交變電流的峰值和有效值

1、高二物理導(dǎo)學(xué)案王國義課題：交變電流的峰值和有效值課型：新授課編寫時時間：2015年12月12日教學(xué)目標(biāo)一知識與技能1. 理解什么是交變電流的峰值和有效值，知道它們之間的關(guān)系。理解交變電流的周期、頻率以及它們之間的關(guān)系。知道我國生產(chǎn)和生活用電的周期頻率的大小。二過程與方法能應(yīng)用數(shù)學(xué)工具描述和分析處理物理問題。教學(xué)重點、難點重點交變電流有效值概念。難點交變電流有效值概念及計算。教學(xué)方法實驗、啟發(fā)教學(xué)手段多媒體課件電源、電容器、燈泡“6V,0.3A"、幻燈片、手搖發(fā)電機教學(xué)過程一引入新課矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動時，在線圈中產(chǎn)生了正弦交變電流。如何描述交變電流的變化規(guī)

2、律呢？可以用公式法描述。從中性面開始計時，得出瞬時電動勢：e=Emsinst瞬時電流：i=Imsinst瞬時電壓：u=Umsinst其中Em=NBSs交變電流的大小和方向都隨時間做周期性變化，只用電壓、電流描述不全面。這節(jié)課我們學(xué)習(xí)表征正弦交變電流的物理量。二進行新課1. 周期和頻率請同學(xué)們閱讀教材，答復(fù)以下問題：1什么叫交變電流的周期？2什么叫交變電流的頻率？3它們之間的關(guān)系是什么？4我國使用的交變電流的周期和頻率各是多大？交變電流完成一次周期性的變化所用的時間，叫做交變電流的周期，用T表示。交變電流在1s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，叫做交變電流的頻率，用f表示。1T=f我國使用的交變電流頻率f

3、=50Hz,周期T=0。02s。2. 交變電流的峰值Em,Im,Um交變電流的峰值是交變電流在一個周期內(nèi)所能到達的最大數(shù)值，可以用來表示交變電流的電流或電壓變化幅度。演示電容器的耐壓值將電容器8V,500F接在學(xué)生電源上充電，接8V壓壓時電容器正常工作，接16V電壓時，幾分鐘后聞到燒臭味，后聽到爆炸聲。電容器的耐壓值是指能夠加在它兩端的最大電壓，假設(shè)電源電壓的最大值超過耐壓值，電容器可能被擊穿。但是交變電流的最大值不適于表示交變電流產(chǎn)生的效果，在實際中通常用有效值表示交變電流的大小。思考與討論：如囹的電坦14虬一個房T岫電由.受不低Itw電頃A】盅尋計Jpi*J內(nèi)電網(wǎng)ft11EH上蘊有一個大才

4、勾狒不史的候定宅涯退T虻域,中舟.也在M內(nèi)尸生何料的品.該中電t00.2s、0.20.5s、0.50.8s、0.81s這四個階段電流大小不變化，分別計算出熱量,然后加起來。由QI2Rt解得Qi0.2J；Q21.2J；Q31.2J；Q40.2J所以，1s內(nèi)電阻R中產(chǎn)生的熱量為Q0.21.21.20.22.8J由Q12Rt解得，I目2.8A=1.67A.Rt2.有效值E、I、U讓交變電流和直流電通過同樣的電阻，如果它們在相同時間內(nèi)產(chǎn)生熱量相等，把直流電的值叫做交變電流的有效值。通常用大寫字母U、I、E表示有效值。I=Im=0.707Im2正弦交變電流的最大值與有效值有以下關(guān)系：U=Um=0.707

5、Um2強調(diào)1各種使用交變電流的電器設(shè)備上所示值為有效值。2交變電流表電壓表或電流表所測值為有效值。3計算交變電流的功、功率、熱量等用有效值。三課堂總結(jié)、點評本節(jié)課主要學(xué)習(xí)了以下幾個問題：1.表征交變電流的幾個物理量：周期和頻率、峰值和有效值。、，一12.交變電流的周期與頻率的關(guān)系：T=。f3. 正弦式交變電流最大值與有效值的關(guān)系:四實例探究【例1】表示交變電流隨時間變化圖象如下圖，則交變電流有效值為A.5a/2aB.5AC.3.572AD.3.5A綜合應(yīng)用【例2】交流發(fā)電機矩形線圈邊長ab=cd=0.4m,bc=ad=0.2m,共50匝，線圈電阻r=1Q,線圈在B=0.2T的勻強磁場中，繞垂直

6、磁場方向的軸OO'以100r/s轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動，外接電阻9Q,如下圖。求：1電壓表讀數(shù)；2電阻R上電功率。本節(jié)優(yōu)化訓(xùn)練設(shè)計1.把220V的正弦式電流接在440Q電阻兩端，則該電阻的電流峰值A(chǔ).0.5AB. 0.52AD.2A2.電路如下圖，交變電流電源的電壓是6V,它跟電阻Ri、R2及電容C、電壓表一起連成如圖電路.忽略電源內(nèi)阻，為保證電容器不擊穿，電容器耐壓值U2和電壓表示數(shù)U1分別為A.Ui=62VC.U1=6VB.U2=6VD.U2>6七版V3.兩個相同電阻分別通以以下圖兩種電流，則在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量Qa:4. 關(guān)于正弦式電流的有效值，以下說法中正確的選項是A. 有效值就

7、是交流電在一周期內(nèi)的平均值B. 交流電的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來定義的C. 在交流電路中，交流電流表和交流電壓表的示數(shù)表示的都是有效值D. 對于正弦式電流，最大值的平方等于有效值平方的2倍參考答案：1.B2.CD3.1:24.BCD備課資料1.如何計算幾種典型交變電流的有效值？答：交流電的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)規(guī)定的.讓交變電流和直流電通過同樣的電阻，如果它們在同一時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，就把這一直流電的數(shù)值叫做這一交流電的有效值.解析：通常求交變電流的有效值的類型有如下幾種：1正弦式交流電的有效值此類交流電滿足公式e=Emsinst,i=Imsinst它的電壓有效值為e=Em，電流有效值i

8、=Im,22對于其他類型的交流電要求其有效值，應(yīng)緊緊把握有效值的概念.下面介紹幾種典型交流電有效值的求法.2正弦半波交流電的有效值假設(shè)將右圖所示的交流電加在電阻R上，那么經(jīng)一周期產(chǎn)生的熱量應(yīng)等于它為全波交流電時的1/2，即U半2T/R=1'全'，而U全=Um，因而得U半=Um，同理得I半=Im.2R2223正弦單向脈動電流有效值因為電流熱效應(yīng)與電流方向無關(guān)，所以左以下圖所示正弦單向脈動電流與正弦交流電通入電阻時所產(chǎn)生的熱效應(yīng)完全相同，即4矩形脈動電流的有效值如右上圖所示電流實質(zhì)是一種脈沖直流電，當(dāng)它通入電阻后一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量相當(dāng)于直流電產(chǎn)生熱量的，這里t是一個周期內(nèi)脈動時間

9、.由I矩2RT=Im2RT或土TTRT=?牛T,得I矩=、1=序,JUm.當(dāng)=1/2時，I矩=1-Im,UgJJum.TT2,25非對稱性交流電有效值假設(shè)讓一直流電壓U和如下圖的交流電壓分別加在同一電阻上，交變電流在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為2Qi0R2U2TJ,WT,直流電在相等時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量R2八UQ2=T,R根據(jù)它們的熱量相等有2Ui1,2,2,1,2.2、U|2(UiU2),同理有I=V5(IiI2).2.一電壓U0=10V的直流電通過電阻R在時間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量與一交變電流通過R/2時在同一時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相同，則該交流電的有效值為多少？解：根據(jù)t時間內(nèi)直流電壓Uo在電阻R上產(chǎn)生的熱量與同一時間內(nèi)交流電壓的有效值U在電阻R/2上產(chǎn)生的熱量相同，則22.tt,所以U書5/2VR(R/2)23.在圖示電路中，已知交流電源電壓u=200s