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2019-2020年高二物理 （人教大綱版）第二冊(cè) 第十七章 交變電流 六、三相交變電流(第一課時(shí)) ●本節(jié)教材分析 三相交變電流在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用廣泛，我國(guó)的供電系統(tǒng)也是三相制.因此，三相交變電流的基本常識(shí)應(yīng)該使每個(gè)學(xué)生都了解. 在三相交變電流的產(chǎn)X生的教學(xué)中，可利用三相發(fā)電機(jī)教具和掛圖，引導(dǎo)學(xué)生分析每個(gè)線圈產(chǎn)生交流的情況和區(qū)別.可用三個(gè)大型電流表演示三個(gè)線圈中電流不同時(shí)到達(dá)峰值或零值的時(shí)間依次相差周期.要使學(xué)生明確，三相交變電流是由三個(gè)交流組成，這三個(gè)交流具有下述特點(diǎn)： 1.電動(dòng)勢(shì)的峰值相同. 2.頻率（或周期）相同. 3.它們到達(dá)峰值或零值的時(shí)間依次相差周期. 可指出，三相交變電流中的每一個(gè)交流叫單相交流. 三相電路中的三相四線制、相線（火線）、中性線、零線、相電壓、線電壓等，在生活和生產(chǎn)中常會(huì)遇到，是重要的實(shí)際知識(shí).三相交流發(fā)電機(jī)的兩種接法：星形連接和三角形連接中，重要的是星形連接法.我國(guó)的供電系統(tǒng)多是三相四線制，要使學(xué)生了解什么叫火線、零線、相電壓和線電壓.應(yīng)要求學(xué)生記住照明電路的相電壓是220 V，線電壓是380 V. 三相制供電系統(tǒng)的負(fù)載也有兩種連接法，三角形連接法用在三相負(fù)載相同（如三相電動(dòng)機(jī)）的場(chǎng)合，學(xué)生所遇到的大多數(shù)負(fù)載是星形連接，應(yīng)該讓學(xué)生了解這些連接法的特性，知道負(fù)載上的電壓是多少. 三相交變電流與生產(chǎn)和生活聯(lián)系緊密，可組織學(xué)生參觀工廠，重點(diǎn)看輸電的三相制在生產(chǎn)上的應(yīng)用.還可組織學(xué)生參觀校內(nèi)、校外的輸電、用電線路，使學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)掌握好，也感到親切、實(shí)用.還可結(jié)合閱讀材料，簡(jiǎn)單講解一下直線電機(jī)與磁懸浮列車(chē)，以開(kāi)闊學(xué)生眼界，激起學(xué)生的求知欲，也可指導(dǎo)學(xué)生閱讀有關(guān)的雜志和參考書(shū). ●教學(xué)目標(biāo) 一、知識(shí)目標(biāo) 1.知道三相交變電流是如何產(chǎn)生的. 2.知道產(chǎn)生三相交變電流的三個(gè)線圈中的電動(dòng)勢(shì)最大值和周期都相同，但它們不是同時(shí)達(dá)到最大值（或零）. 3.知道什么是星形連接、三角形連接、零線、火線、線電壓及相電壓. 二、能力目標(biāo) 1.理解三相交變電流產(chǎn)生及其規(guī)律. 2.會(huì)用電表判定火線和零線，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、應(yīng)用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力. 三、德育目標(biāo) 1.培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的科學(xué)素質(zhì). 2.使學(xué)生體會(huì)科技對(duì)社會(huì)發(fā)展的巨大推動(dòng)力. ●教學(xué)重點(diǎn) 三相交變電流的產(chǎn)生及輸送方式 ●教學(xué)難點(diǎn) 三相交流電的連接方式 ●教學(xué)方法 實(shí)驗(yàn)法、講解法 ●教學(xué)用具 三相交流發(fā)電機(jī)模型、導(dǎo)線、小燈泡（3個(gè)、相同）、測(cè)電筆、CAI課件、交流電流表 ●課時(shí)安排 1課時(shí) ●教學(xué)過(guò)程 一、引入新課 ［師］正弦式交變電流是如何產(chǎn)生的？ ［生］當(dāng)線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈里產(chǎn)生的是正弦交變電流. ［師］矩形線圈轉(zhuǎn)到什么位置時(shí)，線圈中的電流最大？轉(zhuǎn)到什么位置時(shí)，線圈中電流最小？ ［生］線圈平面平行磁感線時(shí)電流最大；而線圈平面垂直磁感線時(shí)電流為零. ［師］三個(gè)完全相同的矩形線圈互成120固定在同一轉(zhuǎn)軸上，并使它們?cè)趧驈?qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，這三個(gè)線圈是否產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)？這節(jié)課我們學(xué)習(xí)三相交變電流的知識(shí). 二、新課教學(xué) 1.三相交變電流的產(chǎn)生 ［師］出示三相發(fā)電機(jī)模型，同時(shí)利用CAI課件展出三相交流電機(jī)示意圖，引導(dǎo)學(xué)生觀察三相發(fā)電機(jī)的主要構(gòu)造. ［生］三組矩形線圈互成120固定在鐵芯上. ［演示］三相交流電的產(chǎn)生.將三個(gè)相同的燈泡分別接到發(fā)電機(jī)的三個(gè)線圈上，勻速搖動(dòng)發(fā)電機(jī)線圈，觀察到什么現(xiàn)象？說(shuō)明了什么道理？ ［生］三個(gè)燈泡都發(fā)光，說(shuō)明每個(gè)線圈里均產(chǎn)生了交變電流. ［師］像這樣三個(gè)互成120角的矩形線圈在同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生出三個(gè)交變電動(dòng)勢(shì)的發(fā)電機(jī)叫三相發(fā)電機(jī).產(chǎn)生的電流叫做三相交變電流.三相交變電流有什么特點(diǎn)呢？請(qǐng)同學(xué)們觀察下面的實(shí)驗(yàn). ［演示］重復(fù)剛才的實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生觀察三個(gè)燈泡同一時(shí)刻的亮度是否相同？最大亮度是否一樣？ ［生］三個(gè)燈泡同一時(shí)刻的亮度不同，但最大亮度相同. ［師］上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說(shuō)明三個(gè)線圈中電動(dòng)勢(shì)的最大值和周期都相同，但是它們不能同時(shí)為零或同時(shí)達(dá)到最大值，依次相差周期.三相交變電流的這個(gè)特點(diǎn)也可以用圖象來(lái)表示. ［投影］三相交變電流的圖象（下圖）. 2.三相交流電的連接 ［師］前面實(shí)驗(yàn)中，使三相交流電成為三個(gè)獨(dú)立的電源給三個(gè)燈供電，即三相六線制供電線路.它顯示不出三相交流電的優(yōu)勢(shì)，實(shí)際中供電時(shí)用三相四線制或三相三線制，即星形連接或三角形連接.下面先討論星形連接. （1）星形連接 ［師］介紹星形連接.將線圈末端和負(fù)載之間的三條導(dǎo)線合并在一起，用一根導(dǎo)線來(lái)連接，每相負(fù)載上的電壓并不改變，卻可以節(jié)省兩條導(dǎo)線，這種連接方法叫星形連接，符號(hào)是Y.畫(huà)出電路示意圖如下圖所示： ［演示］分別接通K1、K2、K3，三相負(fù)載能獨(dú)立工作，并不影響其他兩相. ［師］介紹火線、零線、相電壓和線電壓 火線——從每個(gè)線圈始端引出的導(dǎo)線，能使試電筆的氖泡發(fā)光，叫做火線（相線） 零線——從公共點(diǎn)引出的導(dǎo)線，通常接地，不能使試電筆的氖泡發(fā)光，叫做零線（中性線） 相電壓——每個(gè)線圈兩端的電壓. 線電壓——兩條火線之間的電壓. 說(shuō)明：我國(guó)日常電路中，U相=220 V，U線=380 V，三相四線制同時(shí)輸送兩種電壓，照明電路電壓是220 V，動(dòng)力電路電壓是380 V.理論和實(shí)踐證明U線=U相. ［演示］三相負(fù)載平衡時(shí)中性線中的電流.前面實(shí)驗(yàn)中，若在中性線上串聯(lián)一個(gè)交流電流表.合上K1、K2、K3，觀察交流電流表的讀數(shù).說(shuō)明了什么道理？ ［生］交流電流表的讀數(shù)為零.說(shuō)明三相負(fù)載相同時(shí)，中性線上無(wú)電流. ［師］當(dāng)三相負(fù)載相同時(shí)，中性線上無(wú)電流，可以去掉中性線.在實(shí)際中，盡量使三相負(fù)載功率相同，減少中性線上的電流. （2）三角形接法 ［師］介紹三角形連接.如果把三個(gè)線圈的始端和末端依次相連，這種連接方法叫三角形連接，符號(hào)是△.電路示意圖如圖所示. 在三角形連接中，U線=U相. 三、小結(jié) 通過(guò)本節(jié)學(xué)習(xí)，主要學(xué)了以下幾點(diǎn)： 1.三相交流電的產(chǎn)生. 2.三相交流電的連接. （1）Y接法：日常生活中多使用此連法，特點(diǎn)U相=220 V，U線=380 V，U線=U相. （2）△接法 U相=U線. 四、作業(yè) 閱讀“直線電機(jī)和磁懸浮列車(chē)” 五、板書(shū)設(shè)計(jì) 六、本節(jié)優(yōu)化訓(xùn)練設(shè)計(jì) 1.如圖所示，在三相交流電源上按星形接法連接相同負(fù)載1、2、3.NN′是中性線，已知負(fù)載1上電壓為220 V，電流為15 A.現(xiàn)以I表示中性線上的電流，U表示P、Q 兩點(diǎn)間電壓，則 A.I=15 A U=440 V B.I=45 A U=380 V C.I=0 U=440 V D.I=0 U=380 V 2.如圖所示，A、B、C是三相交流電源的三根火線，D是零線.電源的相電壓為220 V，L1、L2、L3是三個(gè)“220 V 60 W”的燈泡.電鍵K1斷開(kāi)，K2和K3閉合，由于某種原因，電源的零線在圖中的O′處斷開(kāi)，那么L2和L3兩燈泡將 A.立刻熄滅 B.變得比原來(lái)亮些 C.變得比原來(lái)暗些 D.保持亮度不變 3.如圖所示，在線電壓380 V的三相電路中，用三個(gè)額定電壓均為U0=220 V，額定功率分別為P1=100 W，P2=25 W，P3=200 W的電燈分別作A、B、C三相負(fù)載組成星形連接方式，討論當(dāng)C相負(fù)載斷開(kāi)和短路時(shí)所造成的影響：（1）有中性線；（2）無(wú)中性線. 參考答案： 1.D 三相交流電源上“Y”形連接相同負(fù)載時(shí)，中性線上電流為0，相電壓為220 V，線電壓為380 V. 2.C 當(dāng)K1和中性線斷開(kāi)后，兩燈泡L2和L3變成串聯(lián)關(guān)系，兩端電壓為BC，兩火線間的線電壓為380 V，此時(shí)每個(gè)燈分得電壓190 V，均小于它們的額定電壓220 V.故兩燈變暗. 3.解:在三相電路中，每根相線與中性線都相當(dāng)于一個(gè)獨(dú)立發(fā)電機(jī)供電系統(tǒng)，某一相的負(fù)載變化可認(rèn)為對(duì)其他兩相無(wú)影響.無(wú)中性線時(shí)，某一相負(fù)載的變化則會(huì)對(duì)其他造成影響. （1）如圖所示，當(dāng)有中性線時(shí)，當(dāng)C相負(fù)載斷開(kāi)或斷路時(shí)，A、B兩相分別由相線與中性線構(gòu)成兩供電回路，UA=UB==220 V. 故A、B兩燈仍能正常工作.C短路時(shí)，會(huì)因電流過(guò)大而熔斷C相線的保險(xiǎn)絲. （2）如圖所示，無(wú)中性線時(shí)供電電路如圖所示： 當(dāng)C相負(fù)載斷開(kāi)后，A、B兩相負(fù)載串接在兩根相線間. RA==484 Ω RB= Ω=1936 Ω=（4844 Ω） 兩燈獲得電壓為： UA=RA=484 V=76 V<220 V UB=U線-UA=380 V-76 V=304 V>220 V 故B相電燈燒毀，并使A相電燈不亮. 當(dāng)C相負(fù)載短路時(shí)，A、B負(fù)載依次接在A、C和B、C兩根相線間，兩燈電壓猛增為380 V，兩燈一起燒毀.（嚴(yán)重時(shí)還可能影響電源） 因此可見(jiàn)，中性線不能隨便斷開(kāi).