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1、 台 江 教 务 ：0 5 9 1 - 教案纸科目名称科目名称物物 理理审批意见：审批意见：课课 题题专题十二、交变电流专题十二、交变电流学生姓名学生姓名任课教师任课教师温温 健健 平平学生年级学生年级高高 三三授授 课课 日日 期期 年年 月月 日日 时至时至 时时授授 课课 形形 式式AAAAABAB教学目的：教学目的：1.知道交变电流，能用函数表达式和图像描述交变电流。2.通过实验，了解电容器和电感器对交表电流的导通和阻碍作用。3.通过实验，探究变压器电压与匝数的关系。4.了解从变电站到住宅的输电过程，知道远距离输电是应用高电压的道理。5.了解传感器的工作原理和一般应用。教学重点：教学重
2、点：.1、要注意区分瞬时值、有效值、最大值、平均值。2.对理想变压器问题应该从电磁感应的本质、电压比、电流比和能量的观点几个方面正确理解。3.远距离输电问题应该分段分析，注意各段电压、电流、功率的关系。掌握输送电过程中电能损失的计算方法和提高输电效率的方法4.对于传感器的在现实生活中的应用要会分析原理，分清是那种类型的，是如何把某些非电学量转化成什么电学量的。教学难点：教学难点：远距离送电讲授内容讲授内容第第 1 1 课时课时 交变电流的产生及描述交变电流的产生及描述考点考点 1.1. 交变电流的定义及其产生：交变电流的定义及其产生： 1.交变电流：大小与方向都随时间做周期性的变化的电流叫交变
3、电流。2正弦交变电流是随时间按正弦或余弦规律变化的交变电流，其函数图像是正弦曲线3、正弦式交流电的产生（过程如图）考点考点 2.2. 正弦式交变电流的变化规律正弦式交变电流的变化规律1. 从线圈转至中性面开始计时，tNBSesin若从转至平行磁感线开始计时，tNBSecos2. 最大值：NBSEm3Em 与转轴的所在位置和线圈形状无关。4.线圈转至中性面时,电流方向发生改变, 线圈转动一周,电流方向改变两次。 考点考点 3.3. 表征正弦交变电流的物理量表征正弦交变电流的物理量1.周期和频率 周期 : 交变电流完成一次周期性变化所需的时间,叫做交变电流的周期，通常用T表示，单位是 s 频率:
4、交变电流在 1s 内完成周期性变化的次数,叫做交变电流的频率，通常用 f 表示,单位是赫兹。周期和频率的关系是:fTfTTf221,1，转速(n): 单位时间线圈转过的转数。单位 r/s 或 r/min。2.交变电流的最大值有效值交变电流的最大值（Im和Um） 它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强弱或电压高低. 交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的：让交流和恒定电流通过相同的电阻，如果它们在相同的时间内产生的热量相等，就把这一恒定电流的数值叫做这一交流电的有效值。 说明（1）正弦式交变电流的有效值与其相应的最大值间的关系为：2707. 02707. 02
5、m mm mmUUIIIEEE，对于用其他方式产生的交变电流，其有效值与最大值间的关系均须根据有效值的定义作具体分析，计算。 （2）通常所说的交变电流的电流、电压；交流电表读数；交流电器的额定电压、额定电流，保险丝的熔断电流等都是指有效值。 （特例：电容器的耐压值是最大值。）（3）求解交流电产生的热量问题时,必须用有效值。若计算通过电路某一截面的电量,需用电流的 平均值。 补充：描述交变电流的物理量补充：描述交变电流的物理量 1 1、瞬时值、瞬时值：它是反映不同时刻交流电的大小和方向，正弦交流瞬时值表达式为：，temsin.应当注意必须从中性面开始。tIimsin【例 1】有一正弦交流电源，电
6、压有效值U=120V，频率为f=50Hz 向一霓虹灯供电，若霓虹灯的激发电压和熄灭电压均为U0=60V，试估算在一个小时内，霓虹灯发光时间有多长？为什么人眼不能感到这种2 忽明忽暗的现象？解析：由正弦交流电的最大值与有效值U的关系得：Um=120V2 设t=0 时交流电的瞬时电压U=0 则交流电的瞬时表达式为U=120sin100t V2如图所示，画出一个周期内交流电的U-t图象，其中阴影部分对应的时间t1表示霓虹灯不能发光的时 间，根据对称性，一个周期内霓虹灯不能发光的时间为4t1，当U=U0=60V 时，由上式得t1=1/600s，再由对称性求得一个周期内能发光的时间：t=T-24t1=，
7、再由比例关系求得一小时内霓虹灯发光的时间为：t=s751s24007515013600很明显霓虹灯在工作过程中是忽明忽暗的，而熄灭的时间只有 1/300s（如图t2时刻到t3时刻）由于人 的眼睛具有视觉暂留现象（暂留时间约 1/16 2 2、最大值、最大值：也叫峰值，它是瞬时值的最大者，它反映的是交流电大小的变化范围，当线圈平面跟磁感 线平行时，交流电动势最大，（转轴垂直于磁感线） 。电容器接在交流电路中，则交变电压的NBSEm最大值不能超过电容器的耐压值。 【例 2】把一电容器C接在 220V 的交流电路中，为了保证电容不被击穿，电容器C的耐压值是多少？解析：不低于 200V，不少学生往把电
8、容器与灯泡类比，额定电压 220 V 的灯泡接在 220 V 的交流2 电源上正常发光.从而错误的认为电容器的耐压值也只要不低于 220V 即可，事实上，电容器接在交流电路中一直不断地进行充、放电过程.电容器两极间电压最大可达 200V，故电容器C的耐压值应不低于 2002V.2 3 3、平均值、平均值：它是指交流电图象中图线与横轴所围成的面积值跟时间的比值.其量值可用法拉第电磁感应定律来求，特殊地，当线圈从中性面转过 90 度的过程中，有.计算平均值切忌NE tmEE2用算术平均法即求解。平均值不等于有效值。221EEE【例 3】如图所示，求线圈由图示位置转过 60角的过程中，通过线圈某一横
9、截面的电量. 解析：在计算电量问题中，一定要用电流、电压平均值而NE tBSBS2360sin12又， REI tIqNq R RNBS 234 4、有效值、有效值：有效值是根据电流的热效应规定的：让交流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相同 的时间内产生的热量相等，就把这一直流的数值叫做这一交流的有效值。正弦交流电的有效值跟最大值之间的关系是：，对于非正弦电流的有效值以上关mEU21mII21系不成立，应根据定义来求。 电器设备上标注的额定值是有效值电器设备上标注的额定值是有效值 交流电表测量的是交流的有效值交流电表测量的是交流的有效值 如果没有特殊强调，交流的数值指的都是有效值如果没有特
10、殊强调，交流的数值指的都是有效值 计算某一时间段的功率，要用有效值，计算某一时刻的功率，要用瞬时值，计算通过某个截面的电计算某一时间段的功率，要用有效值，计算某一时刻的功率，要用瞬时值，计算通过某个截面的电 量，要用平均值量，要用平均值 【例 4】 左图所示是某种型号的电热毯的电路 图，电热毯接在交变电源上，通过装置P使加在电 热丝上的电压的波形如右图所示。此时接在电热丝 两端的交流电压表的读数为 A.110V B.156V C.220V D.311V 解：从u-t图象看出，每个周期的前半周期是正弦图形，其有效值为 220V；后半周期电压为零。根据有效值的定义， ，得U=156V，选 B。02
11、2 12 T RUTRU【例 5】如图所示，两平行导轨与水平面间的倾角为，电阻不计，间距L0.3m，长度足够长， 37 导轨处于磁感应强度B1T，方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中.导轨两端各 接一个阻值为R02 电阻，另一横跨在导轨间的金属棒质量m1kg，电阻 r1 棒与导轨间的滑动摩擦因数0.5，当金属棒以平行于导轨的向上初速 度 010m/s 上滑，直至上升到最高点过程中，通过上端电阻电量 0.1C（g取 10m/s2） ，求上端电阻R0产生的焦耳热？q 解：设棒沿斜面能上升的最大距离为s，B垂直斜面向上，则在棒上升过程中，通过棒某一截面的电量应为 2.由得qtqI2rRE20)2(20
12、rR tqE而 s=mtBLs tq2)(0 BLrRq电路总焦耳热为R总QQtRItRItrRI6623)2()2(02 002 002总0从金属棒开始运动到最高点过程，利用能量守恒关系有mgcossmgsins，R5 J 总Q2 021mvQ061总Q考点考点 4.4. 电感对交变电流的影响电感对交变电流的影响1.电感对交变电流均有阻碍作用。交变电流通过电感线圈时，线圈中产生自感电动势，阻碍电流的变化，形成了对电流的阻碍作用，这种阻碍作用叫感抗。实验表明：线圈的自感系数越大，交变电流的频率越高，线圈的感抗越大，所以，电感线圈在交流电路中有“通直流、阻交流、通低频、阻高频”的特性2. 应用：
13、低频扼流圈，高频扼流圈考点考点 5.5. 五、电容对交变电流的影响五、电容对交变电流的影响1. 电容对交变电流也有阻碍作用。电容器接到交流电路中后,交替充电和放电,使电路中有交变电流,似乎电流“通过 “了电容器,由于电荷在电路中定向移动受到电容器极板上积聚电荷的反抗，因此产生对交变电流的阻碍作用，这种阻碍作用叫容抗。实验表明：电容越大，交变电流的频率越高，电容的容抗越小。（1 ）（2 ）Pu V1 2 3 4 5Ot/10-2su/V311电容在交流电路中有“通交流、隔直流、通高频、阻低频”的特性。2. 应用：隔直电容：通交流，阻直流 旁路电容：通高频，阻低频第第 2 2 课时课时 变压器变压
14、器 电能的输送电能的输送考点考点 1.1. 变压器变压器1.变压器的构造: 变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的一个线圈跟电源连接，叫原线圈（也叫初级线圈）；另一个线圈跟负载连接，叫副线圈（也叫次级线圈）两个线圈都是用绝缘导线绕制成的，铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成2.原理：电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场，由于电流大小方向在不断的变化，铁芯中的磁场也在不断变化。变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，所以尽管两个线圈之间没有导线相连，副线圈也能够输出电流。互感现象是变压器工作的基础3理想变压器的理想化条件及其规律在理想变压器的原线圈两端加交变电压U1后，由于电磁感应的原因，原、副线圈
15、中都将产生感应电动势，根据法拉第电磁感应定律：tnE1 11，tnE2 22忽略原、副线圈内阻，有：U1E1 ，U2E2另外，考虑到铁心的导磁作用而且忽略漏磁，即认为在任意时刻穿过原、副线圈的磁感线条数都相等，于是又有：21 由此便可得理想变压器的电压变化规律为：2121 nn UU 在此基础上再忽略变压器自身的能量损失（一般包括线圈内能量损失和铁芯内能量损失这两部分，分别俗称为“铜损”和“铁损”) 有：21PP 4.理想变压器的物理量之间的规律:电压关系：U1U2 =n1n2，U1n1 = U2n2= U3n3 =：理想变压器原副线圈的端电压跟匝数成正比，输出电压由输入电压决定。：当n2n1时，U2U1，变压器使电压升高，这种变压器叫做升压变压器：当n2n1时，U2U1，变压器使电压降低，这种变压器叫做降压变压器功率关系：P 原=P 副，理想变压器的输入功率由输出功率决定电流关系：当变压器只有一个副线圈工作时，有：1221 2211,nn IIIUIU有多个副线圈时, 有P入=P出，即 P1= P2+
