高中物理選修《交變電流》教學(xué)設(shè)計(jì)

《交變電流》教案一、基本知識(shí)回顧（一）交變電流的產(chǎn)生1．交變電流的定義：__________都隨時(shí)間做__________變化的電流叫做交變電流。2．正弦式交變電流（1）定義：隨時(shí)間按__________變化的交變電流叫做正弦交變電流．正弦式交流電的圖象是__________曲線。（2）產(chǎn)生：將閉合矩形線圈置于__________磁場(chǎng)中，并繞__________方向的軸做__________轉(zhuǎn)動(dòng)。3．中性面：（1）中性面定義：與磁場(chǎng)方向__________的平面叫中性面。（2）中性面的特點(diǎn)：1）線圈轉(zhuǎn)到中性面位置時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量______但磁通量的變化率為__________感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)__________．2）線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，__________次經(jīng)過(guò)中性面，線圈每經(jīng)過(guò)一次中性面，電流的方向就改變一次。4．中性面垂面：（1）中性面垂面定義：（2）中性面垂面的特點(diǎn)：注意：“兩個(gè)位置”、“一個(gè)規(guī)律”（1）兩個(gè)特殊位置．①線圈平面與中性面重合時(shí)，S⊥B，Φ最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電流均為零，感應(yīng)電流改變方向。②線圈平面平行于磁場(chǎng)時(shí)，S//B，Φ＝0，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流最大。（二）描述交變電流的物理量1．交變電流的瞬時(shí)值：交變電流某一時(shí)刻的值，是時(shí)間的函數(shù)．2．交變電流的峰值：Em＝NBSωIm＝eq\f(Em,R)（R為電路的總電阻）Um＝ImR'（R'為某段電路的電阻）3．交變電流的有效值：交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)規(guī)定的．讓交流電和直流電通過(guò)相同阻值的電阻，如果它們?cè)谙嗤臅r(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，就把這一直流電的數(shù)值叫這一交流電的有效值，用”E、I、U”表示．在正弦交變電流中有效值與峰值之間的關(guān)系為：E＝eq\f(1,\r(2))Em，U＝eq\f(1,\r(2))Um,I＝eq\f(1,\r(2))Im.4．交變電流的平均值（1）交變電流圖象中圖線與t軸所圍成的面積與時(shí)間的比值叫做交變電流的平均值．（2）平均值是利用E＝Neq\f(ΔΦ,Δt)來(lái)進(jìn)行計(jì)算的，計(jì)算電荷量時(shí)只能用平均值．5．交變電流的周期和頻率（1）周期T：交變電流完成一次周期性變化（線圈轉(zhuǎn)一圈）所需的時(shí)間．（2）頻率f：交變電流在1s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，周期和頻率的關(guān)系：T＝eq\f(1,f)或f＝eq\f(1,T)，ω＝eq\f(2π,T)＝2πf.注意：只有正弦（或余弦）交變電流才有I＝eq\f(Im,\r(2))，E＝eq\f(Em,\r(2))的關(guān)系，對(duì)于非正弦式交流電的有效值要根據(jù)有效值的定義求解.（三）交變電流的變化規(guī)律1．正弦交變電流的電動(dòng)勢(shì)、電壓和電流隨時(shí)間的變化規(guī)律：e＝Emsinωtu＝Umsinωti＝Imsinωt以上各式均以線圈在__________的位置為計(jì)時(shí)起點(diǎn)．2．正弦交變電流的圖象（如圖所示）（四）電感和電容對(duì)交流電的作用電阻對(duì)交流電流和直流電流一樣有阻礙作用，電流通過(guò)電阻時(shí)做功而產(chǎn)生熱效應(yīng)；電感對(duì)交流電流有阻礙作用，大小用感抗來(lái)表示，感抗的大小與電感及交變電流的__________有關(guān)；電容對(duì)交流電流有阻礙作用，大小用容抗來(lái)表示，容抗的大小與電容及交變電流的__________有關(guān)。二、基本題型分析（一）交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式的書寫技巧1．瞬時(shí)值表達(dá)式的書寫（1）確定正統(tǒng)交變電流的峰值，根據(jù)已知圖象讀出或由公式Em＝nBSω求出相應(yīng)峰值。（2）明確線圈的初始位置，找出對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式．如：①線圈從中性面位置開始轉(zhuǎn)動(dòng)，則i－t圖象為正弦函數(shù)圖象，函數(shù)式為i＝Imsinωt。②線圈從垂直中性面位置開始轉(zhuǎn)動(dòng)，則i－t圖象為余弦函數(shù)圖象，函數(shù)式為i＝Imcosωt。2．正弦交流電的變化規(guī)律（線圈在中性面位置開始計(jì)時(shí)）。規(guī)律物理量函數(shù)圖象磁通量Φ＝Φm·cosωtBScosωt電動(dòng)勢(shì)e＝Em·sinωtnBSωsinωt電壓u＝Um·sinωt＝eq\f(REm,R＋r)sinωt電流i＝Im·sinωt＝eq\f(Em,R＋r)sinωt【典型例題1】如圖所示，是家庭用電交變電源輸出電壓U隨時(shí)間t變化的圖象，若某家用電器的電阻為44Ω，則通過(guò)電器的電流i隨時(shí)間t變化的規(guī)律是（）A．i＝5sin100πt（A）B．i＝5sin200πt（A）C．i＝5eq\r(2)sin100πt（A）D．i＝5eq\r(2)sin200πt（A）【溫馨提示】①由題圖可知，Um和T；②由歐姆定律可知Im,由ω＝eq\f(2π,T)可知ω；③i＝Imsinωt（A）。【變式訓(xùn)練1】正弦交變電源與電阻R、交流電壓表按照?qǐng)D甲所示的方式連接，R＝10Ω，交流電壓表的示數(shù)是10V。圖乙是交變電源輸出電壓u隨時(shí)間t變化的圖象。則（）甲乙A．通過(guò)R的電流iR隨時(shí)間t變化的規(guī)律是iR＝eq\r(2)cos100πt（A）B．通過(guò)R的電流iR隨時(shí)間t變化的規(guī)律是iR＝eq\r(2)cos50πt（A）C.R兩端的電壓uR隨時(shí)間t變化的規(guī)律是uR＝5eq\r(2)cos100πt（V）D．R兩端的電壓uR隨時(shí)間t變化的規(guī)律是uR＝5eq\r(2)cos50πt（V）（二）關(guān)于交變電流的“四值”的分析計(jì)算“對(duì)比法”理解交變電流的“四值”物理量物理含義重要關(guān)系適用情況及說(shuō)明瞬時(shí)值交變電流某一時(shí)刻的值e＝Emsinωti＝Imsinωt計(jì)算線圈某時(shí)刻的受力情況峰值最大的瞬時(shí)值Em＝nBSωIm＝eq\f(Em,R＋r)討論電容器的擊穿電壓有效值跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流的值E＝eq\f(Em,\r(2))U＝eq\f(Um,\r(2))I＝eq\f(Im,\r(2))（只適用于正弦式電流）（1）計(jì)算與電流的熱效應(yīng)有關(guān)的量（如電功、電動(dòng)率、電熱等）（2）電氣設(shè)備“銘牌”上所標(biāo)識(shí)的一般是指有效值（3）保險(xiǎn)絲的熔斷電流為有效值（4）電表的讀數(shù)為有效值平均值交變電流圖象中圖線與時(shí)間軸所夾的面積與時(shí)間的比值eq\x\to(E)＝BLeq\x\to(v)eq\x\to(E)＝neq\f(ΔΦ,Δt)eq\x\to(I)＝eq\f(\x\to(E),R＋r)計(jì)算通過(guò)電路截面的電荷量【典型例題2】如圖甲所示，將阻值為R＝5Ω的電阻接到內(nèi)阻不計(jì)的正弦交變電源上，電流隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖乙所示，電流表串聯(lián)在電路中測(cè)量電流的大小．下列說(shuō)法正確的是（）A．電阻R兩端電壓變化規(guī)律的函數(shù)表達(dá)式為u＝2.5sin200πt（V）B．電阻R消耗的電功率為1.25WC．若此交變電流由一矩形線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生，如圖丙所示，當(dāng)線圈的轉(zhuǎn)速提升一倍時(shí)，電流表的示數(shù)為1AD．這一交變電流與圖丁所示電流比較，其有效值之比為eq\f(1,\r(2))溫馨提示A．由圖乙可知Im和T，從而求出Um和ω，即可得R兩端電壓U的表達(dá)式；B.注意P＝Ieq\o\al(2,有)R；C.當(dāng)線圈的轉(zhuǎn)速提升一倍時(shí)，電流的有效值也增加一陪；D.圖丁中電流的大小不變，有效值為0.5A?！咀兪接?xùn)練2】（1）某發(fā)光裝置的發(fā)光電流為0.49A，即通過(guò)該發(fā)光裝置的電流大于等于0.49A時(shí)才會(huì)發(fā)光，當(dāng)該裝置通過(guò)【典型例題2】中圖乙所示的交流電時(shí)能發(fā)光嗎．若能，1min內(nèi)該裝置發(fā)光幾次：（2）【典型例題2】圖乙中的交變電流經(jīng)過(guò)一二極管后，其i－t圖象如圖所示，則該電流的有效值多大。三、交變電流隨堂練習(xí)題1．南京市東城區(qū)民用電網(wǎng)改造完成后，某居民小區(qū)變壓器輸出端的交變電壓瞬時(shí)值表達(dá)式為u＝220eq\r(2)sin100πt（V），對(duì)此交變電壓，下列表述正確的是（）A．最大值是220VB．頻率是50HzC．有效值是220VD．周期是0.01s2．在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖甲所示，產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)的圖象，如圖乙所示，則（）A．t＝0.005s時(shí)線框的磁通量變化率為零B．t＝0.01s時(shí)線框平面與中性面重合C．線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)有效值為311VD．線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)頻率為100Hz3．如圖所示，處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的矩形線圈abcd以恒定的角速度繞ab邊轉(zhuǎn)動(dòng)，磁場(chǎng)方向平行于紙面并與ab垂直，在t＝0時(shí)刻，線圈平面與紙面重合，線圈的cd邊離開紙面向外運(yùn)動(dòng)．若規(guī)定a→b→c→d→a方向的感應(yīng)電流為正方向，則能反映線圈感應(yīng)電流I隨時(shí)間t變化的圖線是（）4．通有電流i＝Imsinωt的長(zhǎng)直導(dǎo)線OO′與斷開的斷開環(huán)型線圈在同一平面內(nèi)，如圖所示（設(shè)電流由O到O′為正），為使A端的電勢(shì)高于B端的電勢(shì)且UAB減小，交流電必須處于每個(gè)周期的（）A．第一個(gè)eq\f(1,4)周期B．第二個(gè)eq\f(1,4)周期C．第三個(gè)eq\f(1,4)周期D．第四個(gè)eq\f(1,4)周期5．將定值電阻R1＝10Ω、R2＝20Ω串聯(lián)接在正弦交流電路中，通過(guò)電阻R2的電流i隨時(shí)間t變化的情況如圖所示．則（）A．通過(guò)R1的電流有效值是1.2AB．R1兩端的電壓有效值是6VC．通過(guò)R2的電流有效值是1.2eq\r(2)AD．R2兩端的電流有效值是6eq\