人教版 (2019)选择性必修 第二册2 交变电流的描述教案

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第二册2 交变电流的描述教案，共6页。

1. 知识与技能
(1)知道交变电流的周期和频率，知道频率和角速度的关系．
(2)知道交变电流和电压的峰值、瞬时值、有效值及其关系，能利用有效值定义计算某些交变电流的有效值．
(3)会用正弦交流电的有效值进行有关计算．
(4)知道我国生产和生活用电的周期(频率)大小．
2. 过程与方法
(1)用等效的方法得出交变电流的有效值．
(2)学会观察实验，分析图象，由感性认识到理性认识的思维方式．
3. 情感、态度与价值观
通过对描述交变电流的物理量的学习，体会描述复杂事物的复杂性，树立科学、严谨的学习和认识事物的态度．
教学重点
掌握表征交变电流大小的物理量。理解有效值的定义并会用它解决相关问题。
教学难点
有效值的理解。
教学准备
[事件1]
幻灯片、交流发电机模型、演示电流表。
知识回顾
(一)交变电流
大小和方向都随时间作周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流。如图所示(b)、(c)、(e)所示电流都属于交流，其中按正弦规律变化的交流叫正弦交流，如图(b)所示。而(a)、(d)为直流，其中(a)为恒定电流。
(二)正弦交流的产生及变化规律。
1．产生：当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生的交流是随时间按正弦规律变化的。即正弦交流。
2．规律：如下图所示
新课教学
[事件2]
交变电流是周期性变化的，用什么来描述周期性变化的快慢呢？
周期(T)——交流电完成一次周期性变化所需的时间
频率(f)——1秒内完成周期性变化的次数
它们关系如何？各自单位是什么？
T＝1/f，T秒(s)，f赫兹(Hz)
描述交变电流变化快慢的物理量除周期，频率外，还有什么物理量？
转速n(转/秒)，角速度ω(弧度/秒)
那它们间又有什么关系呢？
T＝2π/ω，f＝ω/2π ω＝2π/T＝2πf＝2πn
[事件3]
峰值和有效值。
交变电流不同时刻，瞬时值不同，但我们用什么来表示交变电流平均的效果呢？
如果初温相同，同时加热相同时间烧开下图所示的壶中水。
相同水壶盛了相同的水放相同电炉上烧开水。
即通过相同电阻在相同的时间里甲图直流电与乙图交变电流产生了相同的热量，我们把此时直流电压称为交变电流电压的有效值。
那如何定义交变电流的电流有效值呢？
有效值定义：让交流电和直流电分别通过同样阻值的电阻，如果它们在同一时间内产生的热量相等。这一交流电的电流有效值就跟这个直流电的电流相等。
有效值是交变电流一个非常重要的物理量，它根据电流热效应来表示电流产生的平均效果。
正弦式交变电流的有效值与最大值间有什么关系呢？
经推导I＝Im/eq \r(2) U＝Um/eq \r(2) E＝Em/eq \r(2)
同时交代学生最大值、有效值、瞬时值的符号表示。
通常我们说的生活用电220 V即为有效值。
请同学们用万用电表测量学生电源交流输出10 V时，交流电压表的读数。
教师提示注意选挡、量程、正确读数等问题。
请同学们将“220 V 100 W”灯泡接至学生电源交流10 V输出的两端，测出此时通过灯泡的电流强度并观察灯泡亮度。请学生回答为什么灯泡几乎不亮？
强调：①凡是没有说明时，所指的均为有效值。
②各类交流电表所测的值也为有效值。
③各类用电器铭牌所示值也为有效值。
④电容器的耐压值为峰值。
[事件4]
有效值计算举例。
PPT显示：
1．某用电器两端允许加的最大直流电压是100 V，能否把它接在交流电压100 V的电路里？为什么？
不能。交流电压100 V，则峰值为100eq \r(2) V，会损坏用电器。
2．照明用交流电压是200 V，动力提供线路的电压是380 V，它们的有效值、最大值各是多少？若用电压表测，测得值各是多大？
200 V，200eq \r(2) V；380 V，380eq \r(2) V；200 V，380 V。
提问个别学生，及时纠正，并给出正确答案。
PPT显示：
1．一电压U＝10 V的直流电通过电阻R，在时间t内产生热量与一交流电通过电阻R/2 时在同一时间内产生热量相同，则该交流电压的有效值为( )
A．10 V B.eq \r(2) V
C．5eq \r(2) V D．20 V
答案(C)
2．请写出下列各图的周期、频率、最大值、有效值。
甲 T＝4 s f＝0.25 Hz Um＝2 V U＝eq \r(2) V
乙 T＝2 s f＝0.5 Hz Um＝2 V U＝eq \r(2) V
丙 T＝2 s f＝0.5 Hz Um＝2 V U＝2 V
丁 T＝2 s f＝0.5 Hz Um＝4eq \r(2) V U＝5 V
甲、乙两图有效值相同，说明正弦式交变电流的有效值与最大值的关系与频率无关。学生求解丁图的有效值时遇到了问题。
交变电流有效值是表示交变电流产生的热效应的平均效果，就是平均值吗？
我们应该从有效值的定义入手，相同时间可取半个周期吗？为什么？
有效值表示交变电流产生平均效果，用半个周期无法体现出来。又由于它具有周期性特点，相同时间必须取周期整数倍，一般为了方便计算，只取一个周期便可以。
师生共同完成以下步骤：
Q交＝Q直
即eq \f(U\\al(2,1),R)t1＋eq \f(U\\al(2,2),R)t2＝eq \f(U2,R)(t1＋t2)
U＝5 V
思考：可以用这种方法去计算正弦式交变电流的有效值吗？为什么？
不可以。现有知识无法求得交变电流在一个周期内产生的热量。
幻灯显示：
3．试电笔上的氖管，起辉电压86.6 V，若将其接在电压为70.7 V频率为50 Hz的交流电路，问：
(1)氖管能发光吗？在1秒内有多少时间发光？
(2)70.7 V是什么电压？该交流电压最大值为多少？周期又为多少？
(3)交变电流的图象如何？表达式如何？
解：作出交变电流的Ut图，U＝Umsinωt＝100sin100πtV
设电压为70.7 V对应时刻为t1，代入公式即
70．7 V＝100sin100πt1，t1＝0.002 5 s
由图象对称性知，氖管发光时间为Δt＝4(t1－0)＝0.01 s。
70．7 V是有效值。Um＝eq \r(2)U＝100 V>86.6 V
氖管会发光。ω＝eq \f(2π,T)＝100 π弧度/秒
[事件5]
总结、扩展
1．全面详细描述交变电流的公式，图象、最大值、有效值、周期、频率等是描述交变电流某一方面特性的物理量。
2．由图象和公式均可求出最大值、周期、有效值、频率等物理量。反之，由最大值、周期等也可求出交变电流的公式及图象。
3．思考题
如下图图象的交变电压有效值能求吗？
eq \(\s\up7(),\s\d5(板书设计))
2 描述交变电流的物理量
1．表征交变电流变化快慢的物理量
周期T(s)，频率(Hz)
角速度ω(弧度/秒)，转速n(转/秒)
T＝eq \f(1,f) ω＝eq \f(2π,T)＝2πf＝2πn
2．表征交变电流大小的物理量
瞬时值：e i u
最大值：Em Im Um
有效值：E I U
E＝eq \f(Em,\r(2)) U＝eq \f(Um,\r(2)) I＝eq \f(Im,\r(2))
有效值：让交流电和直流电在相同的时间内通过相同的电阻产生相同的热量。