人教版(新教材)高中物理選擇性必修2教學(xué)設(shè)計(jì)2：3 2 交變電流的描述教案

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊PAGEPAGE13.2交變電流的描述〖教學(xué)目標(biāo)〗1.知識與技能(1)知道交變電流的周期和頻率，知道頻率和角速度的關(guān)系(2)知道交變電流和電壓的峰值、瞬時值、有效值及其關(guān)系，能利用有效值定義計(jì)算某些交變電流的有效值(3)會用正弦交流電的有效值進(jìn)行有關(guān)計(jì)算(4)知道我國生產(chǎn)和生活用電的周期(頻率)大小2.過程與方法(1)用等效的方法得出交變電流的有效值(2)學(xué)會觀察實(shí)驗(yàn)，分析圖像，由感性認(rèn)識到理性認(rèn)識的思維方式3.情感、態(tài)度與價值觀通過對描述交變電流的物理量的學(xué)習(xí)，體會描述復(fù)雜事物的復(fù)雜性，樹立科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)和認(rèn)識事物的態(tài)度〖教學(xué)重點(diǎn)〗掌握表征交變電流大小的物理量。理解有效值的定義并會用它解決相關(guān)問題?！冀虒W(xué)難點(diǎn)〗有效值的理解〖教學(xué)準(zhǔn)備〗幻燈片、交流發(fā)電機(jī)模型、演示電流表〖教學(xué)過程〗一、新課導(dǎo)入知識回顧(一)交變電流大小和方向都隨時間作周期性變化的電流叫做交變電流，簡稱交流。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)磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動時，線圈中產(chǎn)生的交流是隨時間按正弦規(guī)律變化的。即正弦交流。2．規(guī)律：如下圖所示二、新課教學(xué)交變電流是周期性變化的，用什么來描述周期性變化的快慢呢？(一)周期和頻率周期(T)——交流電完成一次周期性變化所需的時間頻率(f)——1秒內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)它們關(guān)系如何？各自單位是什么？T＝1/f，T秒(s)，f赫茲(Hz)描述交變電流變化快慢的物理量除周期，頻率外，還有什么物理量？轉(zhuǎn)速n(轉(zhuǎn)/秒)，角速度ω(弧度/秒)那它們間又有什么關(guān)系呢？T＝2π/ω，f＝ω/2πω＝2π/T＝2πf＝2πn(二)峰值和有效值交變電流不同時刻，瞬時值不同，但我們用什么來表示交變電流平均的效果呢？如果初溫相同，同時加熱相同時間燒開下圖所示的壺中水。相同水壺盛了相同的水放相同電爐上燒開水。即通過相同電阻在相同的時間里甲圖直流電與乙圖交變電流產(chǎn)生了相同的熱量，我們把此時直流電壓稱為交變電流電壓的有效值。那如何定義交變電流的電流有效值呢？有效值定義：讓交流電和直流電分別通過同樣阻值的電阻，如果它們在同一時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等。這一交流電的電流有效值就跟這個直流電的電流相等。有效值是交變電流一個非常重要的物理量，它根據(jù)電流熱效應(yīng)來表示電流產(chǎn)生的平均效果。正弦式交變電流的有效值與最大值間有什么關(guān)系呢？經(jīng)推導(dǎo)I＝Im/eq\r(2)U＝Um/eq\r(2)E＝Em/eq\r(2)同時交代學(xué)生最大值、有效值、瞬時值的符號表示。通常我們說的生活用電220V即為有效值。請同學(xué)們用萬用電表測量學(xué)生電源交流輸出10V時，交流電壓表的讀數(shù)。教師〖提*示〗注意選擋、量程、正確讀數(shù)等問題。請同學(xué)們將“220V100W”燈泡接至學(xué)生電源交流10V輸出的兩端，測出此時通過燈泡的電流強(qiáng)度并觀察燈泡亮度。請學(xué)生回答為什么燈泡幾乎不亮？強(qiáng)調(diào)：①凡是沒有說明時，所指的均為有效值。②各類交流電表所測的值也為有效值。③各類用電器銘牌所示值也為有效值。④電容器的耐壓值為峰值。有效值計(jì)算舉例1．某用電器兩端允許加的最大直流電壓是100V，能否把它接在交流電壓100V的電路里？為什么？不能。交流電壓100V，則峰值為100eq\r(2)V，會損壞用電器。2．照明用交流電壓是200V，動力提供線路的電壓是380V，它們的有效值、最大值各是多少？若用電壓表測，測得值各是多大？200V，200eq\r(2)V；380V，380eq\r(2)V；200V，380V。提問個別學(xué)生，及時糾正，并給出正確〖答案〗。典例剖析例1．一電壓U＝10V的直流電通過電阻R，在時間t內(nèi)產(chǎn)生熱量與一交流電通過電阻R/2時在同一時間內(nèi)產(chǎn)生熱量相同，則該交流電壓的有效值為()A．10VB.eq\r(2)VC．5eq\r(2)VD．20V〖答案〗(C)例2．請寫出下列各圖的周期、頻率、最大值、有效值。甲T＝4sf＝0.25HzUm＝2VU＝eq\r(2)V乙T＝2sf＝0.5HzUm＝2VU＝eq\r(2)V丙T＝2sf＝0.5HzUm＝2VU＝2V丁T＝2sf＝0.5HzUm＝4eq\r(2)VU＝5V甲、乙兩圖有效值相同，說明正弦式交變電流的有效值與最大值的關(guān)系與頻率無關(guān)。學(xué)生求解丁圖的有效值時遇到了問題。交變電流有效值是表示交變電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)的平均效果，就是平均值嗎？我們應(yīng)該從有效值的定義入手，相同時間可取半個周期嗎？為什么？有效值表示交變電流產(chǎn)生平均效果，用半個周期無法體現(xiàn)出來。又由于它具有周期性特點(diǎn)，相同時間必須取周期整數(shù)倍，一般為了方便計(jì)算，只取一個周期便可以。師生共同完成以下步驟：Q交＝Q直即eq\f(U\o\al(2,1),R)t1＋eq\f(U\o\al(2,2),R)t2＝eq\f(U2,R)(t1＋t2)U＝5V思考：可以用這種方法去計(jì)算正弦式交變電流的有效值嗎？為什么？不可以?，F(xiàn)有知識無法求得交變電流在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量。例3．試電筆上的氖管，起輝電壓86.6V，若將其接在電壓為70.7V頻率為50Hz的交流電路，問：(1)氖管能發(fā)光嗎？在1秒內(nèi)有多少時間發(fā)光？(2)70.7V是什么電壓？該交流電壓最大值為多少？周期又為多少？(3)交變電流的圖像如何？表達(dá)式如何？解：作出交變電流的U-t圖，U＝Umsinωt＝100sin100πtV設(shè)電壓為70.7V對應(yīng)時刻為t1，代入公式即70.7V＝100sin100πt1，t1＝0.0025s由圖像對稱性知，氖管發(fā)光時間為Δt＝4(t1－0)＝0.01s。70.7V是有效值。Um＝eq\r(2)U＝100V>86.6V氖管會發(fā)光。ω＝eq\f(2π,T)＝100π弧度/秒總結(jié)、擴(kuò)展1．全面詳細(xì)描述交變電流的公式，圖像、最大值、有效值、周期、頻率等是描述交變電流某一方面特性的物理量。2．由圖像和公式均可求出最大值、周期、有效值、頻率等物理量。反之，由最大值、周期等也可求出交變電流的公式及圖像?！及鍟O(shè)計(jì)〗2交變電流的描述1．表征交變電流變化快慢的物理量周期T(s)，頻率(Hz)角速度ω(弧度/秒)，轉(zhuǎn)速n(轉(zhuǎn)/秒)T＝eq\f(1,f)ω＝eq\f(2π,T)