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5.2描述交变电流的物理量

时间:2024-01-20 10:30:49
5.2描述交变电流的物理量[本文共2837字]

5.2描述交变电流的物理量

教学目标

1.知道交变电流的周期和频率,知道频率和角速度的关系.

2.知道交变电流和电压的峰值、瞬时值、有效值及其关系,能利用有效值定义计算某些交变电流的有效值.

3.会用正弦交流电的有效值进行有关计算.

教学重难点

1.周期、频率、峰值的概念.

2.有效值的概念和计算.

教学过程设计

一、 周期和频率

提出问题:打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器,打点计时器为什么每隔0.02 s打一次点从而可以计时的?

点拨:当给电磁打点计时器的线圈通电后,线圈产生磁场,线圈中的振片被磁化,振片在永久磁铁磁场的作用下向上或向下运动,由于交变电流的方向每个周期要变化两次,因此振片被磁化后的磁极要发生变化,永久磁铁对它的作用力的方向也要发生变化.所以,在交变电流的一个周期内打点一次,即每两个点间的时间间隔等于交变电流的周期.

【类比学习】

学习圆周运动的时候,我们可以用很多物理量来描述圆周运动的快慢,现在我们可以借鉴其中几个物理量来描述交变电流变化.阅读课本P34~P35“周期和频率”的内容,学习相关的知识.

1.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.

2.频率: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.通常用f表示,单位是赫兹,简称赫,符号是Hz.

3.周期和频率的关系:T=或f=.

【知识拓展】

(1)我国工农业生产和日常生活中用的交变电流周期是0.02 s,频率是50 Hz,电流方向每秒钟改变100次.

(2)交变电流的周期和频率跟发电机转子的角速度ω有关.在i=Imaxsin ωt的表达式中,ω等于频率的2π倍,即ω=2πf.

二:峰值和有效值

【思考讨论】

如图所示是通过一个R=1 Ω的电阻的电流i随时间变化的曲线.

(1)计算通电1 s内电阻R产生的热量?

(2)如果有一个恒定电流通过这个电阻R,也能在1 s内产生同样的热量,这个电流是多大?

思路点拨:

(1)由题图可知,0~0.2 s内,电流大小为I1=1 A,电阻R产生的热量Q1=IRt1=0.2 J;0.2~0.5 s内,电流大小为I2=2 A,电阻R产生的热量Q2=IRt2=1.2 J;0.5~0.8 s内,电流大小为I3=2 A,电阻R产生的热量Q3=IRt3=1.2 J;0.8~1 s内,电流大小为I4=1 A,电阻R产生的热量Q4=IRt4=0.2 J;通电1 s内电阻R产生的热量Q=Q1+Q2+Q3+Q4=2.8 J.

(2)设产生相同热量的恒定电流的大小为I,Q=I2Rt=2.8 J,则I=1.7 A.

【自主学习】

引导学生阅读课本P35“峰值和有效值”的内容,学习相关的知识.

1.交变电流的峰值Imax或Umax是一个周期内所能达到的最大数值,表示交变电流的强弱或电压的高低.

2.有效值:让交变电流与恒定电流通过相同的电阻,如果它们在一个周期内产生的热量相等,把恒定电流的电流I、电压U叫做这个交变电流的有效值.

3.正弦式交变电流的有效值与峰值的关系:I==0.707Imax,U==0.707Umax.

[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。

三:相位

【课件展示】

利用多媒体课件展示两支交变电流的电压与时间关系的图象.

问题:

(1)两支交变电流的周期、峰值相同吗?它们有什么不同?

(2)图象甲的交变电流的瞬时电压与时间的关系式是什么?

答案点拨:

(1)两交变电流的周期和峰值都相同,它们的瞬时电压达到峰值的时间不同.

(2)u甲=Emaxsin ωt.

【自主学习】

引导学生阅读课本P36“相位”的内容,学习有关的知识.

1.正弦符号“sin”后面的量“ωt+φ”叫做交变电流的相位,φ是t=0时的相位,叫做交变电流的初相位.

2.两支交流的相位之差叫做它们的相位差.

3.如果两支交变电流的频率相同,但初相位不同,即u1=Emaxsin (ωt+φ1),u2=Emaxsin (ωt+φ2),那么相位差等于φ2-φ1,是个常数.

四:课堂小练

P36页第4题

板书设计

2 描述交变电流的物理量

一、周期和频率

1.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

2.频率: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通常用f表示,单位是赫兹,简称赫,符号是Hz

3.周期和频率的关系:T=或

二、峰值和有效值

1.交变电流的峰值Imax或Umax是一个周期内所能达到的最大数值,表示交变电流的强弱或电压的高低

2.有效值:让交变电流与恒定电流通过相同的电阻,如果它们在一个周期内产生的热量相等,把恒定电流的电流I、电压U叫做这个交变电流的有效值

3.有效值与峰值的关系:I==0.707Imax,U==0.707Umax

三、相位

1.正弦符号“sin”后面的量“ωt+φ”叫做交变电流的相位,φ是t=0时的相位,叫做交变电流的初相位

2.两支交流的相位之差叫做它们的相位差

5.2描述交变电流的物理量

教学目标

1.知道交变电流的周期和频率,知道频率和角速度的关系.

2.知道交变电流和电压的峰值、瞬时值、有效值及其关系,能利用有效值定义计算某些交变电流的有效值.

3.会用正弦交流电的有效值进行有关计算.

教学重难点

1.周期、频率、峰值的概念.

2.有效值的概念和计算.

教学过程设计

一、 周期和频率

提出问题:打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器,打点计时器为什么每隔0.02 s打一次点从而可以计时的?

点拨:当给电磁打点计时器的线圈通电后,线圈产生磁场,线圈中的振片被磁化,振片在永久磁铁磁场的作用下向上或向下运动,由于交变电流的方向每个周期要变化两次,因此振片被磁化后的磁极要发生变化,永久磁铁对它的作用力的方向也要发生变化.所以,在交变电流的一个周期内打点一次,即每两个点间的时间间隔等于交变电流的周期.

【类比学习】

学习圆周运动的时候,我们可以用很多物理量来描述圆周运动的快慢,现在我们可以借鉴其中几个物理量来描述交变电流变化.阅读课本P34~P35“周期和频率”的内容,学习相关的知识.

1.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.

2.频率: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.通常用f表示,单位是赫兹,简称赫,符号是Hz.

3.周期和频率的关系:T=或f=.

【知识拓展】

(1)我国工农业生产和日常生活中用的交变电流周期是0.02 s,频率是50 Hz,电流方向每秒钟改变100次.

(2)交变电流的周期和频率跟发电机转子的角速度ω有关.在i=Imaxsin ωt的表达式中,ω等于频率的2π倍,即ω=2πf.

二:峰值和有效值

【思考讨论】

如图所示是通过一个R=1 Ω的电阻的电流i随时间变化的曲线.

(1)计算通电1 s内电阻R产生的热量?

(2)如果有一个恒定电流通过这个电阻R,也能在1 s内产生同样的热量,这个电流是多大?

思路点拨:

(1)由题图可知,0~0.2 s内,电流大小为I1=1 A,电阻R产生的热量Q1=IRt1=0.2 J;0.2~0.5 s内,电流大小为I2=2 A,电阻R产生的热量Q2=IRt2=1.2 J;0.5~0.8 s内,电流大小为I3=2 A,电阻R产生的热量Q3=IRt3=1.2 J;0.8~1 s内,电流大小为I4=1 A,电阻R产生的热量Q4=IRt4=0.2 J;通电1 s内电阻R产生的热量Q=Q1+Q2+Q3+Q4=2.8 J.

(2)设产生相同热量的恒定电流的大小为I,Q=I2Rt=2.8 J,则I=1.7 A.

【自主学习】

引导学生阅读课本P35“峰值和有效值”的内容,学习相关的知识.

1.交变电流的峰值Imax或Umax是一个周期内所能达到的最大数值,表示交变电流的强弱或电压的高低.

2.有效值:让交变电流与恒定电流通过相同的电阻,如果它们在一个周期内产生的热量相等,把恒定电流的电流I、电压U叫做这个交变电流的有效值.

3.正弦式交变电流的有效值与峰值的关系:I==0.707Imax,U==0.707Umax.

[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。

三:相位

【课件展示】

利用多媒体课件展示两支交变电流的电压与时间关系的图象.

问题:

(1)两支交变电流的周期、峰值相同吗?它们有什么不同?

(2)图象甲的交变电流的瞬时电压与时间的关系式是什么?

答案点拨:

(1)两交变电流的周期和峰值都相同,它们的瞬时电压达到峰值的时间不同.

(2)u甲=Emaxsin ωt.

【自主学习】

引导学生阅读课本P36“相位”的内容,学习有关的知识.

1.正弦符号“sin”后面的量“ωt+φ”叫做交变电流的相位,φ是t=0时的相位,叫做交变电流的初相位.

2.两支交流的相位之差叫做它们的相位差.

3.如果两支交变电流的频率相同,但初相位不同,即u1=Emaxsin (ωt+φ1),u2=Emaxsin (ωt+φ2),那么相位差等于φ2-φ1,是个常数.

四:课堂小练

P36页第4题

板书设计

2 描述交变电流的物理量

一、周期和频率

1.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

2.频率: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通常用f表示,单位是赫兹,简称赫,符号是Hz

3.周期和频率的关系:T=或

二、峰值和有效值

1.交变电流的峰值Imax或Umax是一个周期内所能达到的最大数值,表示交变电流的强弱或电压的高低

2.有效值:让交变电流与恒定电流通过相同的电阻,如果它们在一个周期内产生的热量相等,把恒定电流的电流I、电压U叫做这个交变电流的有效值

3.有效值与峰值的关系:I==0.707Imax,U==0.707Umax

三、相位

1.正弦符号“sin”后面的量“ωt+φ”叫做交变电流的相位,φ是t=0时的相位,叫做交变电流的初相位

2.两支交流的相位之差叫做它们的相位差



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