化,越快,周期性变化的次数,交流的一个周期内,电流的热效应,大小相同的电阻,热量,2 描述交变电流的物理量│ 知识必备,3．在正弦式交变电流中，最大值与有效值之间的关系为E＝_____＝________，U＝_____＝________，I＝_____＝________． 4．交变电流u＝Umsin(ωt＋φ)中的______叫交变电流的相位，t＝0时交变电流的相位为___，是交变电流的______．两支交变电流的相位之差叫它们的________，频率相同的两交流电相位差为______．,相位差,初相位,ωt＋φ,常数,φ,0.707Em,0.707Um,0.707Im,2 描述交变电流的物理量│ 学习互动,学习互动,考点一 交变电流的周期和频率 [想一想] 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？什么叫交变电流的频率？ (2)频率和周期之间的关系是什么？,2 描述交变电流的物理量│ 学习互动,2 描述交变电流的物理量│ 学习互动,[要点总结] 1．交变电流完成一次____________所需的时间叫交变电流的周期，用T表示．交变电流在1 s内完成周期性变化的______叫交变电流的频率．用符号f表示，且周期和频率__________． 2．我国电网使用的交变电流频率f＝_____ Hz，周期T＝______ s.,周期性变化,次数,互为倒数,50,0.02,2 描述交变电流的物理量│ 学习互动,例1 一个正弦交变电流图像如图521所示．由图像可知其周期T＝________，频率f＝________．,图5-2-1,2 描述交变电流的物理量│ 学习互动,0.02 s 50 Hz [解析] 由题图可以较容易地看出T＝0.02 s，则f＝50 Hz.,2 描述交变电流的物理量│ 学习互动,考点二 峰值和有效值 [想一想] 如图522所示，已知电源电动势E＝32 V，内阻r＝1 Ω，R1＝11 Ω，R2＝4 Ω，电容器规格为“10 V 500 μF”，闭合开关．,图5-2-2,2 描述交变电流的物理量│ 学习互动,(1)判断电容器是否会被击穿． (2)计算1 min内电阻R1上产生的热量． (3)若供电电源为交变电流e＝32sin 100πt(V)，内阻仍为1 Ω，则(1)、(2)两问题的结论变化吗？,2 描述交变电流的物理量│ 学习互动,2 描述交变电流的物理量│ 学习互动,[要点总结] 1．交变电流的电压、电流能达到的__________叫峰值，若交流电接入纯电阻电路中，则电流及外电阻两端的电压的最大值仍然可以用闭合电路欧姆定律来确定，即Im＝________，Um＝________． 2．使用交变电流的用电器，其最大耐压值应大于其使用的交流电压的________．,最大数值,最大值,ImR,2 描述交变电流的物理量│ 学习互动,3．确定交变电流有效值的依据是______________． 4．在正弦式交变电流中，最大值与有效值之间的关系为：E＝______＝__________，U＝______＝__________，I＝_____＝___________．,0.707Um,0.707Im,0.707Em,电流的热效应,2 描述交变电流的物理量│ 学习互动,例2 图523表示一交变电流随时间的变化图像，其中电流正值为正弦曲线的正半周，则该交流电的有效值为多少？,图5-2-3,2 描述交变电流的物理量│ 学习互动,2 描述交变电流的物理量│ 学习互动,2 描述交变电流的物理量│ 学习互动,2 描述交变电流的物理量│ 学习互动,[要点总结] 1．求电荷量时要用交变电流的平均值． 2．求电功、电功率时用交变电流的有效值,2 描述交变电流的物理量│ 学习互动,例3 如图524所示，矩形线圈的匝数为N，面积为S，电阻为R，在水平向右的磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴以角速度ω匀速转动，在图示位置线圈平面与磁场平行，线圈由图示位置转过60角的过程中，求通过线圈某一横截面的电荷量．,图5-2-4,2 描述交变电流的物理量│ 学习互动,2 描述交变电流的物理量│ 备用习题,1．一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图所示，由图可知( ),备用习题,,2 描述交变电流的物理量│ 备用习题,A．该交流电的电压的有效值为100 V B．该交流电的频率为25 Hz C．该交流电压瞬时值的表达式为u＝100sin 25t V D．并联在该电压两端的电压表指针不停摆动,2 描述交变电流的物理量│ 备用习题,B [解析]根据图像可知，该交流电的电压的最大值为100 V，周期为410－2 s，所以频率为25 Hz，A错误，B正确；因ω＝2πf＝50π rad/s，所以u＝100sin 50πt (V)，C错误；交流电压表的示数为交流电的有效值而不是瞬时值，不随时间变化，D错误．,2 描述交变电流的物理量│ 备用习题,2．一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图甲所示．已知发电机线圈内阻为5.0 Ω，外接一只电阻为95.0 Ω的灯泡，如图乙所示，则( ),,2 描述交变电流的物理量│ 备用习题,A．电压表的示数为220 V B．电路中的电流方向每秒钟改变50次 C．灯泡实际消耗的功率为484 W D．发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2 J,2 描述交变电流的物理量│ 备用习题,2 描述交变电流的物理量│ 备用习题,2 描述交变电流的物理量│ 备用习题,2 描述交变电流的物理量│ 备用习题,4．在方向水平的匀强磁场中，一正方形闭合线圈绕垂直于磁感线的轴匀速转动，已知线圈的匝数为n＝100匝，边长为20 cm，电阻为10 Ω，转动频率f＝50 Hz，磁场的磁感应强度为0.5 T. (1)求外力驱动线圈转动的功率． (2)转至线圈平面与中性面的夹角为30时，求线圈产生的感应电动势及感应电流的大小． (3)线圈由中性面转至与中性面成30夹角的过程中，求通过线圈横截面的电荷量．,2 描述交变电流的物理量│ 备用习题,2 描述交变电流的物理量│ 备用习题,2 描述交变电流的物理量│ 自我检测,1．(交变电流的周期和频率)图525是一个正弦式交变电流的图像，下列说法正确的是( ),自我检测,图5-2-5,2 描述交变电流的物理量│ 自我检测,A．周期是0.2 s，电流的峰值是10 A B．周期是0.15 s，电流的峰值是10 A C．频率是5 Hz，电流的有效值是10 A D．频率是0.2 Hz，电流的有效值是7.07 A,2 描述交变电流的物理量│ 自我检测,2 描述交变电流的物理量│ 自我检测,2．(峰值和有效值)(多选)图526是某种正弦式交变电压的波形图，由图可确定该电压的( ),图5-2-6,2 描述交变电流的物理量│ 自我检测,A．周期是0.01 s B．最大值是311 V C．有效值是220 V D．瞬时值表达式为u＝220sin 100πt(V),2 描述交变电流的物理量│ 自我检测,2 描述交变电流的物理量│ 自我检测,3．(交变电流的平均值和有效值的区别)如图527所示，矩形线圈面积为S，匝数为N，线圈电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的OO′轴以角速度ω匀速转动，外电路电阻为R.当线圈由图示位置转过90的过程中，求：,图5-2-7,2 描述交变电流的物理量│ 自我检测,(1)通过电阻R的电荷量q； (2)电阻R上所产生的热量Q.,2 描述交变电流的物理量│ 自我检测,习题课：交变电流的产生及描述,习题课：交变电流的产生及描述,习题课：交变电流的产生及描述│ 知识必备,知识必备,1．线圈在______磁场中绕______于磁感线的轴匀速转动时产生正弦式交变电流，瞬时值表达式e＝__________ (从中性面开始计时)． 2．交变电流的最大值Em＝________，即最大值由线圈匝数n、_______________、转动角速度ω及___________决定，与_____________、转轴的位置无关．,垂直,匀强,NBS ω,Emsin ω t,线圈的形状,磁感应强度B,线圈面积S,习题课：交变电流的产生及描述│ 知识必备,3．线圈在转动过程中的平均电动势要用___________________计算，即E＝_____． 4．正弦交流电的有效值U＝______，I＝_____．其他非正弦交流电的有效值根据______________求解．,电流的热效应,法拉第电磁感应定律,,习题课：交变电流的产生及描述│ 学习互动,学习互动,考点一 交变电流瞬时值表达式的应用 n 匝横截面积为S的线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴以角速度ω转动，若从中性面开始计时，则e＝Emsin ωt，若从垂直于中性面位置开始计时，则e＝Emcos ωt，其中Em＝nBSω.,习题课：交变电流的产生及描述│ 学习互动,习题课：交变电流的产生及描述│ 学习互动,习题课：交变电流的产生及描述│ 学习互动,习题课：交变电流的产生及描述│ 学习互动,考点二 交变电流的图像 正弦交流电的图像是一条正弦曲线，从图像中可以得到以下信息： 1．交变电流的最大值Im、Em、周期T. 2．可确定线圈位于中性面的时刻，也可确定线圈平行于磁感线的时刻． 3．判断线圈中磁通量的变化情况． 4．分析判断i、e随时间变化的规律．,习题课：交变电流的产生及描述│ 学习互动,例2 将阻值为5 Ω的电阻接到内阻不计的交流电源上，电源电动势随时间变化的规律如图X42所示，下列说法正确的是( ),图X-4-2,习题课：交变电流的产生及描述│ 学习互动,习题课：交变电流的产生及描述│ 学习互动,习题课：交变电流的产生及描述│ 学习互动,考点三 交变电流有效值的计算 计算交变电流的有效值一般有以下两种情况： 1．对于按正(余)弦规律变化的电流，可先根据Em＝nBSω求出其最大值，然后根据E＝求出其有效值，则有关电功、电功率的计算及各种交流仪表读数等相应的问题可得到解决． 2．当电流按非正(余)弦规律变化时，必须根据电流的热效应求解，且时间一般取一个周期．,习题课：交变电流的产生及描述│ 学习互动,例3 有两个完全相同的电热器，分别通以如图X43甲和乙所示的峰值相等的方波交变电流和正弦交变电流．求这两个电热器的电功率之比．,图X-4-3,习题课：交变电流的产生及描述│ 学习互动,习题课：交变电流的产生及描述│ 学习互动,考点四 交变电流的“四值” 交变电流的“四值”，即最大值、有效值、平均值、瞬时值，分别在不同情况下使用． 1．在研究电容器的耐压值时，只能用最大值． 2．在研究交变电流做功、电功率及产生的热量时，只能用有效值，交流电表指示的也是有效值． 3．在研究交变电流通过导体截面的电荷量时，只能用平均值． 4．在研究某一时刻线圈受到的安培力时，只能用瞬时值．,习题课：交变电流的产生及描述│ 学习互动,例4 如图X44所示，匀强磁场的磁感应强度B＝0.5 T，边长L＝10 cm的正方形线圈abcd共100匝，线圈电阻r＝1 Ω，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，角速度ω＝2π rad/s，外电路电阻R＝4 Ω，求：,图X-4-4,习题课：交变电流的产生及描述│ 学习互动,(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)交流电压表的示数； (5)线圈转动一周外力所做的功； (6)周期内通过R的电荷量是多少？,习题课：交变电流的产生及描述│ 学习互动,习题课：交变电流的产生及描述│ 学习互动,习题课：交变电流的产生及描述│ 自我检测,自我检测,1．(交变电流瞬时值表达式的应用)图X45是一个多匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动所产生的交变电动势的图像，根据图像可知( ),图X-4-5,习题课：交变电流的产生及描述│ 自我检测,A．此交变电动势的瞬时表达式为e＝200sin 0.02t(V) B．此交变电动势的瞬时表达式为e＝200sin 100πt(V) C．t＝0.01 s时，穿过线圈的磁通量为零 D．t＝0.02 s时，穿过线圈的磁通量的变化率最大,习题课：交变电流的产生及描述│ 自我检测,【答案】B,习题课：交变电流的产生及描述│ 自我检测,2．(交变电流的图像)一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图X46甲所示．已知发电机线圈内阻为5.0 Ω，外接一只电阻为95.0 Ω的灯泡，如图乙所示，则( ),图X-4-6,习题课：交变电流的产生及描述│ 自我检测,A．电压表V的示数为220 V B．电路中的电流方向每秒钟改变50次 C．灯泡实际消耗的功率为484 W D．发电机线圈内阻每秒钟产生的热量为24.2 J,习题课：交变电流的产生及描述│ 自我检测,习题课：交变电流的产生及描述│ 自我检测,3．(交变电流有效值的计算)图X47是一交变电压随时间变化的图像(两段图像均为完整正弦曲线的)，求此交变电压的有效值．,图X-4-7,习题课：交变电流的产生及描述│ 自我检测,习题课：交变电流的产生及描述│ 自我检测,4．(交变电流的“四值”)如图X48所示，单匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的OO′轴从图示位置开始匀速转动，角速度ω＝100 rad/s，已知从图示位置转过时，线圈中电动势大小为10 V.,图X-4-8,习题课：交变电流的产生及描述│ 自我检测,(1)求交变电动势的峰值； (2)求交变电动势的有效值； (3)求与线圈相接的交流电压表的示数． (4)设线圈电阻为R＝1 Ω，取走电压表，线圈接一外电阻R外＝9 Ω，求线圈由图示位置转过角度过程中通过导线某一截面的电荷量q.,习题课：交变电流的产生及描述│ 自我检测,习题课：交变电流的产生及描述│ 自我检测,3 电容和电感对交变电流的影响,3 电容和电感对交变电流的影响,三维目标,【知识与技能】 (1)了解电感器和电容器对交变电流的导通和阻碍作用． (2)定性了解电感器和电容器对交变电流阻碍作用的大小与什么因素有关．,3 电容和电感对交变电流的影响│ 三维目标,【过程与方法】 (1)通过探究实验，尝试应用科学的方法研究物理问题，认识物理实验在物理学发展过程中的作用． (2)通过探究感抗和容抗的大小与哪些因素有关，获得实验探究过程的体验，培养学生分析、解决问题的能力．,3 电容和电感对交变电流的影响│ 三维目标,【情感、态度与价值观】 通过实验的互动过程，诱发学生对探究物理规律的兴趣．,3 电容和电感对交变电流的影响│ 三维目标,重点难点,【重点】 电感和电容对交流电路和直流电路的作用是不同的． 【难点】 电容和频率对容抗的影响．,3 电容和电感对交变电流的影响│ 重点难点,教学建议,新课程标准中，本节课对知识和技能的要求并不高，但学生对容抗和感抗的理解有一定的困难．在传统的物理教学中，一般都是通过演示实验观察电感和电容对交变电流的阻碍作用，再进行一些理性的讲解，使学生了解感抗和容抗的大小与哪些因素有关，教材对演示实验要求简单，更没有演示感抗和容抗的大小与哪些因素相关的实验，导致课堂气氛沉闷，学生缺少主动性，更谈不上发展创新思维了．,3 电容和电感对交变电流的影响│ 教学建议,新课导入,【导入一】 1．复习提问：在日光灯电路中，自感线圈起到什么作用？ 学生思考、回答…… 2．在这个事例中，我们已经领略了某些元件在交流电路中的奇妙作用，其规律也比电阻元件要复杂得多．今天，我们将拓宽这方面的介绍．,3 电容和电感对交变电流的影响│ 新课导入,【导入二】 电阻、电感、电容是交流电路中三种基本元件． 师：演示 在如图所示的电路中，如果交变电流的频率增大，1、2和3灯的亮度变化情况是怎样的？,3 电容和电感对交变电流的影响│ 新课导入,,在直流电路中，影响电流跟电压关系的只有电阻．在交流电路中，影响电流跟电压关系的，除了电阻外，还有电感和电容．电感和电容对交变电流的影响是怎样的呢？ 这节课我们就学习电感、电容对交变电流的影响．,3 电容和电感对交变电流的影响│ 新课导入,3 电容和电感对交变电流的影响│ 知识必备,知识必备,1．_______对交变电流阻碍作用的大小叫感抗，线圈的自感系数______，交流的频率______，感抗就越大． 2．_______对交变电流阻碍作用的大小叫容抗，电容器的电容______，交流的频率______，容抗就越大．,越大,电容器,越低,电感器,越高,越小,学习互动,考点一 电感器对交变电流的阻碍作用 [想一想] 教材中的第一个“演示”实验，两灯亮暗情况不一样，请你结合学过的自感现象分析： (1)产生这种现象的原因是什么？ (2)改变自感系数以及交流电的频率会改变线圈的阻碍作用吗？ (3)影响感抗的因素是什么？,3 电容和电感对交变电流的影响│ 学习互动,3 电容和电感对交变电流的影响│ 学习互动,3 电容和电感对交变电流的影响│ 学习互动,[要点总结] 1．线圈的自感系数______，交变电流的频率______，感抗越大． 2．在电工和电子技术中使用的扼流圈，就是利用电感器对交变电流的阻碍作用制成的，扼流圈可分为两大类： 低频扼流圈，匝数为______甚至超过_______，作用：_______________．高频扼流圈，匝数为______或______，作用：________________________．,越大,越高,通直流，通低频，阻高频,几十,几百,通直流，阻交流,几千,一万,例1 (多选)在如图531所示的电路中，L为电感线圈，灯泡的电阻恒定，电流表内阻为零，电压表内阻无限大，交流电源的电压u＝220 sin 100πt(V)．若保持电源电压的有效值不变，只将电源频率改为100 Hz，下列说法正确的是( ),3 电容和电感对交变电流的影响│ 学习互动,图5-3-1,A．电流表示数增大 B．电压表示数增大 C．灯泡变暗 D．灯泡变亮,3 电容和电感对交变电流的影响│ 学习互动,3 电容和电感对交变电流的影响│ 学习互动,考点二 电容器对交变电流的阻碍作用 [想一想] 如图532甲、乙所示，把灯泡和电容器串联起来，先把它们接到直流电源上，再把它们接到交流电源上，观察灯泡的发光情况．,3 电容和电感对交变电流的影响│ 学习互动,图5-3-2,(1)分析电容器通交流的原因． (2)若把图乙中电容器去掉，变成图丙所示电路，会发生什么现象？说明了什么？ (3)在图乙中，改变电源频率和电容器的电容，灯泡亮度会有什么变化？,3 电容和电感对交变电流的影响│ 学习互动,【答案】(1)把交流电源接到电容器两个极板上后，当电源电压升高时，电源给电容器充电，电荷向电容器极板上聚集，在电路中，形成充电电流；当电源电压降低时，电容器放电，电荷从极板上流出，在电路中形成放电电流．电容器交替进行充电和放电，电路中就有了电流，好像是交流“通过”了电容器，但实际上自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘介质． (2)灯泡变得更亮，说明电容器对交流有阻碍作用． (3)电容变大时，灯变亮；频率增大时，灯变亮．,3 电容和电感对交变电流的影响│ 学习互动,3 电容和电感对交变电流的影响│ 学习互动,[要点总结] 1．电容______，交变电流的频率______，容抗越小． 2．电容器对交变电流阻碍作用的实质：当交变电流“通过”电容器时，电容器______或______，使电容器两极板间形成跟原电压_________的电压，阻碍电流变化． 3．电容器在电路中常见的作用有两种： 隔直电容器：通交流，隔______． 高频旁路电容器：通高频，阻_____．,越大,越高,充电,放电,方向相反,直流,低频,例2 (多选)图533甲、乙两图是电子技术中的常用电路，a、b是各部分电路的输入端，其中输入的交流高频成分用“～～～”表示，交流低频成分用“～”表示，直流成分用“—”表示．关于两图中负载电阻R上得到的电流特征是( ),3 电容和电感对交变电流的影响│ 学习互动,图5-3-3,A．图甲中R得到的是交流成分 B．图甲中R得到的是直流成分 C．图乙中R得到的是低频成分 D．图乙中R得到的是高频成分,3 电容和电感对交变电流的影响│ 学习互动,AC [解析] 当交变电流加在电容器上时，电容器有“通交流、隔直流，通高频、阻低频”的特性，甲图中电容器隔直流，R得到的是交流成分，A正确，B错误；乙图中交流高频成分能通过电容器，电容器阻碍交流低频成分，R得到的是低频成分，C正确，D错误．,3 电容和电感对交变电流的影响│ 学习互动,考点三 电感、电容、电阻在电路中的特点比较 [要点总结] 1．电阻对交流、直流有相同的阻碍作用，交流频率变化时，阻碍作用不变． 2．电感器通直流、阻交流，通低频、阻高频． 3．电容器通交流、隔直流，通高频、阻低频．,3 电容和电感对交变电流的影响│ 学习互动,例3 如图534所示，电路中完全相同的三只灯泡L1、L2、L3分别与电阻R、电感器L、电容器C串联，然后再并联到220 V、50 Hz的交流电路上，三只灯泡亮度恰好相同．若保持交变电压不变，将交变电流的频率增大到60 Hz，则发生的现象是( ),3 电容和电感对交变电流的影响│ 学习互动,图5-3-4,A．三灯亮度不变 B．三灯均变亮 C．L1亮度不变、L2变亮、L3变暗 D．L1亮度不变、L2变暗、L3变亮,3 电容和电感对交变电流的影响│ 学习互动,D [解析] 当交变电流的频率变大时，电感器的感抗变大，电容器的容抗变小，因此L3变亮，L2变暗．因为电阻在直流和交流电路中起相同的作用，所以L1亮度不变．,3 电容和电感对交变电流的影响│ 学习互动,备用习题,1．(多选)如图所示的实验电路中，若直流电压和交变电压的有效值相等，S为双刀双掷开关，下面叙述正确的是( ),3 电容和电感对交变电流的影响│ 备用习题,,A．S掷向a、b时灯较亮，掷向c、d时灯较暗 B．S掷向a、b时灯较暗，掷向c、d时灯较亮 C．S掷向c、d，把电感线圈中的铁芯抽出时灯变亮 D．S掷向c、d，电源电压不变，而使频率减小时，灯变暗,3 电容和电感对交变电流的影响│ 备用习题,AC [解析]线圈对恒定电流无感抗，对交变电流有感抗；当交流电频率减小时，感抗变小，灯变亮，并且有铁芯时感抗更大，故铁芯抽出时灯变亮．,3 电容和电感对交变电流的影响│ 备用习题,2．如图所示，在电路两端加上正弦交流电，保持电压有效值不变，使频率增大，发现各灯的亮暗情况是：灯L1变亮，灯L2变暗，灯L3亮度不变，则M、N、L中所接元件可能是( ),3 电容和电感对交变电流的影响│ 备用习题,,A．M为电阻，N为电容器，L为电感线圈 B．M为电感线圈，N为电容器，L为电阻 C．M为电容器，N为电感线圈，L为电阻 D．M为电阻，N为电感线圈，L为电容器,3 电容和电感对交变电流的影响│ 备用习题,C [解析]在交流电的电压有效值不变的情况下，若交流电的频率增大，则线圈的感抗增大，电容器的容抗减小，电阻的阻值不变，故与电感线圈串联的灯变暗，与电容器串联的灯变亮，与电阻串联的灯亮度不变，C正确．,3 电容和电感对交变电流的影响│ 备用习题,自我检测,1．(电感器对交变电流的阻碍作用)(多选)对于扼流圈，以下说法正确的是( ) A．扼流圈是利用电感器阻碍交变电流的作用制成的 B．低频扼流圈用来“通低频、阻高频” C．高频扼流圈用来“通直流、阻交流” D．高频扼流圈对低频交变电流阻碍作用较小，对高频交变电流的阻碍作用很大,3 电容和电感对交变电流的影响│ 自我检测,【答案】AD,3 电容和电感对交变电流的影响│ 自我检测,2．(电感器对交变电流的阻碍作用)一个灯泡通过一个线圈与一交流电源相连接，如图535所示．一块铁插进线圈之后，该灯将( ),3 电容和电感对交变电流的影响│ 自我检测,图5-3-5,A．变亮 B．变暗 C．没有影响 D．无法判断,3 电容和电感对交变电流的影响│ 自我检测,B [解析] 在线圈内由于磁场变化而产生的感应电动势总是反抗电流变化．正是这种反抗变化的特性使线圈产生了感抗．加入铁芯后线圈的自感系数增大，感抗增大，其两端的电压增大，灯泡上的电压减小，所以灯变暗．,3 电容和电感对交变电流的影响│ 自我检测,3．(电容器对交变电流的阻碍作用)如图536所示的电路中，正弦交流电源电压的有效值为220 V，则关于交流电压表的示数，以下说法中正确的是( ),3 电容和电感对交变电流的影响│ 自我检测,图5-3-6,A．等于220 V B．大于220 V C．小于220 V D．等于零,3 电容和电感对交变电流的影响│ 自我检测,C [解析] 虽然交变电流能通过电容器，但也受到阻碍作用，电容器与电阻串联，根据分压原理可知电阻两端的电压小于电源电压，电压表测的是电阻两端的电压，C正确．,3 电容和电感对交变电流的影响│ 自我检测,4．如图537所示，三个相同的灯泡甲、乙、丙足够耐压，电源的内阻忽略．当单刀双掷开关S接A时，三个灯泡的亮度相同，那么当S接B时( ),3 电容和电感对交变电流的影响│ 自我检测,图5-3-7,A．三个灯泡的亮度相同 B．甲灯最亮，丙灯不亮 C．甲灯和乙灯亮度相同，丙灯不亮 D．只有丙灯不亮，乙灯最亮,3 电容和电感对交变电流的影响│ 自我检测,D [解析] 开关S接A时，甲、乙、丙三灯所在的支路均有交流电通过，开关S接B时，电路处于直流工作状态，电容C“隔直流、通交流”，电感L“阻交流、通直流”，R对交、直流有相同的阻抗．可判断此时电路中I丙＝0，I甲不变，I乙增大，又因为灯泡的亮度由实际功率决定，所以只有丙灯不亮，乙灯最亮，故选项D正确．,3 电容和电感对交变电流的影响│ 自我检测,4 变压器,4 变压器,三维目标,【知识与技能】 理解变压器的结构并掌握变压器的工作原理和工作规律．,4 变压器│ 三维目标,,【过程与方法】 (1)在探究过程中培养学生协作、交流的能力． (2)培养发现问题、解决问题、设计实验与探究的能力．,4 变压器│ 三维目标,,【情感、态度与价值观】 使学生领略科学研究的综合性，在科学探究中形成严谨务实的态度．,4 变压器│ 三维目标,,重点难点,【重点】 探究变压比和匝数比的关系． 【难点】 探究变压比和匝数比的关系．,4 变压器│ 重点难点,,教学建议,学生通过前面“电磁感应”整章的学习，已经对磁生电以及涡旋电流有了基本的掌握，经由“交流电”前两节的学习，对交流电的特点也比较清楚，已经基本具备了学习变压器这一节内容的必备知识．但对变压器原线圈两端的电压与原线圈产生的电动势大小关系这一知识点比较欠缺，在教学中需作出补充提示．教材是落实课程标准、实现教学目标的重要载体，新教材的特点之一是“具有基础性、丰富性和开放性”，即学习内容是基础而丰富的，呈现形式是丰富而开放的．教材对变压器原理的表述比较浅显，在处理时要将这部分内容情境化，将静态知识动态化，利于学生透彻理解．另外，教材中“探究变压器线圈两端的电压与匝数关系”建议用控制变量法探究，但控制变量法在这个实验中不利于学生寻找物理量之间的关系，因此在这个实验中建议学生从和、差、积、比几个方面试探分析．,4 变压器│ 教学建议,,新课导入,【导入一】 教师活动：我们常见的电流通常有两大类，是哪两类？请举例说明． 学生活动：积极思考，列举实例．学生代表发言，其他同学补充． 教师活动：学生举例后，演示课件，增加感性认识． 点评：问题比较简单，可由物理基础较差的同学(提问)答出，增加其学习的兴趣． [结论]交流电、直流电两种． 教师活动：总结点评学生的发言情况，引出课题．,4 变压器│ 新课导入,,直流电我们已经学过，但在实际生活中，我们所遇到的大都是交流电．我们知道，交流电都是从电站发出，然后经过输电线的输送，才能到达用户．另外，在输电的过程中，有些同学可能听说过高压或超高压输电的说法，那么怎样才能把电压升到很高呢？这就是我们这一节所要重点讨论的问题：变压器．,4 变压器│ 新课导入,,【导入二】 家庭用电一般是220 V，我们听的录音机一般是几十伏或几伏，电视机高压包的电压在10000 V以上，我们是怎样得到这些不同的电压的呢？学习了变压器的原理，我们就可以理解这个问题了．,4 变压器│ 新课导入,,4 变压器│ 知识必备,知识必备,知识点一 变压器的原理 1．变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的__________组成，与__________连接的线圈叫原线圈，与______连接的线圈叫副线圈． 2．______现象是变压器工作的基础，变压器能改变交变电流的_____，不能改变交变电流的_____和_____．,交流电源,两个线圈,负载,互感,电压,频率,周期,4 变压器│ 知识必备,匝数,反,,学习互动,考点一 变压器的原理及电压与匝数的关系 [想一想] 把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连到交流电源的两端，另一个线圈连到小灯泡上(如图541所示)．,4 变压器│ 学习互动,,图5-4-1,连接电路，接通电源，小灯泡能发光． 请根据以上现象回答下列问题： (1)两个线圈并没有连接，小灯泡为什么会发光？ (2)小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压相等吗？,4 变压器│ 学习互动,4 变压器│ 学习互动,4 变压器│ 学习互动,副线圈,原线圈,互感现象,周期,频率,n1∶n2∶n3∶……,4 变压器│ 学习互动,4 变压器│ 学习互动,4 变压器│ 学习互动,4 变压器│ 学习互动,P入＝P出,U1I1＝U2I2,P入＝P出,U1∶U2∶U3∶…∶Un＝n1∶n2∶n3∶…∶nn,例2 一台理想变压器，其原线圈有2200匝，副线圈有440匝，副线圈接一个100 Ω的负载电阻，如图544所示．,4 变压器│ 学习互动,,图5-4-4,(1)当原线圈接在44 V直流电源上时，电压表示数为________V，电流表示数为________A. (2)当原线圈接在220 V交流电源上时，电压表示数为________V，电流表示数为________A，此时输入功率为________W，变压器效率为________．,4 变压器│ 学习互动,4 变压器│ 学习互动,考点三 含理想变压器电路的动态分析 [要点总结] 理想变压器原、副线圈有关物理量的决定关系 (1)输入电压U1决定输出电压U2，这是因为输出电