高中物理人教版 (新课标)选修32 描述交变电流的物理量教学设计

这是一份高中物理人教版 (新课标)选修32 描述交变电流的物理量教学设计，共4页。
（一）知识与技能
1．理解什么是交变电流的最大值和有效值，知道它们之间的关系．
2．理解交变电流的周期、频率以及它们之间的关系，知道我国生产和生活用电的周期（频率）的大小．
（二）过程与方法
1、用等效的方法得出描述交变电流的有效值。
2、通过演示实验和例题分析使学生正确理解并掌握有效值、最大值的概念。
（三）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：交变电流的有效值．
教学难点：对交变电流有效值的理解和相关的计算．
教学方法：复习引导、启发、讲授
教学用具：白炽灯，电视机、洗衣机、电冰箱的说明书
教学过程：
（一）引入新课
（二）新课教学
1.描述交变电流变化快慢的物理量
(1)．周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间，用T表示，单位是s．
(2)．频率：1s内交变电流完成周期性变化的次数，用f表示，单位是Hz．
二者关系：
我国工农业及生活用电的周期为0.02s，频率为50Hz，电流方向每秒改变100次．
2.描述交变电流大小的物理量
（1）．峰值
峰值在实际中有一定的指导意义，所有使用交流的用电器，其最大耐值应大于其使用的交流电压的峰值，电容器上的标称电压值是电容器两极间所允许电压的最大值．
线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速旋转时，电动势的最大值 ．
（2）．瞬时值
它是反映不同时刻交流电的大小和方向，正弦交流瞬时值表达式为：，.应当注意必须从中性面开始．
（３）．有效值
定义：使交变电流和恒定电流通过相同阻值的电阻，如果它们在一个周期内产生的热量相等，就把这一恒定电流的电流值I与电压值U叫做这一交变电流的电流与电压的有效值．
正弦交变电流的有效值与最大值之间的关系：

任何交变电流都有有效值，但上述关系只限于正弦交变电流，对其他形式的交变电流并不适用．
交流用电设备上所标的额定电压和额定电流是有效值；交流电压表和交流电流表的示数是有效值；交变电流的数值在无特别说明时都是指有效值．
有效值与平均值不同
（４）．平均值
交变电流的平均值其数值可用 计算．
在计算交变电流通过导体产生的焦耳热，做功的电功率以及保险丝的熔断电流时，只能用交变电流的有效值．
在计算通过导体某一截面的电量时，只能用交变电流的平均值，

3.疑难辨析
交流电的电动势瞬时值和穿过线圈面积的磁通量的变化率成正比。当线圈在匀强磁场中匀速转动时，线圈磁通量也是按正弦（或余弦）规律变化的，若从中性面开始计时，t=0时，磁通量最大，φ应为余弦函数，此刻变化率为零（切线斜率为零），t=时，磁通量为零，此刻变化率最大（切线斜率最大），因此从中性面开始计时，感应电动势的瞬时表达式是正弦函数，如上图所示分别是φ=φcsωt和e=εsinωt。
4.例题
例1：有一正弦交流电源，电压有效值U=120V，频率为f=50Hz向一霓虹灯供电，若霓虹灯的激发电压和熄灭电压均为U0=60V，试估算在一个小时内，霓虹灯发光时间有多长？
解析:由正弦交流电的最大值与有效值U的关系得：Um=120V（≈168V）．交流电的瞬时表达式为U=120sin100t V．当U=U0=60V（≈84V）时，由t1=1/600s ．
画出一个周期内交流电的U-t图象如图，其中阴影部分对应的时间t1表示霓虹灯不能发光的时间，根据对称性，一个周期内霓虹灯不能发光的时间为4t1．可以求得一个周期内能发光的时间：t=T-4t1=
一小时内霓虹灯发光的时间为： t=
例2：如图表示一交流电随时间而变化的图象．此交流电流的有效值是：

A. A B.5A C. 4A
解析:图中所给的交流电流不是正弦交流电．因此这交流电的有效值需根据有效值的定义解决．
设某一导体的电阻为R，让此交流电通过该电阻．根据焦耳定律，前半个周期（0.01S）该电流生的热量为，后半周期（0.01S）的热量则为．在一个周期内（）交变电流通过电阻R产生的热量Q=+．
设交流电的有效值为I，根据有效值的定义：==+，
则有．答案B
5.练习
（1）、某线圈在匀强磁场中转动所产生的电动势变化规律为e=εsinωt，保持其它条件不变，使该线圈的转速和匝数同时增加一倍，则此时所产生的电动势的瞬时表达式为（ Ｃ ）
A、e=2εsin2ωt B、e=2εsinωt C、e=4εsin2ωt D、e=4εsinωt
（2）、正弦交流电压的峰值为10V，周期为0.2S，将此电压接在10的电阻上，在0.05s内电阻上产生的热量（ Ｄ ）
A、可能为零 B、一定为0 .25J
C、不可能大于0.25J D、可能小于是0.25J
（3）、一交流电流的图象如图所示，由图可知（Ｃ ）
A．该交流电流即时值表达式为i＝10sin628t A
B．该交流电流的频率为50 Hz
C．该交流电流通过10Ω电阻时，电阻消耗的电功率为10W
D．用电流表测该电流其示数为10 A
（4）、一台发电机产生的电动势的瞬时值表达式为：e = 311sin314t V，则此发电机产生的电动势的最大值为３１１V，有效值为２２０V，发电机转子的转速为５０转/秒，产生的交流电的频率为５０Hz．
课堂小结：本节讲述的描述交变电流的物理量，理解周期与频率的含义及其关系，对交变电流的四值要有清楚的认识，知道什么情况下用哪个值。
作业：完成问题与练习