交变电流教材分析和教学建议(教案).docx

第五章 交变电流教材分析和教学建议课时分配建议:第1单元 5」5.2第2单元 5.3第3单元 5.45.5交变电流 （1学时）描述交变电流的物理量（1学时）习题课 （1学时）电感和电容对交变电流的影响（1学时）变压器 （2学时）电能的输送 （1学时）5.1交变电流I教材分析交变电流是生产和生活中最常用到的电流，而正弦电流又是最简单和最基本的正弦式 电流产生的原理是基于电磁感应的基本规律，所以本章是前一章的延续和发展，是电磁感应 理论的具体应用另一方而，本节知识是全章的理论基础，由于交变电流与直流不同，因此 它对各种元件的作用也不同正因为交变电流的特殊性，才有了变压器及其广泛的应用所 以，本节内容有承上启下的作用［新课标要求］1. 知道交变电流，了解交流发电机产生交变电流的过程2. 能用函数式和图象描述交变电流［教学重点］1. 运用电磁感应的基本知识，分析交变电流的产生过程2. 认识交变电流的特点及其变化规律n教学建议一、交变电流的概念［演示］用示波器观察直流和交变电流的波形，让学生获得 一定的感认识① 观察直流电，X扫描置于10〜100Hz档，Y衰减 置于X 10档，扌巴“DC、AC”开关置于“DC”位置，闭 合开关S,调节滑片P,可以看到扫描线为一直线且上、 下移动.② 观察交流电，把电池改为学生电源的交流输出， 电压选择2V或3V,把“DC、AC”开关置于“AC”位 置，调节滑片P至适当位置，调节Y轴增益旋纽及X轴扫描微调旋纽，使屏幕出现1一2周期正弦波形。

也可以直接观察示波器内捉供的50Hz正弦交流波形 总结：大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流.［举例］下列电流中哪些属于交变电流？（）［演示］教材34页图5-1-2所示实验，用两个不同颜色的发光二极管连接在教学用发电 机两端，观察两个发光二极管的发光情况，通过观察让学生对交变电流的特点有进一步的认识.实验时注意，开始摇动发电机速度耍慢，可以观 察到两个二极管轮流发光情况，转速稍微加快，两发 光二极管几乎同时闪闪发光，就分不出先后了，转速 加快后，电压增加，为保护二极管，可串联•个约3（）（） Q的保护电阻.@1手揺发电机二、交变电流的产生过程利用线圈在磁场中转动来分析交变电流的产生过程;为便于说明，可先介绍中性面概念, 再结合交流发电机的示意图（或交流发电机模型），引导学生利用所学电磁感应知识，分析 交变电流产生的过程.甲乙 丙1 .中性面：与磁感垂直的平面称为中性面2. 思维过程：（逐步分析线圈转动一周过程中，线圈中电流方向及大小变化情况）（1） 图5.1-3中，甲图所示时刻线圈中电流为多大？圈由甲转到乙的过程中，AB 中电流向哪个方向流动？大小如何变化？到乙图所示时刻，线圈中电流大小有何特点？（2） 圈由乙转到丙的过程中，AB中电流向哪个方向流动？大小如何变化？到丙 图所示时刻，线圈中电流大小有何特点？（3） 圈由丙转到丁的过程中，AB中电流向哪个方向流动？大小如何变化？到丁 图所示时刻，线圈中电流大小有何特点？（4） 圈由丁转到甲的过程中，AB中电流向哪个方向流动？大小如何变化？（5） 大致画出通过电流的电流随时间变化的曲线。

通过分析思考，让学生认识到交流电发电机线圈在磁场中转动时产生了大小、方向作周 期性变化的交变电流.3. 总结：① 线圈在磁场中转动时，线圈每经过中性面一次，电流方向就改变一次，线圈每转一周, 电流方向改变两次；② 在中性而位置处，线圈中磁通量有最大值*m = BS,但磁通量变化率△"/△〔为零， 感应电动势为零，电流为零；③ 线圈平面与磁感线平行时，线圈中磁通量为零，但磁通量变化率△/△＜最大，感应 电动势最大，电流最大三、交变电流的变化规律1. 理论推导设线圈abed在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，线圈 转动角速度为G，ab边长为L,从中性面位置开始计时，经过t 时间线圈转过角度.t时刻ab、cd两边切割磁感线速度为v,则两边切割磁感线产生的电动势分别为：^,=B/vsin0)t, ecd = B/vsin wt线圈中总电势为e = eab+ ecd =2B/vsin wr.设 2Blv = Em ,则 w = Em sin cot.2 •总结：(1) 瞬时值表达式：e = Em sin cot(2) 峰值 Em =2Blv*.* v = 69 - •• E — 2BI - co • — = BSco2 1 2若线圈有N匝，则Em = NBSo)= N0”(3) 式小3为线圈转动角速度，3t为线圈平面与小性面的夹角，注意线圈转动角速 度3与线圈转速n的区别co = 27m .(4) 线圈中转动过程中，磁通量随时间变化的瞬时值表达式为：0 = 3Scos0(5) 发电机与用电器构成闭合电路时，用电器两端电压及用电器中电流表达式为：u = Um sin cot , i=Ims\na)t (Um、几分别为电压、电流的峰值)这种按正弦规律变化的电流称为正弦式交变电流，简称正弦式电流四. 典型例题例1. 一矩形线圈电阻为10Q,在匀强磁场中绕垂直于磁场的中心轴匀速转动，转速为50r/s,产生的感应电动势最大值为20加》从线圈经过中性面位置开始计时，求(1) 线圈中产生感应电动势的瞬时值表达式；(2) 经多长时间线圈中的电动势第一次达到10^?[①幺=20龙 sin 100加，② t = —― 5 ]「 600方法提示：求解交流电动势瞬时值的步骤：① 确定线圈转动是从哪个位置开始计时② 确定表达式是正弦还是余弦③ 确定转动的角速度及NBS等④ 求出峰值，写出表达式，代入数值求出瞬时值。

例2.边长为0.5m的单匝正方形线框abed绕ab边在匀强磁场中匀速转动，ab边与 磁场垂直已知线圈转速n=50r/s ,磁感应强度B二0.4T,则从线圈垂直于磁场位置开始， 当线圈转到磁通量为0.05Wb时，线圈中感应电动势瞬时值为多大？［析］据题意可得：3=211 n=100Jinid/s , Em=BS o=10 n V, * m=BS=O」Wb,则线圈 中磁通量随时间变化的关系为：e=0.1cos3t,当e =0.05Wb时，a）t=n/3，此时线圈小电 动势为：e=EmSin w t= 10 sin（ h /3） =5 73 nV五、拓展1. 若线圈从平行于磁场位置开始计时，则电动势表达式为：e=Em cosa）t2. 曲积为S的线圈处在按正弦规律变化（即：B = Bm sin cot）的磁场中时，由法拉第电磁感应定律得:LBSABArBmcos\x\atXXXXXXXXX相当于线圈在磁感应强度为Bm的匀强磁场中转动时产生的感应电动势2.描述交变电流的物理量I教材分析与恒定电流不同，由于交变电流的电压、电流等大小和方向都随时间做周期性变化，需 要用一些特殊的物理量来描述它在变化中不同方而的特性，本节主要介绍这样一些物理量。

［新课标要求］1. 知道交变电流的周期和频率，知道我国供电线路交变电流的周期频率.2. 知道交变电流和电压的峰值，有效值及其关系.［教学重点］交变电流的有效值n教学建议一、周期和频率1. 周期（T）：交变电流完成一次周期性变化（对就于发电机中线圈转动一周）所需的 时间2. 频率⑴：交变电流在Is内完成周期性变化的次数单位:赫兹（Hz）,简称为赫① 频率与周期的关系：f二丄或T二丄T f② 频率f在数值上等于发电机线圈的转速no频率是供电质量的重要标志③ 我国电网中的交变电流，周期是0.02s,频率是50Hz o3. 角频率（3）：在i= Ims\n at 3称为角频率数值上等于发电机线圈转动的角速度a 3二 =2吋T二、峰值与有效值1. 峰值：交变电流或电压，所能达到的最大数值峰值反映的是交变电流大小的变化 范围，也可以用来反应电流的强弱或电压的高低在交流电路中，电容器所承受的电压，要高于交流电压的峰值，否则电容器就有可能 被击穿.2. 有效值课本39页从一个问题的讨论开始：21〃A• 0.5O •1•21>7图5.2-2菜种交变电流的波形如图5.2-2的电流i通过一个R = 1 Q的电阻•它 不是恒定电流。

1・怎样计算通电I s内电阻中产生的热童？2. 如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通 过这个电阻心也能庄1 s内产生同样的热，这个电 流是多大？通过思考讨论，使学生明白，从电流热效应上看，交流电产生的效果可以与某地恒定电 流相等，由此引入有效值的概念.1. 定义：让交流与恒定电流通过相同的电阻，如果它们在一周期内产生的热量相等， 就把这个恒定电流的值（I或U）叫做这个交流的有效值.课本第一次明确地用一个周期T来定义有效值，使得有效值的概念更加准确.2. 正弦交变电流的有效值与峰值的关系/ = 2 = 0.707/〃, V2这一关系只对正弦式电流成立，对其它波形的交变电流一般不成立.其它波形的交变电 流的有效值就根据有效值的定义去求解3. 几点说明：①各种使用交变电流的电器设备上所标的额定电压、额定电流均指有效 值；②交流电压表和交流电流表所测量的数值也都是有效值；③将电容器接入交流电路中, 其耐压值应不小于交变电流的最大值，但熔丝的选择应据有效值来确定其熔断电流；④一般 情况下所说的交变电流的数值，若无特别说明，均指有效值4. 有效值与平均值的区别：交变电流的有效值是按照电流的热效应来规定的，对一个 确定的交变电流，其有效值是-定的，而平均值是由"号来确定的，其数值大小与时 间间隔有关。

在计算交变电流通过导体产生的热量、热功率时，只能用有效值，而不能用平 均值；在计算通过导体截而的电量时，只能用交变电流的平均值，即q = 7t o三、交变电流的图象交变电流随时间变化的规律可以用图象来表示： 从图象中可以解读到以下信息：① 交变电流的电大值J、和周期T② 判断电流、电压的大小和方向随时间的变化情况③ 判断电流、电压随时间的变化率7僦图线斜率判断)④ 判断线圈中磁通量的变化情况四、典型例题例1.求课本38页图5.2・2所示交变电流的有效值.例2. —电阻接在10V直流电源上时，电功率为10W,若改接在某交流电压上，电功率 为5W,设电阻值不随温度变化而变化，求此交流电压的最大值.(10V)例3.距形线圈在匀强磁场中以其一条边为轴作匀速转动，磁场方 向与转轴垂直，线圈中感应电动势随时间的变化图线如图所示，则匸T/12 时刻，线圈平而与中性而的夹角为多大？(兀/3)例4.如图边长为L的单匝正方形线框，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，线框电阻 为R,当线框绕ab边从图示位置以角速度3匀速转过兰的过程中，求(1)2b c外力所做的功；(2)流过线框导线截面的电量［析］外力所做的功，即线框中产生的热量。

应据线圈产生电动势的 有效值求热量一般是先求最大值，再求有效值线框转过彳的过程中，线圈内产生的电动势最大值为：Em = BS(o = BcoLr电动势的有效值为 =Em _ BcoL?线圈转过彳所用的时间为“牛二佥以 k r y 线圈内产生的热量Q = —=R 1［典型错解］e=—=—△/ 7t茲(2)流过导线截面的电量：q。