人教版 (新課標)選修32 描述交變電流的物理量教案及反思

這是一份人教版 (新課標)選修32 描述交變電流的物理量教案及反思
一．教學設計 要讓學生知道，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．首先要使學生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，而實用中常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；進而讓學生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．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： 讓學生了解多種電器銘牌，介紹現(xiàn)代科技的突飛猛進，激發(fā)學生的學習熱情 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：實驗、啟發(fā) 教具：電源、電容器、燈泡“6 V，0.3 A”、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。從中性面開始計時，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1 s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=50 Hz，周期T=0。02 s。 （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（8 V，500μF）接在學生電源上充電，接8 V電壓時電容器正常工作，接16 V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。 思考與討論： 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，如果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．知識總結與遷移： （1）表征交變電流大小物理量：瞬時值(e、u、i)；最大值(峰值)(Em、Um、Im)；有效值(E、U、 I) ①瞬時值：表示正弦交流電的電動勢e、電流i、電壓u隨時間t(或角度ωt) 的變化規(guī)律． Ⅰ．若從線圈轉至中性面開始計時，則正弦交流電的瞬時值的數(shù)學表達式為：感應電動勢 e = ________________；電壓u = ________________；電流i = ________________． Ⅱ．若從線圈轉至與磁感線平行的位置開始計時，則瞬時值的數(shù)學表達式為：感應電動勢 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高低的變化范圍． Ⅰ．交變電流的最大值(Em、Um、Im)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根據(jù)_________________來定義的：讓交流電和直流電通過_______________的電阻，如果它們在_______的時間內產生的熱量_______，就把這一直流的數(shù)值叫做這一交流的有效值． 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．(●注意：這一關系只適用于正弦交流電) Ⅲ．在沒有特別說明時，通常所說的交流電流、電壓、電動勢都是指__________；交流電表 所測量的值也是__________；交流用電設備銘牌標出的電壓電流值也是指_________． （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：指交變電流完成___________________所需的時間，周期的國際單位是_____． Ⅱ．頻率f：指交變電流在____s內完成的周期性變化的次數(shù)，頻率的國際單位是_______． 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 每秒鐘改變________次． 2．課堂練習： （1）下面關于交流電的說法中正確的是：（ ） A．交流電器設備上所標的電壓和電流值是交流的峰值 B．用交流電流表和電壓表測定的讀數(shù)值是交流的瞬時值 C．給定的交流數(shù)值，在沒有特別說明的情況下都是指有效值 D．跟交流有相同的熱效應的直流的數(shù)值是交流的有效值 （2）關于交流電的有效值和最大值，下列說法正確的是：（ ） A．任何形式的交流電壓的有效值都是U＝Um /的關系 B．只有正弦交流電才具有U＝Um /的關系 C．照明電壓220 V，動力電壓380 V指的都是有效值 D．交流電壓表和電流表測量的是交流電的最大值 （3）一正弦交變電流的有效值為10A，頻率為50Hz，此交變電流的瞬時值的表達式可能值為： A．i=10sin314tA B．i=10sin314tA C．i=10sin50tA D．i=10sin50tA （4）一只低壓教學電源輸出的交流電壓瞬時值為u=10sin314tV，關于該電源的規(guī)格和使用下列說法中正確的是：（ ） A．這只電源的交流電壓的周期是314s B．這只電源可以使“10V，2W”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“10V，2μF”的電容器擊穿 （5）阻值R＝100Ω的電阻絲，通過i=(2cos100t)A的交變電流，在10s內產生的熱量是________J． ～ V A R （6）如圖所示，正弦交流電壓u的最大值為311V，負載電阻為100Ω，若不考慮 電表內阻對電路的影響，則交流電流表和電壓表的讀數(shù)分別為：（ ） A．2.2A 311V B．3.1A 311V C．2.2A 220V D．3.1A 220V 七．作業(yè) 1．右圖表示一交變電流隨時間變化的圖象，此交變電流的有效值是：（ ） A．5A B．5A C．3.5A D．3.5A 2．當正弦交流發(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．1A B． A C． A D． A 3．交流電電壓的瞬時值為：u=Umsin100πt V，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．10 V 4．下列關于交變電流的說法錯誤的是：（　　 ） A．交流電的頻率等于發(fā)電機的轉速 B．交流電每秒電流方向改變次數(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．電流方向每秒改變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，50Hz 6．一電熱器接在 10 V的直流電源上，發(fā)熱消耗一定的功率．現(xiàn)將它改接在正弦交流電源上，要使它發(fā)熱消耗的功率等于原來的一半則交流電壓的最大值應為（ ） A．5 V B．7.07 V C．10V D．14.14V 7．一個正弦規(guī)律變化的交變電流的圖象如圖所示，根據(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，邊長為L=10cm的正文形線圈abcd共100匝，線圈總電阻r=1Ω，線圈繞垂直于磁感線的對稱軸OO’勻速轉動，角速度，外電路電阻R=4Ω，求： （1）轉動過程中感應電動勢的最大值； （2）由圖示位置（線圈平面與磁感線平行）轉過60o角時的瞬時感應電動勢； （3）由圖示位置轉過60o角的過程中產生的平均感應電動勢； （4）交變電壓表的示數(shù)； （5）線圈轉動一周外力所做的功； （6） EQ \F(1,6) 周期內通過R的電荷量為多少？