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2019-2020年高二物理 （人教大綱版）第二冊 第十七章 交變電流 二、表征交變電流的物理量(第一課時) ●本節(jié)教材分析 教材把交流電與直流電對比說明，描述交流電的特性需要一些新的物理量.交流電的電動勢、電壓、電流是隨時間變化的，教材介紹了用公式法和圖象描述交流電如何隨時間變化的方法，我們可向?qū)W生說明，這種描述是詳細(xì)、全面的，但應(yīng)用時常常不方便.實用中經(jīng)常需要知道交流電某一方面的特性，因此需要引入反映交流電某一方面特性的物理量.如：最大值說明交流電在變化過程中所能達(dá)到的最大數(shù)值，反映了交流電變化的范圍；交流電是周期性變化的，周期、頻率說明交流電變化的快慢；有效值說明交流電產(chǎn)生的平均效果.教學(xué)中的難點是交流電有效值的概念，這也是教學(xué)重點.為了引入有效值，可以提出：交流電隨時間變化，產(chǎn)生的效果也隨時間變化.但實用上常常只要知道交流電的平均效果就可以了，怎樣衡量交流電的平均效果呢？可以配合做一個演示實驗：用兩個相同的小電珠A、B，一個接在直流電源上，一個接在交流電源上，讓兩個小電珠發(fā)光情況相同.同學(xué)通過觀察和思考了解：B燈通過的是交流電流，大小、方向隨時間變化，但在相同時間內(nèi)交流電流與直流電流產(chǎn)生的熱量相同，所以B燈發(fā)光與A燈相同.我們引導(dǎo)學(xué)生得出：通過A燈的直流電流I與通過B燈的交流電流i產(chǎn)生的效果相同，可以把直流電流的大小I作為衡量交流電流i產(chǎn)生的平均效果.在此基礎(chǔ)上給出有效值比較準(zhǔn)確的定義，并讓學(xué)生進(jìn)一步體會有效值的物理意義是什么？有效值與最大值的關(guān)系教材是直接給出的，教材不要求證明的關(guān)系，但我們要使學(xué)生了解 I＜Im和I≠.有效值的物理意義、有效值與最大值的關(guān)系非常重要，要讓學(xué)生很好地了解和熟悉.有必要強調(diào)說明交流電的有效值用得很多，因此，如果不加特別的說明，提到交流電的電流、電壓、電動勢時，指的都是有效值.交流電表測得的電流、電壓也是有效值.還可考慮分別用直流電流表、交流電流表和直流電壓表、交流電壓表測量剛才的A、B燈的電流、電壓，讓學(xué)生看到兩者的數(shù)值相同，并讓學(xué)生說出交流電的最大值. 我們可考慮讓學(xué)生對交流電的描述作小結(jié)，使學(xué)生明確：全面、詳細(xì)描述交流電的是公式和圖象；最大值、有效值、周期、頻率等物理量是描述交流電某一方面的特性的.根據(jù)交流電的圖象、公式可知最大值、周期，從而可知有效值、頻率. ●教學(xué)目標(biāo) 一、知識目標(biāo) 1.理解什么是交變電流的最大值和有效值，知道它們之間的關(guān)系. 2.理解交變電流的周期、頻率以及它們之間的關(guān)系.知道我國生產(chǎn)和生活用電的周期（頻率）的大小. 二、能力目標(biāo) 能應(yīng)用數(shù)學(xué)工具描述和分析處理物理問題. 三、德育目標(biāo) 讓學(xué)生了解多種電器銘牌，介紹現(xiàn)代科技的突飛猛進(jìn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情. ●教學(xué)重點 交變電流有效值概念. ●教學(xué)難點 交流電有效值概念及計算. ●教學(xué)方法 在教師指導(dǎo)下的啟發(fā)式教學(xué). ●教學(xué)用具 電源、電容器、燈泡“6 V 0.3 A”、幻燈片、手搖發(fā)電機. ●課時安排 1課時 ●教學(xué)過程 一、引入新課 ［師］上節(jié)課講了矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動時，在線圈中產(chǎn)生了正弦交流電.如何描述交流電的變化規(guī)律呢？ ［生1］可以用公式法描述.從中性面開始計時，得出 瞬時電動勢：e=Emsinω t 瞬時電流：i=Imsinω t. 瞬時電壓：u=Umsinω t. 其中Em=NBSω ［生2］可以用圖象法描述.如圖所示： ［師］交流電的大小和方向都隨時間做周期性變化，只用電壓、電流描述不全面.這節(jié)課我們學(xué)習(xí)表征正弦交流電的物理量. 二、新課教學(xué) 1.交變電流的最大值（Em,Im,Um） ［師］交變電流的最大值是交變電流在一個周期內(nèi)所能達(dá)到的最大數(shù)值，可以用來表示交變電流的電流或電壓變化幅度. ［演示］電容器的耐壓值. 將電容器（8 V，500 μF）接在學(xué)生電源上充電，接8 V電壓時電容器正常工作，接16 V電壓時，幾分鐘后聞到燒臭味，后聽到爆炸聲. ［師］從這個實驗中可以發(fā)現(xiàn)：電容器的耐壓值是指能夠加在它兩端的最大電壓，若電源電壓的最大值超過耐壓值,電容器可能被擊穿.但是交流電的最大值不適于表示交流電產(chǎn)生的效果，在實際中通常用有效值表示交流電流的大小. 2.有效值（E、I、U） ［演示］如下圖所示，將兩只“6 V、0.3 A”的小電珠A、B，一個接在6 V的直流電源上，一個接在有效值為6 V的交流電源上，觀察燈的亮度. ［生］兩燈的亮度相同. ［師］讓交流電和直流電通過同樣的電阻，如果它們在相同時間內(nèi)產(chǎn)生熱量相等，把直流電的值叫做交流電的有效值.通常用大寫字母U、I、E表示有效值. 3.正弦交流電的有效值與最大值的關(guān)系 ［師］計算表明，正弦交流電的最大值與有效值有以下關(guān)系： I==0.707Im U==0.707Um ［強調(diào)］ （1）各種使用交變電流的電器設(shè)備上所示值為有效值. （2）交流電表（電壓表或電流表）所測值為有效值. （3）計算交變電流的功、功率、熱量等用有效值. 4.周期和頻率 ［師］請同學(xué)們閱讀教材，回答下列問題： （1）什么叫交流電的周期？ （2）什么叫交流電的頻率？ （3）它們之間的關(guān)系是什么？ （4）我國使用的交變電流的周期和頻率各是多大？ ［生1］交變電流完成一次周期性的變化所用的時間，叫做交變電流的周期，用T表示. ［生2］交變電流在1 s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，叫做交變電流的頻率，用f表示. ［生3］T= ［生4］我國使用的交流電頻率f=50 Hz,周期T=0.02 s. ［師］有個別歐美國家使用交流電的頻率為60 Hz. 5.例題分析 ［投影］ ［例1］表示交變電流隨時間變化圖象如圖所示，則交變電流有效值為 A.5A B.5 A C.3.5 A D.3.5 A 解析：設(shè)交變電流的有效值為I，據(jù)有效值的定義，得 I2RT=（4）2R+（3）2R 解得I=5 A 綜上所述應(yīng)選擇B. ［投影］ ［例2］ 交流發(fā)電機矩形線圈邊長ab=cd=0.4 m，bc=ad=0.2 m，共50匝，線圈電阻r=1 Ω，線圈在B=0.2 T的勻強磁場中，繞垂直磁場方向的軸OO′以r/s轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動，外接電阻9 Ω，如圖所示.求： （1）電壓表讀數(shù)； （2）電阻R上電功率. 解析：（1）線圈在磁場中產(chǎn)生： Em=NBSω=500.20.40.22π V=160 V I= A=8 A U=IR=72 V101.5 V （2）P=UI=728 W=1152 W 三、小結(jié) 本節(jié)課主要學(xué)習(xí)了以下幾個問題： 1.表征交變電流的幾個物理量：最大值、有效值、周期、頻率. 2.正弦式交流電最大值與有效值的關(guān)系： I=,U=. 3.交流電的周期與頻率的關(guān)系：T=. 四、作業(yè) 1.練習(xí)一、（3）（4）（5）（6） 2.復(fù)習(xí)本節(jié)內(nèi)容 五、板書設(shè)計 六、本節(jié)優(yōu)化訓(xùn)練設(shè)計 1.把220 V的正弦式電流接在440 Ω電阻兩端，則該電阻的電流峰值 A.0.5 A B.0.5 A C.2 A D. A 2.電路如圖所示，交變電流電源的電壓是6 V，它跟電阻R1、R2及電容C、電壓表一起連成如圖電路.忽略電源內(nèi)阻，為保證電容器不擊穿，電容器耐壓值U2和電壓表示數(shù)U1分別為 A.U1=6 V B.U2=6 V C.U1=6 V D.U2≥6V 3.兩個相同電阻分別通以下圖兩種電流，則在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量QA∶QB=_______. 4.關(guān)于正弦式電流的有效值，下列說法中正確的是 A.有效值就是交流電在一周期內(nèi)的平均值 B.交流電的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來定義的 C.在交流電路中，交流電流表和交流電壓表的示數(shù)表示的都是有效值 D.對于正弦式電流 ，最大值的平方等于有效值平方的2倍 參考答案： 1.B 2.CD 3.1∶2 4.BCD