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表征交变电流物理量教学目的:
l、掌握表征交变电流大小物理量.
2、理解有效值的定义并会用它解决相关问题.
3、掌握表征交变电流变化快慢的物理量.
教学重点:表征交流电的几个物理量,特别是“有效值”
教学难点:有效值的理解
教学方法:启发式综合教学法
教学用具:幻灯片、交流发电机模型、演示电流表、
教学过程:
一、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、中性面:匀速旋转的线圈,位于跟磁感线垂直的平面叫做中性面.这一位置穿过线圈的磁通量最大,但各边都未切割磁感线,或者说这时线圈的磁通量变化率为零,线圈中无感应电动势.
3、规律:
(1)函数表达式:匝面积为的线圈以角速度转动,从中性面开始计时,则.用表示峰值,则在纯电阻电路中,
电流:.
电压:.
(2)图象表示:
二、新课教学:
1、表征交变电流大小物理量①瞬时值:对应某一时刻的交流的值,用小写字母表示,,,.
②峰值:即最大的瞬时值用大写字母表示,,,.
,.
注意:线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线方向的轴匀速转动时,所产生感应电动势的峰值为,即仅由匝数,线圈面积,磁感强度和角速度四个量决定.与轴的具体位置,线圈的形状及线圈是否闭合都是无关的.
③有效值:
ⅰ、意义:描述交流电做功或热效应的物理量
ⅱ、定义:跟交流热效应相等的恒定电流的值叫做交流的有效值.
ⅲ、正弦交流的有效值与峰值之间的关系是;.
注意:正弦交流的有效值和峰值之间具有;的关系,非正弦(或余弦)交流无此关系,但可按有效值的定义进行推导,如对于正负半周最大值相等的方波电流,其热效应和与其最大值相等的恒定电流是相同的,因而其有效值即等于其最大值.即.
ⅳ、交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值;交流电流表和交流电压表的读数是有效值.对于交流电若没有特殊说明的均指有效值.
ⅴ、在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值.
④峰值、有效值、平均值在应用上的区别.
峰值是交流变化中的某一瞬时值,对纯电阻电路来说,没有什么应用意义.若对含电容电路,在判断电容器是否会被击穿时,则需考虑交流的峰值是否超过电容器的耐压值.
交流的有效值是按热效应来定义的,对于一个确定的交流来说,其有效值是一定的.而平均值是由公式确定的,其值大小由某段时间磁通量的变化量来决定,在不同的时间段里是不相同的.如对正弦交流,其正半周或负半周的平均电动势大小为:
,而一周期内的平均电动势却为零.在计算交流通过电阻产生的热功率时,只能用有效值,而不能用平均值.在计算通过导体的电量时,只能用平均值,而不能用有效值.
在实际应用中,交流电器铭牌上标明的额定电压或额定电流都是指有效值,交流电流表和交流电压表指示的电流、电压也是有效值,解题中,若题示不加特别说明,提到的电流、电压、电动势都是指有效值.
2、表征交变电流变化快慢的物理量
①周期:电流完成一次周期性变化所用的时间.单位:s.
②频率:一秒内完成周期性变化的次数.单位:HZ.
③角频率:就是线圈在匀强磁场中转动的角速度.单位:rad/s.
④、角速度、频率和周期的关系:
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,时,磁通量最大,应为余弦函数,此刻变化率为零(切线斜率为零),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(a)(b)所示分别是和
教学目的:
l、掌握表征交变电流大小物理量。
2、理解有效值的定义并会用它解决相关问题。
3、掌握表征交变电流变化快慢的物理量。
教学重点:
掌握表征交变电流大小物理量。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:
幻灯片、交流发电机模型、演示电流表、
教学过程:
一、知识回顾
(一)、交变电流:
的电阻上,在0.05s内电阻上产生的热量()
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
2、某交流电压随时间的变化规律如图15-14所示,则此交流电的频率是_______Hz。若将该电压加在10uf的电容器上,则电容器的耐压值不应小于_________V;交流电压的有效值等于________V
一位优秀的教师不打无准备之仗,会提前做好准备,高中教师要准备好教案,这是每个高中教师都不可缺少的。教案可以让学生们充分体会到学习的快乐,帮助高中教师提高自己的教学质量。优秀有创意的高中教案要怎样写呢?下面是小编精心收集整理,为您带来的《描述交变电流的物理量》,希望能对您有所帮助,请收藏。
人教版选修3-2第四章5.2描述交变电流的物理量教案课件是老师上课做的提前准备,大家开始动笔写自己的教案课件了。只有制定教案课件工作计划,接下来的工作才会更顺利!适合教案课件的范文有多少呢?以下是小编收集整理的“描述交变电流的物理量学案课件练习”,供大家借鉴和使用,希望大家分享!
二.描述交变电流的物理量
【要点导学】
表征交变电流的物理量
(1)瞬时值:交流电的瞬时值反映的是不同时刻交流电的大小和方向,瞬时值是时间的函数,不同时刻瞬时值不同。正弦交流电瞬时值的表达式为
e=Emsinωt
U=Umsinωt
(2)最大值:交流电的最大值反映的是交流电大小的变化范围,当线圈平面与磁力线平行时,交流电动势最大,Em=NBSω,瞬时值与最大值的关系是:-Em≤e≤Em。
(3)有效值:交流电的有效值是根据电流的热效应来规定的。即在同一时间内,跟某一交流电能使同一电阻产生相等热量的直流电的数值,叫做该交流电的有效值,正弦交流电的有效值与最大值之间的关系是:
E=Em/U=Um/I=Im/
各种交流电电气设备上所标的、交流电表上所测得的以及在叙述中没有特别加以说明的交流电的最大值,都是指有效值。
(4)平均值:交流电的平均值是交流电图像中波形与横轴所围的面积跟时间的比值,用e=nΔΦ/Δt计算
(5)表征交变电流变化快慢的物理量
①周期T:电流完成一次周期性变化所用的时间。单位:s.
②频率f:一秒内完成周期性变化的次数。单位:HZ.
③角频率ω:就是线圈在匀强磁场中转动的角速度。单位:rad/s.
④角速度、频率、周期的关系ω=2πf=2π/T
【范例精析】
例1、图5-2-1表示一交变电流随时间变化的图象。此交变电流的有效值是:()
A.5安B.5安
C.3.5安D.3.5安
解析:许多同学对交变电流有效值的意义理解不深,只知道机械地套用正弦交变电流的最大值是有效值的倍的关系,直接得出有效值.由图象知该交变电流不是正弦交流电,因此不能套用I=Im/公式求,必须从有效值的定义考虑。
设该交变电流的有效值为I,通过电阻R,在一个周期时间内产生的热量为Q,则Q=I2RT。题中的交流电通过相同电阻R在一个周期内产生的热量为Q′,则
Q=I12RT/2+I22RT/2
因Q=Q′,有I2RT=I12RT/2+I22RT/2
∴I=5(安)
故选项B正确。
例2、如图5-2-2所示,在匀强磁场中有一个“冂”形导线框可绕AB轴转动,已知匀强磁场的磁感强度B=5/πT,线框的CD边长为20cm.CE、DF长均为10cm,转速为50r/s,若从图示位置开始计时,
(1)写出线框中感应电动势的瞬时值表达式;
(2)若线框电阻r=3,再将AB两端接“6V,12W”灯泡,小灯泡能否正常发光?若不能,小灯泡实际功率多大?
解析:(1)注意到图示位置磁感线与线圈平面平行,瞬时值表达式应为余弦函数,先出最大值和角频率:
ω=2πn=100πrad/s
Em=BSω=5/π×0.2×0.1×100π=10(V)
所以电动势瞬时表达式应为:e=10cos100πt(V)。
(2)小灯泡的电阻为R=U额2/P额=62/12=3Ω,
先求出交变电流电动势有效值E=Em/=10(V)
此后电路可看成恒定电流电路,由于R=r,U=Em/2=5V,小于额定电压,故小灯泡不能正常发光。其实际功率是p=U2/R=52/3=25/3=8.3(W)
拓展:在交流电路中,计算交流的发热功率及热量必须用有效值。另外,交流电表的读数也为有效值。但在计算流过电路中的电量时用电流平均值计算,即:
q=i×Δt=(NΔΦ/RΔt)×Δt=NΔΦ/R。
例3、将电阻为r的直导线abcd沿矩形框架边缘加以弯曲,折成“п”形,其中ab=cd=L1,bc=L2。在线端a、d间接电阻R和电流表A,且以a、d端连线为轴,以角速度在磁感应强度为B的匀强磁场中匀速转动,如图5-2-3所示,求:
(1)交流电流表A的示数;
(2)从图示位置转过90°角的过程中,电阻R上产生的热量;
(3)写出弯曲导线转动过程中,从图示位置开始计时的电动势的表达式。
解析:(1)弯曲导线转到图示位置时有感应电动势的峰值为Em=BL2ωL1=BωL1L2
产生电流的峰值为Im=Em/(R+r)=BωL1L2/(R+r)
电流表A的示数I=Im/=BωL1L2/2(R+r)
(2)由图示位置转过90°角所用时间t=T/4=π/2ω
电阻R上产生的热量为QR=I2Rt=πωRB2L12L22/4(R+r)2
(3)电动势为e=Emcosωt=BωL1L2cosωt
【能力训练】
1、一个矩形线圈在匀强磁场中转动,产生的感应电动势按正弦规律变化,其瞬时值的表达式为e=220sin100πtV,下列说法中正确的是:(ABD)
A.频率是50Hz
B..当t=0时,线圈平面与中性面重合
C.当t=1/100s时,e的值最大,为220V
D.线圈转动的角速度为314rad/s
2、下列数据中不属于交变电流有效值的是(C)
A.交流电表的示数
B.灯泡的额定电压
C.电容器的耐压值
D.保险丝的额定电流
3、一个接在直流电源上的电热器所消耗的电功率为P1,若把它接到电压最大值与直流电压相等的正弦式交流电源上,该电热器所消耗的电功率为P2,则P1:P2为:(A)
A.2:1B.1:2C.1:1D.1:
4、一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,周期为T。从中性面开始计时,当t=T/12时,线圈中感应电动势的瞬时值为2V,则此交变电流的有效值为(A)
A.2VB.2VC.VD./2V
5、一电阻接在20V的直流电源上,消耗的电功率为10W,把这一电阻接在某一交流电源上,该交流电源的输出电压u随时间t变化的图象如图5-2-4所示,则这一电阻消耗的电功率为(A)
A.5W
B.7.07W
C.10W
D.14.1W
6、在电阻R上分别加如图5-2-5(1)、(2)所示的交变电压u1和u2,在较长的相等时间内,内阻R上产生的热量相等,电阻R的阻值变化可以忽略,那么(BC)
A.交变电压u2的最大值Um等于U
B.交变电压u2的最大值Um等于U
C.交变电压u1的有效值等于U
D.交变电压u1的有效值等于U/
7、交流电的有效值是根据电流的热效应来规定的,那么,在计算一个通有交变电流的电阻产生的热量或电阻的热功率时,是用交变电流的瞬时值、最大值还是有效值?若一个10Ω的电阻,通过的电流为i=2sin314tA,那么这个电阻的热功率是多大?
有效值20W
8、一个正弦规律变化的交变电流的图象如图5-2-6所示,根据图象计算:
(1)交变电流的频率。
(2)交变电流的有效值。
(3)写出该电流的瞬时值表达式。
(4)在什么时刻该电流的瞬时值大小与其有效值相等。
(1)50HZ(2)10A(3)i=20sin100πt(A)(4)t=0.0025(2n+1)n=(0,1,2,3,……)
9、求如图5-2-7所示的交变电流的有效值。
4.33A
10、交流发电机模型的矩形线圈abcd在匀强磁场中绕与磁场垂直的轴匀速转动。线圈共有n匝,边长ab=L1,bc=L2,线圈的内电阻为r,外电阻为R,磁感应强度是B,线圈转动的角速度是ω,如图5-2-8所示。求:(1)转动过程中电流表的读数。(2)线圈转动一周,外力做了多少功?
nBωL1L2/2(R+r)πωRn2B2L12L22/4(R+r)2
11、单匝矩形线圈abcd绕ad边为轴在匀强磁场B中匀速转动,如图5-2-9所示,图中ab=L1,bc=L2,线框电阻为r,ad间接入的电阻为R。R与理想电流表A串联,线圈角速度为ω,求:
(1)电流表A的读数。
(2)从图示位置转过90°的过程中通过电流表的总电量q。
(3)从图示位置转过90°的过程中电阻R上产生的热量Q热。
BωL1L2/(R+r)BL1L2/(R+r)πωRB2L12L22/4(R+r)2
文章来源:http://m.jab88.com/j/108310.html
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