【2020秋備課】高中物理教案新人教版選修3-2-5.2-描述交變電流的物理新人教版選修3-2量

5.2描述交變電流的物理量一．教學設計要讓同學知道，由于交變電流的電壓、電流等的大小和方向都隨時間作周期性變化，就需要多一些物理量來描述它不同方面的特性．交變電流的有效值表示交變電流產生的平均效果，是教學的重點，也是教學的難點．首先要使同學明白引入有效值的必要：由于交變電流的大小和方向隨時間變化，它產生的效果也隨時間而變化，而有用中經常只要知道它的平均效果就可以了．為此引入有效值的概念；進而讓同學知道怎樣衡量交變電流的平均效果，即用與交變電流有相同熱效應的直流來表示交變電流的平均效果，從而明確有效值的物理意義．二．教學目標1．學問與技能：（1）理解什么是交變電流的峰值和有效值，知道它們之間的關系。（2）理解交變電流的周期、頻率以及它們之間的關系。知道我國生產和生活用電的周期（頻率）的大小。2．過程與方法：能應用數(shù)學工具描述和分析處理物理問題。3．情感、態(tài)度與價值觀：讓同學了解多種電器銘牌，介紹現(xiàn)代科技的突飛猛進，激發(fā)同學的學習熱忱三．教學重點、難點1．重點：交變電流有效值概念。2．難點：交變電流有效值概念及計算。四．教學方法：試驗、啟發(fā)教具：電源、電容器、燈泡“6V，0.3A”、幻燈片、手搖發(fā)電機五．教學過程1．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動時，在線圈中產生了正弦交變電流。如何描述交變電流的變化規(guī)律呢？可以用公式法描述。從中性面開頭計時，得出瞬時電動勢：e=Emsinωt瞬時電流：i=Imsinωt瞬時電壓：u=Umsinωt其中Em=NBSω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)課我們學習表征正弦交變電流的物理量。2．進行新課（1）周期和頻率請同學們閱讀教材，回答下列問題：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內完成周期性變化的次數(shù)，叫做交變電流的頻率，用f表示。T=我國使用的交變電流頻率f=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所能達到的最大數(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，500μF）接在同學電源上充電，接8V電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，若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。思考與爭辯：0～0.2s、0.2～0.5s、0.5～0.8s、0.8～1s這四個階段電流大小不變化，分別計算出熱量，然后加起來。由解得J；J；J；J所以，1s內電阻R中產生的熱量為J由解得，A=1.67A（3）有效值（E、I、U）讓交變電流和直流電通過同樣的電阻，假如它們在相同時間內產生熱量相等，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。正弦交變電流的最大值與有效值有以下關系：I==0.707Im U==0.707Um［強調］①各種使用交變電流的電器設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。3．小結：本節(jié)課主要學習了以下幾個問題：（1）表征交變電流的幾個物理量：周期和頻率、峰值和有效值。（2）交變電流的周期與頻率的關系：T=。（3）正弦式交變電流最大值與有效值的關系：I=，U=。六．學問總結與遷移：（1）表征交變電流大小物理量：瞬時值(eui)最大值(峰值)(EmUmIm)有效值(EUI)①瞬時值：表示正弦溝通電的電動勢e電流i電壓u隨時間t(或角度ωt)的變化規(guī)律．Ⅰ．e=________________；電壓u=________________；電流i=________________．Ⅱ．e=________________；電壓u=________________；電流i=________________．②最大值(也叫峰值)：表示交變電流的電流強弱或電壓凹凸的變化范圍．Ⅰ．交變電流的最大值(EmUmIm)是交變電流在一個周期內所能達到的____________．Ⅱ．正弦式交變電流的最大值與有效值的關系為Em=_____E；Um=_____U；Im=_____I．Ⅲ．電容器的耐壓值指的就是該電容器所允許加的電壓的_______值．③有效值：表示交變電流所產生的效果．Ⅰ．定義方法：交變電流的有效值是依據(jù)_________________來定義的：讓溝通電和直流電通過_______________的電阻，假如它們在_______的_______．Ⅱ．正弦式交變電流的有效值與最大值(峰值)的關系：E=_____Em；U=_____Um；I=_____Im．(●留意：這一關系只適用于正弦溝通電)Ⅲ．__________；溝通電表___________________．（2）表征交變電流變化快慢的物理量：周期T、頻率f、角速度ω、轉數(shù)n．①概念：Ⅰ．周期T：________________________．Ⅱ．頻率f：___________．Ⅲ．角速度ω：定義式ω=______=_______．角速度的國際單位是__________．Ⅳ．轉數(shù)n：單位_________或_________．②各物理量之間的關系：Ⅰ．周期T與頻率f之間的關系：______________或______________．Ⅱ．角速度ω與周期T及頻率f之間的關系：________________________．Ⅲ．角速度ω與轉數(shù)n之間的關系：__________________________________________．③我國生產和生活用的交變電流的周期T＝________s，頻率f＝______Hz．電流方向每秒鐘轉變________次．2．課堂練習：（1）下面關于溝通電的說法中正確的是：（）A．溝通電器設備上所標的電壓和電流值是溝通的峰值B．用溝通電流表和電壓表測定的讀數(shù)值是溝通的瞬時值C．給定的溝通數(shù)值，在沒有特殊說明的狀況下都是指有效值D．跟溝通有相同的熱效應的直流的數(shù)值是溝通的有效值（2）關于溝通電的有效值和最大值，下列說法正確的是：（）A．任何形式的溝通電壓的有效值都是U＝Um/的關系B．只有正弦溝通電才具有U＝Um/的關系C．照明電壓220V，動力電壓380V指的都是有效值D．溝通電壓表和電流表測量的是溝通電的最大值（3）為：A．i=10sin314tAB．i=10sin314tAC．i=10sin50tAD．i=10sin50tA（4）一只低壓教學電源輸出的溝通電壓瞬時值為u=10sin314tV，關于該電源的規(guī)格和使用下列說法中正確的是：（）A．這只電源的溝通電壓的周期是314sB．這只電源可以使“10V2W”的燈泡正常發(fā)光C．這只電源在t=0.01s時電壓達峰值D．這只電源可能使“10V2μF”的電容器擊穿（5）________J．～VAR（6）如圖所示正弦溝通電壓u的最大值為311V負載電阻為100Ω～VAR電表內阻對電路的影響，則溝通電流表和電壓表的讀數(shù)分別為：（）A．2.2A311VB．3.1A311VC．2.2A220VD．3.1A220V七．作業(yè)1．：（）A．5AB．5AC．3.5AD．3.5A2．當正弦溝通發(fā)電機的線圈平面與磁感線成60°角時，電流瞬時值為0.5A，則該電流的有效值是：（）A．1AB．AC．AD．A3．溝通電電壓的瞬時值為：u=Umsin100πtV，當t=s時，u=5V，則從電壓表中看到的讀數(shù)是：（）A．V B．V C．10V D．10V4．下列關于交變電流的說法錯誤的是：（）A．溝通電的頻率等于發(fā)電機的轉速B．溝通電每秒電流方向轉變次數(shù)是頻率的兩倍C．計算電阻發(fā)熱時要用有效值D．Im＝I，Um＝U適用于任何交變電流5．電流方向每秒轉變50次的交變電流，它的周期和頻率分別是（）A．0.04s，25Hz B．0.08s，25Hz C．0.04s，50Hz D．0.08s，50Hz6．一電熱器接在10V的直流電源上，發(fā)熱消耗確定的功率．現(xiàn)將它改接在正弦溝通電源上，要使它發(fā)熱消耗的功率等于原來的一半則溝通電壓的最大值應為（）A．5VB．7.07VC．10VD．14.14V7．一個正弦規(guī)律變化的交變電流的圖象如圖所示，依據(jù)圖象計算：（1）交變電流的頻率；（2）交變電流的有效值；（3）寫出該電流的瞬時值表達式；（4）在什么時刻該電流的大小與其有效值相等。8．如圖所示，勻強磁場的磁感應強度B=0.5T，邊