正弦交流电教案
59页1、课题:正弦交流电的基本概念 一、教学目标1、了解正弦交流电的产生。2、理解正弦量解析式、波形图、三要素、有效值、相位、相位差的概念。3、掌握正弦量的周期、频率、角频率的关系掌握同频率正弦量的相位比较。二、教学重点、难点分析重点:1、 分析交流电产生的物理过程。使同学了解线圈在磁场中旋转一周的时间内,电流的大小及方向是怎样变化的。2、 掌握正弦量的周期、频率、角频率的关系,掌握同频率正弦量的相位比较。3、 交流电有效值的概念。难点:1、交流电的有效值。三、教具手摇发电机模型、电流表、小灯泡。电化教学设备。四、教学方法讲授法,多媒体课件。五、课时计划:4课时六、教学过程.知识回顾提问:什么条件下会产生感应电流?根据电磁感应的知识,设计一个发电机模型。学生设计:让矩形线框在匀强磁场中匀速转动。II.新课一、交流电的产生 (第一、二课时)1、演示实验如图5-3所示作演示实验,演示交流电的产生。展示手摇发电机模型,介绍主要部件(对应学生设计的发电机原理图),进行演示。第一次发电机接小灯泡。当线框缓慢转动时,小灯泡不亮;当线框快转时,小灯泡亮了,却是一闪一闪的。第二次发电机接电流表。当线框缓慢转动
2、时电流计指针摆动;仔细观察,可以发现:线框每转一周,电流计指针左右摆动一次。表明电流的大小和方向都做周期性的变化,这种电流叫交流电。2、分析交流电的变化规律图1 交流电发电机原理示意图投影显示(或挂图):矩形线圈在匀强磁场中匀速转动的四个过程。(1) 线圈平面垂直于磁感线(甲图),ab、cd边此时速度方向与磁感线平行,线圈中没有感应电动势,没有感应电流。(教师强调指出:这时线圈平面所处的位置叫中性面。中性面的特点:线圈平面与磁感线垂直,磁通量最大,感应电动势最小为零,感应电流为零。)(2) 当线圈平面逆时针转过90时(乙图),即线圈平面与磁感线平行时,ab、cd边的线速度方向都跟磁感线垂直,即两边都垂直切割磁感线,这时感应电动势最大,线圈中的感应电流也最大。(3) 再转过90时(丙图),线圈又处于中性面位置,线圈中没有感应电动势。(4) 当线圈再转过90时,处于图(丁)位置,ab、cd边的瞬时速度方向,跟线圈经过图(乙)位置时的速度方向相反,产生的感应电动势方向也跟在(图乙)位置相反。(5) 再转过90线圈处于起始位置(戊图),与(甲)图位置相同,线圈中没有感应电动势。分析小结:线圈a
3、bcd在外力作用下,在匀强磁场中以角速度匀速转动时,线圈的ab边和cd边作切割磁感线运动,线圈产生感应电动势。如果外电路是闭合的,闭合回路将产生感应电流。ab和cd边的运动不切割磁感线时,不产生感应电流。设在起始时刻,线圈平面与中性面的夹角为,t时刻线圈平面与中性面的夹角为。分析得出,cd边运动速度v与磁感线方向的夹角也是,设cd边长度为L,磁场的磁感应强度为B,则由于cd边作切割磁感线运动所产生的感应电动势为同理,ab边产生的感应电动势为由于这两个感应电动势是串联的,所以整个线圈产生的感应电动势为(式5-1)式中,是感应电动势的最大值,又叫振幅。可见,发电机产生的电动势是按正弦规律变化,可以向外电路输送正弦交流电。二、正弦交流电的周期、频率和角频率(第三、四课时)如图2所示,为交流电发电机产生交流电的过程及其对应的波形图。1、周期交流电完成一次周期性变化所用的时间,叫做周期。也就是线圈匀速转动一周所用的是时间。用T表示,单位是s(秒)。在图2中,横坐标轴上有0到T的这段时间就是一个周期。2、频率交流电在单位时间(1s)完成得周期性变化的次数,叫做频率。用字母f表示,单位是赫兹,符号为
4、Hz。常用单位还有千赫(kHz)和兆赫(MHz),换算关系如下:周期与频率的关系:互为倒数关系,即(式5-2)图2 正弦交流电的产生及其波形图注意:我国发电厂发出的交流电都是50Hz,习惯上称为“工频”。世界各国所采用的交流电频率并不相同,有兴趣的同学可以查阅相关资料。(例如:美国、日本采用的市电频率均为60Hz,110V。)周期与频率都是反映交流电变化快慢的物理量。周期越短、频率越高,那么交流电变化越快。3、角频率是单位时间内角度的变化量,叫做角频率。在交流电解析式中,是线圈转动的角速度。角频率、频率和周期的关系: (式5-3)【例题1】(略,见教材5-1例题1)通过练习加深对正弦交流电周期、频率、角频率的认识,以及上述三个参数与波形图之间的联系。二、相位和相位差1、相位t = T时刻线圈平面与中性面的夹角为,叫做交流电的相位。相位是一个随时间变化的量。当t=0时,相位,叫做初相位(简称初相),它反映了正弦交流电起始时刻的状态。注意:初相的大小和时间起点的选择有关,习惯上初相用绝对值小于的角表示。相位的意义:相位是表示正弦交流电在某一时刻所处状态的物理量,它不仅决定瞬时值的大小和方向
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