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人教版 (新课标)选修32 描述交变电流的物理量教案及反思
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这是一份人教版 (新课标)选修32 描述交变电流的物理量教案及反思
一．教学设计 要让学生知道，由于交变电流的电压、电流等的大小和方向都随时间作周期性变化，就需要多一些物理量来描述它不同方面的特性．交变电流的有效值表示交变电流产生的平均效果，是教学的重点，也是教学的难点．首先要使学生明白引入有效值的必要：由于交变电流的大小和方向随时间变化，它产生的效果也随时间而变化，而实用中常常只要知道它的平均效果就可以了．为此引入有效值的概念；进而让学生知道怎样衡量交变电流的平均效果，即用与交变电流有相同热效应的直流来表示交变电流的平均效果，从而明确有效值的物理意义． 二．教学目标 1．知识与技能： （1）理解什么是交变电流的峰值和有效值，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。 2．过程与方法：能应用数学工具描述和分析处理物理问题。 3．情感、态度与价值观： 让学生了解多种电器铭牌，介绍现代科技的突飞猛进，激发学生的学习热情 三．教学重点、难点 1．重点：交变电流有效值概念。 2．难点：交变电流有效值概念及计算。 四．教学方法：实验、启发 教具：电源、电容器、灯泡“6 V，0.3 A”、幻灯片、手摇发电机 五．教学过程 1．引入新课 矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，在线圈中产生了正弦交变电流。如何描述交变电流的变化规律呢？ 可以用公式法描述。从中性面开始计时，得出 瞬时电动势：e=Emsinωt 瞬时电流：i=Imsinωt 瞬时电压：u=Umsinωt 其中Em=NBSω 交变电流的大小和方向都随时间做周期性变化，只用电压、电流描述不全面。这节课我们学习表征正弦交变电流的物理量。 2．进行新课 （1）周期和频率 请同学们阅读教材，回答下列问题： ①什么叫交变电流的周期？ ②什么叫交变电流的频率？ ③它们之间的关系是什么？ ④我国使用的交变电流的周期和频率各是多大？ 交变电流完成一次周期性的变化所用的时间，叫做交变电流的周期，用T表示。 交变电流在1 s内完成周期性变化的次数，叫做交变电流的频率，用f表示。 T= 我国使用的交变电流频率f=50 Hz，周期T=0。02 s。 （2）交变电流的峰值（Em，Im，Um） 交变电流的峰值是交变电流在一个周期内所能达到的最大数值，可以用来表示交变电流的电流或电压变化幅度。 ［演示］电容器的耐压值 将电容器（8 V，500μF）接在学生电源上充电，接8 V电压时电容器正常工作，接16 V电压时，几分钟后闻到烧臭味，后听到爆炸声。 电容器的耐压值是指能够加在它两端的最大电压，若电源电压的最大值超过耐压值，电容器可能被击穿。但是交变电流的最大值不适于表示交变电流产生的效果，在实际中通常用有效值表示交变电流的大小。 思考与讨论： 0～0.2s、0.2～0.5s、0.5～0.8s、0.8～1s这四个阶段电流大小不变化，分别计算出热量，然后加起来。由解得J；J；J；J 所以，1s内电阻R中产生的热量为 J 由解得，A=1.67A （3）有效值（E、I、U） 让交变电流和直流电通过同样的电阻，如果它们在相同时间内产生热量相等，把直流电的值叫做交变电流的有效值。通常用大写字母U、I、E表示有效值。 正弦交变电流的最大值与有效值有以下关系：I==0.707Im U==0.707Um ［强调］ ①各种使用交变电流的电器设备上所示值为有效值。 ②交变电流表（电压表或电流表）所测值为有效值。 ③计算交变电流的功、功率、热量等用有效值。 3．小结：本节课主要学习了以下几个问题： （1）表征交变电流的几个物理量：周期和频率、峰值和有效值。 （2）交变电流的周期与频率的关系：T=。 （3）正弦式交变电流最大值与有效值的关系：I=，U=。 六．知识总结与迁移： （1）表征交变电流大小物理量：瞬时值(e、u、i)；最大值(峰值)(Em、Um、Im)；有效值(E、U、 I) ①瞬时值：表示正弦交流电的电动势e、电流i、电压u随时间t(或角度ωt) 的变化规律． Ⅰ．若从线圈转至中性面开始计时，则正弦交流电的瞬时值的数学表达式为：感应电动势 e = ________________；电压u = ________________；电流i = ________________． Ⅱ．若从线圈转至与磁感线平行的位置开始计时，则瞬时值的数学表达式为：感应电动势 e = ________________；电压u = ________________；电流i = ________________． ②最大值(也叫峰值)：表示交变电流的电流强弱或电压高低的变化范围． Ⅰ．交变电流的最大值(Em、Um、Im)是交变电流在一个周期内所能达到的____________． Ⅱ．正弦式交变电流的最大值与有效值的关系为Em= _____E；Um= _____U；Im= _____I． Ⅲ．电容器的耐压值指的就是该电容器所允许加的电压的_______值． ③有效值：表示交变电流所产生的效果． Ⅰ．定义方法：交变电流的有效值是根据_________________来定义的：让交流电和直流电通过_______________的电阻，如果它们在_______的时间内产生的热量_______，就把这一直流的数值叫做这一交流的有效值． Ⅱ．正弦式交变电流的有效值与最大值(峰值)的关系： E = _____Em；U = _____Um；I = _____Im．(●注意：这一关系只适用于正弦交流电) Ⅲ．在没有特别说明时，通常所说的交流电流、电压、电动势都是指__________；交流电表 所测量的值也是__________；交流用电设备铭牌标出的电压电流值也是指_________． （2）表征交变电流变化快慢的物理量：周期T、频率f、角速度ω、转数n． ①概念： Ⅰ．周期T：指交变电流完成___________________所需的时间，周期的国际单位是_____． Ⅱ．频率f：指交变电流在____s内完成的周期性变化的次数，频率的国际单位是_______． Ⅲ．角速度ω：定义式ω = ______ = _______．角速度的国际单位是__________． Ⅳ．转数n：单位_________或_________． ②各物理量之间的关系： Ⅰ．周期T与频率f之间的关系：______________或______________． Ⅱ．角速度ω与周期T及频率f之间的关系：________________________． Ⅲ．角速度ω与转数n之间的关系：__________________________________________． ③我国生产和生活用的交变电流的周期T ＝________s，频率f ＝______Hz．电流方向 每秒钟改变________次． 2．课堂练习： （1）下面关于交流电的说法中正确的是：（ ） A．交流电器设备上所标的电压和电流值是交流的峰值 B．用交流电流表和电压表测定的读数值是交流的瞬时值 C．给定的交流数值，在没有特别说明的情况下都是指有效值 D．跟交流有相同的热效应的直流的数值是交流的有效值 （2）关于交流电的有效值和最大值，下列说法正确的是：（ ） A．任何形式的交流电压的有效值都是U＝Um /的关系 B．只有正弦交流电才具有U＝Um /的关系 C．照明电压220 V，动力电压380 V指的都是有效值 D．交流电压表和电流表测量的是交流电的最大值 （3）一正弦交变电流的有效值为10A，频率为50Hz，此交变电流的瞬时值的表达式可能值为： A．i=10sin314tA B．i=10sin314tA C．i=10sin50tA D．i=10sin50tA （4）一只低压教学电源输出的交流电压瞬时值为u=10sin314tV，关于该电源的规格和使用下列说法中正确的是：（ ） A．这只电源的交流电压的周期是314s B．这只电源可以使“10V，2W”的灯泡正常发光 C．这只电源在t=0.01s时电压达峰值 D．这只电源可能使“10V，2μF”的电容器击穿 （5）阻值R＝100Ω的电阻丝，通过i=(2cos100t)A的交变电流，在10s内产生的热量是________J． ～ V A R （6）如图所示，正弦交流电压u的最大值为311V，负载电阻为100Ω，若不考虑 电表内阻对电路的影响，则交流电流表和电压表的读数分别为：（ ） A．2.2A 311V B．3.1A 311V C．2.2A 220V D．3.1A 220V 七．作业 1．右图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．5A B．5A C．3.5A D．3.5A 2．当正弦交流发电机的线圈平面与磁感线成60°角时，电流 瞬时值为0.5A，则该电流的有效值是：（ ） A．1A B． A C． A D． A 3．交流电电压的瞬时值为：u=Umsin100πt V，当t=s时，u=5V，则从电压表中看到的读数是：（ ） A．V B． V C．10V D．10 V 4．下列关于交变电流的说法错误的是：（ ） A．交流电的频率等于发电机的转速 B．交流电每秒电流方向改变次数是频率的两倍 C．计算电阻发热时要用有效值 D．Im＝I，Um＝U适用于任何交变电流 5．电流方向每秒改变50次的交变电流，它的周期和频率分别是（ ） A．0.04s，25Hz B．0.08s，25Hz C．0.04s，50Hz D．0.08s，50Hz 6．一电热器接在 10 V的直流电源上，发热消耗一定的功率．现将它改接在正弦交流电源上，要使它发热消耗的功率等于原来的一半则交流电压的最大值应为（ ） A．5 V B．7.07 V C．10V D．14.14V 7．一个正弦规律变化的交变电流的图象如图所示，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大小与其有效值相等。 8．如图所示，匀强磁场的磁感应强度B=0.5T，边长为L=10cm的正文形线圈abcd共100匝，线圈总电阻r=1Ω，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO’匀速转动，角速度，外电路电阻R=4Ω，求： （1）转动过程中感应电动势的最大值； （2）由图示位置（线圈平面与磁感线平行）转过60º角时的瞬时感应电动势； （3）由图示位置转过60º角的过程中产生的平均感应电动势； （4）交变电压表的示数； （5）线圈转动一周外力所做的功； （6） EQ \F(1,6) 周期内通过R的电荷量为多少？
一．教学设计 要让学生知道，由于交变电流的电压、电流等的大小和方向都随时间作周期性变化，就需要多一些物理量来描述它不同方面的特性．交变电流的有效值表示交变电流产生的平均效果，是教学的重点，也是教学的难点．首先要使学生明白引入有效值的必要：由于交变电流的大小和方向随时间变化，它产生的效果也随时间而变化，而实用中常常只要知道它的平均效果就可以了．为此引入有效值的概念；进而让学生知道怎样衡量交变电流的平均效果，即用与交变电流有相同热效应的直流来表示交变电流的平均效果，从而明确有效值的物理意义． 二．教学目标 1．知识与技能： （1）理解什么是交变电流的峰值和有效值，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。 2．过程与方法：能应用数学工具描述和分析处理物理问题。 3．情感、态度与价值观： 让学生了解多种电器铭牌，介绍现代科技的突飞猛进，激发学生的学习热情 三．教学重点、难点 1．重点：交变电流有效值概念。 2．难点：交变电流有效值概念及计算。 四．教学方法：实验、启发 教具：电源、电容器、灯泡“6 V，0.3 A”、幻灯片、手摇发电机 五．教学过程 1．引入新课 矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，在线圈中产生了正弦交变电流。如何描述交变电流的变化规律呢？ 可以用公式法描述。从中性面开始计时，得出 瞬时电动势：e=Emsinωt 瞬时电流：i=Imsinωt 瞬时电压：u=Umsinωt 其中Em=NBSω 交变电流的大小和方向都随时间做周期性变化，只用电压、电流描述不全面。这节课我们学习表征正弦交变电流的物理量。 2．进行新课 （1）周期和频率 请同学们阅读教材，回答下列问题： ①什么叫交变电流的周期？ ②什么叫交变电流的频率？ ③它们之间的关系是什么？ ④我国使用的交变电流的周期和频率各是多大？ 交变电流完成一次周期性的变化所用的时间，叫做交变电流的周期，用T表示。 交变电流在1 s内完成周期性变化的次数，叫做交变电流的频率，用f表示。 T= 我国使用的交变电流频率f=50 Hz，周期T=0。02 s。 （2）交变电流的峰值（Em，Im，Um） 交变电流的峰值是交变电流在一个周期内所能达到的最大数值，可以用来表示交变电流的电流或电压变化幅度。 ［演示］电容器的耐压值 将电容器（8 V，500μF）接在学生电源上充电，接8 V电压时电容器正常工作，接16 V电压时，几分钟后闻到烧臭味，后听到爆炸声。 电容器的耐压值是指能够加在它两端的最大电压，若电源电压的最大值超过耐压值，电容器可能被击穿。但是交变电流的最大值不适于表示交变电流产生的效果，在实际中通常用有效值表示交变电流的大小。 思考与讨论： 0～0.2s、0.2～0.5s、0.5～0.8s、0.8～1s这四个阶段电流大小不变化，分别计算出热量，然后加起来。由解得J；J；J；J 所以，1s内电阻R中产生的热量为 J 由解得，A=1.67A （3）有效值（E、I、U） 让交变电流和直流电通过同样的电阻，如果它们在相同时间内产生热量相等，把直流电的值叫做交变电流的有效值。通常用大写字母U、I、E表示有效值。 正弦交变电流的最大值与有效值有以下关系：I==0.707Im U==0.707Um ［强调］ ①各种使用交变电流的电器设备上所示值为有效值。 ②交变电流表（电压表或电流表）所测值为有效值。 ③计算交变电流的功、功率、热量等用有效值。 3．小结：本节课主要学习了以下几个问题： （1）表征交变电流的几个物理量：周期和频率、峰值和有效值。 （2）交变电流的周期与频率的关系：T=。 （3）正弦式交变电流最大值与有效值的关系：I=，U=。 六．知识总结与迁移： （1）表征交变电流大小物理量：瞬时值(e、u、i)；最大值(峰值)(Em、Um、Im)；有效值(E、U、 I) ①瞬时值：表示正弦交流电的电动势e、电流i、电压u随时间t(或角度ωt) 的变化规律． Ⅰ．若从线圈转至中性面开始计时，则正弦交流电的瞬时值的数学表达式为：感应电动势 e = ________________；电压u = ________________；电流i = ________________． Ⅱ．若从线圈转至与磁感线平行的位置开始计时，则瞬时值的数学表达式为：感应电动势 e = ________________；电压u = ________________；电流i = ________________． ②最大值(也叫峰值)：表示交变电流的电流强弱或电压高低的变化范围． Ⅰ．交变电流的最大值(Em、Um、Im)是交变电流在一个周期内所能达到的____________． Ⅱ．正弦式交变电流的最大值与有效值的关系为Em= _____E；Um= _____U；Im= _____I． Ⅲ．电容器的耐压值指的就是该电容器所允许加的电压的_______值． ③有效值：表示交变电流所产生的效果． Ⅰ．定义方法：交变电流的有效值是根据_________________来定义的：让交流电和直流电通过_______________的电阻，如果它们在_______的时间内产生的热量_______，就把这一直流的数值叫做这一交流的有效值． Ⅱ．正弦式交变电流的有效值与最大值(峰值)的关系： E = _____Em；U = _____Um；I = _____Im．(●注意：这一关系只适用于正弦交流电) Ⅲ．在没有特别说明时，通常所说的交流电流、电压、电动势都是指__________；交流电表 所测量的值也是__________；交流用电设备铭牌标出的电压电流值也是指_________． （2）表征交变电流变化快慢的物理量：周期T、频率f、角速度ω、转数n． ①概念： Ⅰ．周期T：指交变电流完成___________________所需的时间，周期的国际单位是_____． Ⅱ．频率f：指交变电流在____s内完成的周期性变化的次数，频率的国际单位是_______． Ⅲ．角速度ω：定义式ω = ______ = _______．角速度的国际单位是__________． Ⅳ．转数n：单位_________或_________． ②各物理量之间的关系： Ⅰ．周期T与频率f之间的关系：______________或______________． Ⅱ．角速度ω与周期T及频率f之间的关系：________________________． Ⅲ．角速度ω与转数n之间的关系：__________________________________________． ③我国生产和生活用的交变电流的周期T ＝________s，频率f ＝______Hz．电流方向 每秒钟改变________次． 2．课堂练习： （1）下面关于交流电的说法中正确的是：（ ） A．交流电器设备上所标的电压和电流值是交流的峰值 B．用交流电流表和电压表测定的读数值是交流的瞬时值 C．给定的交流数值，在没有特别说明的情况下都是指有效值 D．跟交流有相同的热效应的直流的数值是交流的有效值 （2）关于交流电的有效值和最大值，下列说法正确的是：（ ） A．任何形式的交流电压的有效值都是U＝Um /的关系 B．只有正弦交流电才具有U＝Um /的关系 C．照明电压220 V，动力电压380 V指的都是有效值 D．交流电压表和电流表测量的是交流电的最大值 （3）一正弦交变电流的有效值为10A，频率为50Hz，此交变电流的瞬时值的表达式可能值为： A．i=10sin314tA B．i=10sin314tA C．i=10sin50tA D．i=10sin50tA （4）一只低压教学电源输出的交流电压瞬时值为u=10sin314tV，关于该电源的规格和使用下列说法中正确的是：（ ） A．这只电源的交流电压的周期是314s B．这只电源可以使“10V，2W”的灯泡正常发光 C．这只电源在t=0.01s时电压达峰值 D．这只电源可能使“10V，2μF”的电容器击穿 （5）阻值R＝100Ω的电阻丝，通过i=(2cos100t)A的交变电流，在10s内产生的热量是________J． ～ V A R （6）如图所示，正弦交流电压u的最大值为311V，负载电阻为100Ω，若不考虑 电表内阻对电路的影响，则交流电流表和电压表的读数分别为：（ ） A．2.2A 311V B．3.1A 311V C．2.2A 220V D．3.1A 220V 七．作业 1．右图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．5A B．5A C．3.5A D．3.5A 2．当正弦交流发电机的线圈平面与磁感线成60°角时，电流 瞬时值为0.5A，则该电流的有效值是：（ ） A．1A B． A C． A D． A 3．交流电电压的瞬时值为：u=Umsin100πt V，当t=s时，u=5V，则从电压表中看到的读数是：（ ） A．V B． V C．10V D．10 V 4．下列关于交变电流的说法错误的是：（ ） A．交流电的频率等于发电机的转速 B．交流电每秒电流方向改变次数是频率的两倍 C．计算电阻发热时要用有效值 D．Im＝I，Um＝U适用于任何交变电流 5．电流方向每秒改变50次的交变电流，它的周期和频率分别是（ ） A．0.04s，25Hz B．0.08s，25Hz C．0.04s，50Hz D．0.08s，50Hz 6．一电热器接在 10 V的直流电源上，发热消耗一定的功率．现将它改接在正弦交流电源上，要使它发热消耗的功率等于原来的一半则交流电压的最大值应为（ ） A．5 V B．7.07 V C．10V D．14.14V 7．一个正弦规律变化的交变电流的图象如图所示，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大小与其有效值相等。 8．如图所示，匀强磁场的磁感应强度B=0.5T，边长为L=10cm的正文形线圈abcd共100匝，线圈总电阻r=1Ω，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO’匀速转动，角速度，外电路电阻R=4Ω，求： （1）转动过程中感应电动势的最大值； （2）由图示位置（线圈平面与磁感线平行）转过60º角时的瞬时感应电动势； （3）由图示位置转过60º角的过程中产生的平均感应电动势； （4）交变电压表的示数； （5）线圈转动一周外力所做的功； （6） EQ \F(1,6) 周期内通过R的电荷量为多少？
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