交變電流與電磁波教材分析

1、一一. .知識結(jié)構(gòu)與課時安排知識結(jié)構(gòu)與課時安排第一單元：交流電第一單元：交流電 交流電的產(chǎn)生與變化規(guī)律交流電的產(chǎn)生與變化規(guī)律一課時一課時 表征交流電的物理量表征交流電的物理量一課時一課時第二單元：第二單元：電感、電容對交流電的影響電感、電容對交流電的影響一課時一課時第三單元：第三單元：變壓器變壓器 一課時一課時 電能的輸送電能的輸送 一課時一課時 習(xí)題習(xí)題 一課時一課時第四單元：第四單元：電磁振蕩及周期、頻率電磁振蕩及周期、頻率 一課時一課時第五單元：第五單元： 電磁場、電磁波電磁場、電磁波 一課時一課時 無線電波的發(fā)射和接收無線電波的發(fā)射和接收; 電視、雷達(dá)電視、雷達(dá) 一課時一課時復(fù)習(xí)、測驗

2、復(fù)習(xí)、測驗 二課時二課時兩章共計兩章共計 十一課時完成十一課時完成一單元：一單元：交流電的產(chǎn)生和變化規(guī)律交流電的產(chǎn)生和變化規(guī)律教學(xué)注意點教學(xué)注意點: :1.交流發(fā)電機(jī)工作原理交流發(fā)電機(jī)工作原理,變化規(guī)律與圖象的對應(yīng)變化規(guī)律與圖象的對應(yīng)0T/4T/23T/4Tetet0e =Emsintet0e =Emcost2.由于開始計由于開始計 時時(t=0),線圈位置線圈位置(初相位初相位)不同不同,出現(xiàn)正弦與余弦的表達(dá)式出現(xiàn)正弦與余弦的表達(dá)式3.電動勢最大值的決定因素電動勢最大值的決定因素:(結(jié)合上章的習(xí)題復(fù)習(xí)結(jié)合上章的習(xí)題復(fù)習(xí)) Em= nBS4.瞬時值、最大值、有效值的符號：瞬時值、最大值、有效值

3、的符號：電動勢電動勢電壓電壓電流電流瞬時值瞬時值eui最大值最大值EmUmIm有效值有效值EUI5.對于純電阻電路各量間歐姆定律分別成立對于純電阻電路各量間歐姆定律分別成立例：例：eR+rIm=RUmU=IRi =6.有效值的引入與理解：有效值的引入與理解：Q=I2Rt=100JA=U+-R=10I=1At=10s100JAUR=10I=？At=10s100JQ= I 2RtI =QRt=1A17.可通過量熱器、電阻圈通電發(fā)熱，定量得到可通過量熱器、電阻圈通電發(fā)熱，定量得到 I=Im/ /2演示實驗演示實驗:實驗名稱、器材實驗名稱、器材演示的章節(jié)演示的章節(jié)演示的目的演示的目的小型交流發(fā)電機(jī)、小

4、型交流發(fā)電機(jī)、直流檢流計直流檢流計示波器、變阻器、示波器、變阻器、低壓電源低壓電源第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié)交流電的產(chǎn)生及周交流電的產(chǎn)生及周期變化的特點期變化的特點觀看、對比交、直觀看、對比交、直流電，高低頻波形流電，高低頻波形交流發(fā)電機(jī)模型交流發(fā)電機(jī)模型 第一節(jié)第一節(jié)交流電產(chǎn)生原理，交流電產(chǎn)生原理，最大值、瞬時值最大值、瞬時值有關(guān)參考知識：有關(guān)參考知識： 1.發(fā)電機(jī)模型一般是兩個磁極發(fā)電機(jī)模型一般是兩個磁極,每轉(zhuǎn)一周，周期性變化一次每轉(zhuǎn)一周，周期性變化一次實際發(fā)電機(jī)通常是四磁極（多極），每轉(zhuǎn)一周周期性變化兩實際發(fā)電機(jī)通常是四磁極（多極），每轉(zhuǎn)一周周期性變化兩次，得到相同頻率的交流電時次，得到相

5、同頻率的交流電時,可以降低轉(zhuǎn)子的角速度可以降低轉(zhuǎn)子的角速度 50Hz交流電發(fā)電機(jī)交流電發(fā)電機(jī) 其轉(zhuǎn)子其轉(zhuǎn)子 3，000r/min50Hz交流電發(fā)電機(jī)其交流電發(fā)電機(jī)其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 1，500r/min三峽電廠發(fā)電機(jī)的多極轉(zhuǎn)子三峽電廠發(fā)電機(jī)的多極轉(zhuǎn)子 2.大型發(fā)電機(jī)線圈中電流很大，為了不使大的電流通大型發(fā)電機(jī)線圈中電流很大，為了不使大的電流通過電刷，實際發(fā)電機(jī)都是磁鐵過電刷，實際發(fā)電機(jī)都是磁鐵(電磁鐵電磁鐵)旋轉(zhuǎn)（為轉(zhuǎn)子）旋轉(zhuǎn)（為轉(zhuǎn)子）,而線圈是固定的（定子）而線圈是固定的（定子）.磁鐵旋轉(zhuǎn)式發(fā)磁鐵旋轉(zhuǎn)式發(fā)電機(jī)模型電機(jī)模型3.關(guān)于交流電的變頻關(guān)于交流電的變頻二單元二單元.電感、電容對交流電的影響電感、

6、電容對交流電的影響教學(xué)注意點教學(xué)注意點: : 通過實驗現(xiàn)象通過實驗現(xiàn)象; 分析本質(zhì)分析本質(zhì); 總結(jié)結(jié)論總結(jié)結(jié)論1.電感作用電感作用: 實驗實驗: (1)電感對交流的阻礙作用電感對交流的阻礙作用 (2)頻率越高、自感系數(shù)越大，感抗越大頻率越高、自感系數(shù)越大，感抗越大 原因原因: 由于自感現(xiàn)象對交流的阻礙造成由于自感現(xiàn)象對交流的阻礙造成實驗實驗: (1)電容對直流的阻礙作用電容對直流的阻礙作用(2)頻率越高、電容越大，容抗越小頻率越高、電容越大，容抗越小原因原因: 由于交流電對電容頻繁充、放電造成由于交流電對電容頻繁充、放電造成2.電容的作用電容的作用:3.總結(jié)總結(jié)電感電感(感抗感抗):通直流，阻

7、交流通直流，阻交流;通低頻，阻高頻通低頻，阻高頻電容電容(容抗容抗):通交流，阻直流通交流，阻直流; 通高頻，阻低頻通高頻，阻低頻4.應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例:演示實驗演示實驗:實驗名稱、器材實驗名稱、器材 演示的章節(jié)演示的章節(jié)演示的目的演示的目的感抗實驗感抗實驗:電感線電感線圈、燈泡、交流、圈、燈泡、交流、直流電源直流電源第三節(jié)第三節(jié)感抗的存在，感感抗的存在，感抗大小決定因素抗大小決定因素容抗實驗容抗實驗:電容器、電容器、燈泡、交流、直燈泡、交流、直流電源流電源 第三節(jié)第三節(jié)容抗的存在，容容抗的存在，容抗大小決定因素抗大小決定因素有關(guān)參考知識有關(guān)參考知識1.交流電的趨膚效應(yīng)交流電的趨膚效應(yīng) 亦稱為亦

8、稱為“集膚效應(yīng)集膚效應(yīng)”.交流電流通過導(dǎo)體時，由于感應(yīng)交流電流通過導(dǎo)體時，由于感應(yīng)作用引起導(dǎo)體截面上電流分布不均勻，愈近導(dǎo)體表面電作用引起導(dǎo)體截面上電流分布不均勻，愈近導(dǎo)體表面電流密度越大。這種現(xiàn)象稱流密度越大。這種現(xiàn)象稱“趨膚效應(yīng)趨膚效應(yīng)”。趨膚效應(yīng)使導(dǎo)。趨膚效應(yīng)使導(dǎo)體的有效電阻增加體的有效電阻增加,頻率越高，趨膚效應(yīng)越顯著。頻率越高，趨膚效應(yīng)越顯著。當(dāng)頻率當(dāng)頻率很高的電流通過導(dǎo)線時，可以認(rèn)為電流只在導(dǎo)線表面上很高的電流通過導(dǎo)線時，可以認(rèn)為電流只在導(dǎo)線表面上很薄的一層中流過，這等效于導(dǎo)線的截面減小，電阻增很薄的一層中流過，這等效于導(dǎo)線的截面減小，電阻增大。大。既然導(dǎo)線的中心部分幾乎沒有電流通

9、過，就可以把既然導(dǎo)線的中心部分幾乎沒有電流通過，就可以把這中心部分除去以節(jié)約材料。因此這中心部分除去以節(jié)約材料。因此,在高頻電路中可以采在高頻電路中可以采用空心導(dǎo)線代替實心導(dǎo)線用空心導(dǎo)線代替實心導(dǎo)線; 此外此外,為了削弱趨膚效應(yīng)使高為了削弱趨膚效應(yīng)使高頻電路中的電阻加大頻電路中的電阻加大,也往往使用多股相互絕緣細(xì)導(dǎo)線編也往往使用多股相互絕緣細(xì)導(dǎo)線編織成束織成束,或在導(dǎo)線外鍍上一層銀或在導(dǎo)線外鍍上一層銀,以減小電阻。在工業(yè)應(yīng)用以減小電阻。在工業(yè)應(yīng)用方面，利用趨膚效應(yīng)可以對金屬進(jìn)行表面淬火方面，利用趨膚效應(yīng)可以對金屬進(jìn)行表面淬火,達(dá)到內(nèi)柔達(dá)到內(nèi)柔外堅。外堅。 三單元：三單元：變壓器與電能的輸送變壓

10、器與電能的輸送教學(xué)注重點教學(xué)注重點: :1.1.復(fù)習(xí)電磁感應(yīng)理解變壓器原理復(fù)習(xí)電磁感應(yīng)理解變壓器原理2.理想變壓器忽略能量理想變壓器忽略能量(銅損、鐵損、磁損銅損、鐵損、磁損)損失損失: 認(rèn)為效率認(rèn)為效率100%(實際中小型變壓器在實際中小型變壓器在8090%) P原原= P副副VV3.電壓比公式建議由實驗得出電壓比公式建議由實驗得出:方法方法1:1: 用大型可拆變壓器通過演示啟發(fā)同學(xué)得出用大型可拆變壓器通過演示啟發(fā)同學(xué)得出(器材器材:可拆變壓器、交流電壓表、單股導(dǎo)線）可拆變壓器、交流電壓表、單股導(dǎo)線）方法方法2:2:學(xué)生分組探究，輸入電壓低于學(xué)生分組探究，輸入電壓低于12V，只改變次級匝數(shù)，

11、只改變次級匝數(shù)(器材器材:可拆變壓器可拆變壓器可用環(huán)形變壓器可用環(huán)形變壓器代替代替;交流電壓表交流電壓表可用萬用表可用萬用表代替代替;單股細(xì)導(dǎo)線單股細(xì)導(dǎo)線可用粗漆包線可用粗漆包線代替代替;若使若使用用環(huán)形變壓器還要用穿線的梭子環(huán)形變壓器還要用穿線的梭子）得出公式：得出公式：U1U2=n1n2UxUy=nxny多組副線圈推廣多組副線圈推廣:由功率推導(dǎo)電流比公式由功率推導(dǎo)電流比公式:（只適用于一組副圈）（只適用于一組副圈）I1I2=n2n14.對于理想變壓器特點小結(jié)對于理想變壓器特點小結(jié):(1)原線圈相當(dāng)一個電感元件原線圈相當(dāng)一個電感元件(2)副線圈相當(dāng)一個內(nèi)阻不計的電源副線圈相當(dāng)一個內(nèi)阻不計的電

12、源,電動勢為副電動勢為副 線圈兩端的電壓線圈兩端的電壓(3)副線圈電壓隨原線圈電壓變化而改變副線圈電壓隨原線圈電壓變化而改變;原線圈原線圈中的電流中的電流(功率功率)隨副線圈電流隨副線圈電流(功率功率)變化而改變變化而改變(4)降壓變壓器副線圈中電流較大降壓變壓器副線圈中電流較大,導(dǎo)線較粗導(dǎo)線較粗; 升壓變壓器副線圈中電流較小升壓變壓器副線圈中電流較小,導(dǎo)線較細(xì)導(dǎo)線較細(xì) 5.通過實驗說明輸電過程中電能損耗通過實驗說明輸電過程中電能損耗(轉(zhuǎn)化成內(nèi)能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能) U輸輸= U線線+U用用 P輸輸= P線線+P用用P線線= I 2R線線= (P輸輸/ U輸輸)2 R線線 發(fā)發(fā)電電廠廠用用戶戶導(dǎo)線電阻

13、導(dǎo)線電阻 R線線輸電功率輸電功率P輸輸輸電電壓輸電電壓U輸輸輸電電流輸電電流 I用戶功率用戶功率P用用用戶電壓用戶電壓U用用U線線(1)把輸電線路看成串聯(lián)電路把輸電線路看成串聯(lián)電路P輸輸U(kuò)輸輸IP用用U用用U線線R線線(2)為減小導(dǎo)線的能量損失采用高壓輸電為減小導(dǎo)線的能量損失采用高壓輸電發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)升壓變壓器升壓變壓器降壓變壓器降壓變壓器用戶用電器用戶用電器遠(yuǎn)程輸電線遠(yuǎn)程輸電線演示實驗演示實驗:實驗名稱、器材實驗名稱、器材章節(jié)章節(jié)實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康?變壓器原理：變壓器、低變壓器原理：變壓器、低壓交、直流電源、小燈泡、壓交、直流電源、小燈泡、交流電壓表交流電壓表第四節(jié)第四節(jié) 變壓器可改變交變壓器可

14、改變交流電壓的高低流電壓的高低 可拆變壓器、低壓交流電可拆變壓器、低壓交流電源、小燈泡、交流電壓表源、小燈泡、交流電壓表第四節(jié)第四節(jié)電壓比公式電壓比公式 變壓器、交流電源、小燈變壓器、交流電源、小燈泡、交流電壓表、電流表泡、交流電壓表、電流表第四節(jié)第四節(jié) 原、副線圈的電原、副線圈的電壓、電流的變化關(guān)系壓、電流的變化關(guān)系 互感器、自耦調(diào)壓器、鉗互感器、自耦調(diào)壓器、鉗形電流表形電流表 變壓器、交流電源、燈變壓器、交流電源、燈泡、輸電線（電阻絲）泡、輸電線（電阻絲）第四節(jié)第四節(jié)第五節(jié)第五節(jié) 簡介分析它們工作簡介分析它們工作原理原理 輸電的能量損失與輸電的能量損失與高壓輸電的意義高壓輸電的意義有關(guān)參考

15、知識有關(guān)參考知識(一一)交流輸電交流輸電存在的問題存在的問題電纜輸電時電纜輸電時,心線與地間有較小的容抗心線與地間有較小的容抗并網(wǎng)供電各個電站相位要同相并網(wǎng)供電各個電站相位要同相 1.直流輸電技術(shù)難點直流輸電技術(shù)難點: 換流換流(交、直流電的互換）交、直流電的互換）(1).輸電前要將交流變?yōu)橹绷鬏旊娗耙獙⒔涣髯優(yōu)橹绷?整流整流(2).輸電后要將直流再還原為交流輸電后要將直流再還原為交流 逆變逆變 2.直流輸電首先應(yīng)用在海底電纜輸電問題直流輸電首先應(yīng)用在海底電纜輸電問題3.閱讀材料閱讀材料:(二二).有關(guān)變壓器有關(guān)變壓器: 1.理想變壓器的線圈看作一個電感元件理想變壓器的線圈看作一個電感元件,忽

16、略其導(dǎo)線的電忽略其導(dǎo)線的電阻阻,就要使其感抗遠(yuǎn)大于線圈電阻就要使其感抗遠(yuǎn)大于線圈電阻.感抗與電流的頻率、自感感抗與電流的頻率、自感系數(shù)有關(guān)系數(shù)有關(guān).加大交流電的頻率加大交流電的頻率;加大電感（鐵心截面積加大、加大電感（鐵心截面積加大、匝數(shù)增多），都可使變壓器線圈獲得足夠大的感抗匝數(shù)增多），都可使變壓器線圈獲得足夠大的感抗. 因此大型變壓器每伏匝數(shù)較少因此大型變壓器每伏匝數(shù)較少(例如例如:3kW的調(diào)壓器初的調(diào)壓器初級輸入電壓為級輸入電壓為220V,線圈為線圈為220匝匝,1V1匝匝;實驗室用的變壓器實驗室用的變壓器初級線圈為初級線圈為1100匝匝,1V5匝匝);鐵心質(zhì)量越好匝數(shù)也可適當(dāng)減鐵心質(zhì)量越好匝數(shù)也可適當(dāng)減少少;飛機(jī)上為減小變壓器尺寸飛機(jī)上為減小變壓器尺寸,用提高交流電頻率的辦法用提高交流電頻率的辦法,同同理在收音機(jī)中高頻變壓器的匝數(shù)很少理在收音機(jī)中高頻變壓器的匝數(shù)很少. 變壓器每伏匝數(shù)若太少變壓器每伏匝數(shù)若太少,相對導(dǎo)線的電阻的作用將明顯相對導(dǎo)線的電阻的作用將明顯增加增加(將有較大的銅損將有較大的銅損),就要消耗功率就要消耗功率,使變壓器發(fā)熱使變壓器發(fā)熱,甚至燒甚至燒毀變壓器毀變壓器,所以設(shè)計變壓器時不僅要考