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2019-2020年高二物理教案描述交變電流的物理量 人教版 教學(xué)目標(biāo) l、掌握表征交變電流大小物理量。 2、理解有效值的定義并會(huì)用它解決相關(guān)問(wèn)題。 3、掌握表征交變電流變化快慢的物理量。 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：有效值的概念和計(jì)算。 教學(xué)用具： 學(xué)生電源、燈泡（3.8V）兩個(gè)、手搖發(fā)電機(jī)、導(dǎo)線、直流電壓表、滑線變阻器（20歐姆）、 教學(xué)過(guò)程： 一、引入 上節(jié)課講了矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，在線框中產(chǎn)生了正弦交流電. ［師問(wèn)］如何描述它的［生答］ 1.公式法：從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，得出 瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)e=Emsinωt，其中Em=NBSω. 瞬時(shí)電流 i= Imsinωt. 瞬時(shí)電壓 u=Umsinωt. 2.圖象法：如圖1所示. ［教師指出］交變電流的大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化，只用電壓、電流描述不全面。下面學(xué)習(xí)描述交變電流特征的它物理量。 二、新課教學(xué) 1．交變電流的周期和頻率 1）周期：我們把交變電流完成一次周期性變化所需的時(shí)間，叫做交變電流的周期．周期用T表示，單位是 S。 2）頻率：交變電流在1s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，叫做交變電流的頻率．頻率用f表示，單位是Hz。 3）周期和頻率的關(guān)系是 ：T=1/f ２．交變電流的峰值和有效值 1）交變電流峰值（Im、Em、Um）：指交變電流一個(gè)周期內(nèi)所能達(dá)到的最大值。表示交變電流的強(qiáng)弱或電壓的高低。實(shí)際中需要考慮。 2)有效值 ［［演示］將小燈泡分別接在6 V直流電源上和有效值6 V的電源上，觀察燈亮度。 現(xiàn)象：兩燈亮度相同。 有效值：（抓三個(gè)相同）讓交流與恒定電流通過(guò)相同的電阻，如果它們?cè)谝粋€(gè)周期內(nèi)內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，把恒定電流的值叫做這個(gè)交變電流的有效值。 3．正弦交流電有效值與最大值之間的關(guān)系 說(shuō)明：１)任何電流都有有效值，但上述關(guān)系只限于正弦交變電流，對(duì)其他形式的交變電流并不適用。 2) 交流用電設(shè)備上所標(biāo)的額定電壓和額定電流是有效值；交流電壓表和交流電流表的示數(shù)是有效值；交變電流的數(shù)值在無(wú)特別說(shuō)明時(shí)都是指有效值。 三、課堂小結(jié)： 本節(jié)課主要學(xué)習(xí)了以下內(nèi)容： 1. 利用交變電流（或電壓）瞬時(shí)值表達(dá)式或圖象可以求出交變電流的最大值與有效值，周期與頻率。 2. 反之，利用交變電流的最大值（或有效值）、周期（或頻率）也能寫出交變電流、電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式，并作出其圖象。 四：講練互動(dòng) 例1.、交變電流隨時(shí)間變化圖象如圖所示，則交變電流有效值為( B ) A.5 A B.5 A C.3.5 A D.3.5 A 練習(xí)1、如圖所示表示一交流電隨時(shí)間而變化的圖像，其中電流的正值為正弦曲線的正半周，其最大值為I ；電流的負(fù)值的強(qiáng)度為I， ,則該交流電的有效值為（ D ） 分析： [例題2] 如圖所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一個(gè)導(dǎo)線框可繞AB軸轉(zhuǎn)動(dòng)，已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場(chǎng)的磁感，線框的CD邊長(zhǎng)為20cm、CE、CF長(zhǎng)均為10cm，轉(zhuǎn)速為50r/s，若從圖示位置開(kāi)計(jì)時(shí) 　?。?）寫出線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式． 　?。?）若線框電阻,再將兩端接“6V，12W”燈泡，小燈泡能否正常發(fā)光？若不能，小燈泡實(shí)際功率多大？ 思路點(diǎn)撥：此題是交變電流的瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)和有效值的題目，只要根據(jù)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)解答是不難得到答案的。 　　 完全解答：（1）注意到圖示位置磁感線與線圈平面平行，瞬時(shí)值表達(dá)式應(yīng)為余弦函數(shù)，先出最大值和角頻率． rad/s 所以電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)表達(dá)式應(yīng)為． （2）小燈泡是純電阻電路，其電阻為首先求出交流電動(dòng)勢(shì)有效值 此后即可看成恒定電流電路，顯然由于,，小于額定電壓，不能正常發(fā)光．其實(shí)際功率是 解后深思：本題考查了交流電的最大值和瞬時(shí)值的概念，并運(yùn)用有效值解決問(wèn)題，是一道概念性很強(qiáng)的題目，這一類題目只要理清概念就能解決了。 [例題3] 頻率為50Hz的交變電流，其電壓 ，把它加在激發(fā)電壓，熄滅電壓均為84V的霓虹燈的兩端，求在半個(gè)周期內(nèi)霓虹燈點(diǎn)亮的時(shí)間？ 思路點(diǎn)撥：要算時(shí)間，就要看一個(gè)周期內(nèi)有多少時(shí)間電壓在滿足條件的范圍內(nèi)，所以還必須熟悉圖像。 完全解答：該交變電壓的周期 電壓的最大值：　 　作交變電壓的圖象如圖所示，由于加在霓虹燈管兩端電壓大于84V時(shí)燈管才發(fā)光，由圖象可知在半個(gè)周期內(nèi)燈管點(diǎn)亮的時(shí)間是：，， 則 ，； ，， 所以，即霓虹燈在半個(gè)周期內(nèi)，有的時(shí)間被點(diǎn)亮，的時(shí)間是不發(fā)光的． 解后深思：這道題是用圖像幫助解題的一個(gè)實(shí)例，圖像的運(yùn)用能幫助我們更形象的理解概念解決問(wèn)題。 【課堂鞏固】 1．一電熱器接在10V的直流電源上,產(chǎn)生一定大小的熱功率,把它改接到交流電源上,要使產(chǎn)和的熱功率是原來(lái)的一半,如果忽略電阻值隨溫度的變化,則交流電壓的最大值是( D ) (A)5.0V (B)7.1V (C)14V (D)10V 2．如圖所示，線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，該線圈中產(chǎn)生的正弦交變的電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值為e=80sin31.4tV，若線圈自身電阻r=2Ω，負(fù)載電阻R=6Ω，則下列說(shuō)法正確的是（ BD ） (A)電流的有效值為10 A； (B)電流的有效值為5 A； (C)在0.1s內(nèi)R產(chǎn)生的熱量為120J； (D)在0.1s內(nèi)R產(chǎn)生的熱量為30J。 3.如圖電路中，已知交流電源電壓V，電阻R=100Ω。電流表和電壓表讀數(shù)分別為（　C?。? A．l.41A，200V B．1.4lA，141V C．2A，200V D．2A，141V （題3） (題4) 4.如圖是在R=100Ω的電阻兩端所加電壓隨時(shí)間變化的圖像，則該電阻消耗的平均電功率為（　A?。? A. B. C. D. 5． 將電阻R兩端接20V的恒定電壓時(shí)，電阻R消耗的功率是10W，如果將這個(gè)電阻R兩端接上如圖所示的正弦交流電壓時(shí)，這電阻實(shí)際消耗的功率是:（ A ） （A）5W （B）7．07W （C）10W （D）15W 6．如圖甲所示為電熱毯的電路圖，電熱絲接在的電源上，電熱毯被加熱到一定溫度后，通過(guò)裝置P使輸入電壓變?yōu)閳D乙所示波形，從而進(jìn)入保溫狀態(tài)，若電熱絲電阻保持不變，此時(shí)交流電壓表的示數(shù)是（B ） A．110 V B．156 V C．220 V D．311 V 7.如圖所示， 邊長(zhǎng)為a的單匝正方形線圈在磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中， 以O(shè)O′邊為軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度為ω。轉(zhuǎn)軸與磁場(chǎng)方向垂直，線圈電阻力R，求： （1）線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)的過(guò)程中產(chǎn)生的熱量Q。 （2）線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)的過(guò)程中通過(guò)線圈某截面的電量q。 B2a4/4R Ba2/R 8.如圖所示，匝數(shù)為N，面積為S，總電阻為R的矩形閉合線圈，在磁強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中按圖示方向（俯視逆時(shí)針）以角速度ω繞軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。t＝0時(shí)線圈平面與磁感線垂直，規(guī)定abcda的方向?yàn)殡娏鞯恼较?，求? （1）線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式。 （2）線圈從圖示位置開(kāi)始到轉(zhuǎn)過(guò)90的過(guò)程中的平均電動(dòng)勢(shì)。 （3）線圈轉(zhuǎn)動(dòng)與圖示位置成60角時(shí)的瞬時(shí)電流。 （4）線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周過(guò)程中外力做的功。 9．如圖所示，線圈的abcd的面積是0.05m2，共100匝，線圈電阻力r=1Ω，外接電阻力R=9Ω，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度,當(dāng)線圈以300r/min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)： （1）若線圈從處于中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，寫出線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式。 （2）線圈轉(zhuǎn)過(guò)1/30s時(shí)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值為多大？ （3）電路中電壓表和電流表的示數(shù)各為多少？ 3.6A 32.1N 10 如圖所示，矩形閉合金屬線圈abcd的邊長(zhǎng)分別為和，電阻為R．a(chǎn)b邊是固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸，它恰位于有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)的邊界處，磁感強(qiáng)度大小為B．某時(shí)刻線圈位置如圖所示，磁感線垂直線圈平面，方向向里．線圈繞固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度大小為，從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，規(guī)定電流沿abcd方向流動(dòng)為正方向 求：①在直角坐標(biāo)系上畫出線圈內(nèi)感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的關(guān)系圖象（畫出兩個(gè)周期） ②此感應(yīng)電流的有效值 教后感： 探究試驗(yàn)：