《二电子电路实验》课教案.docx

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1、3.2单相正弦交流电一、教学目标（一）知识与技能1 .使学生理解交变电流的产生原理，知道什么是中性面。2 .掌握交变电流的变化规律及表示方法。3 .理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准确含义。（二）过程与方法1 .掌握描述物理量的三种基本方法（文字法、公式法、图象法）。2 .培养学生观察能力，空间想象能力以及将立体图转化为平面图形的能力。3 .培养学生运用数学知识解决物理问题的能力。（三）情感、态度与价值观通过实验观察，激发学习兴趣，培养良好的学习习惯，体会运用数学知识解决物理问题的重要性二、教学重点、难点分析重点：交变电流产生的物理过程的分析。难点：交变电流的变化规律及应用。三、教具正弦

2、交流电的产生示教模型；灵敏电流计；交流电压表；电池；小灯泡；安培表;伏特表手摇单相发电机、小灯泡、示波器、多媒体教学课件等电化教学设备。四、教学方法演示法、讲授法，多媒体课件。五、教学过程I.导入一、复习提问通过提问观察图片方式共同讨论日常生活中哪些用到的是直流电，哪些用到的是交流电。提问：1 .实验一中在交流电产生的过程中，两个二极管的亮灭有什么样的特点?2 .实验二中为什么灯丝在磁场中会颤动？二、引入单相交流电交流电路的优点：L电力远距离输送方便，可以将低压通过升压变压器后，升压到十几万伏 后输送到很远的地方，然后再通过降压变压器把高压将为低压供给民用(220V )或 工厂(三相380V

3、)用。2、发电量相同条件下，交流电的发电设备比直流发电设备要简单。II.新课一、交变电流的几个基本问题(1)交变电流的意义交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流电。 正弦式电流；随时间按正弦规律变化的电流叫做正弦式电流，正弦式电流的图象 是正弦曲线，我国市用的交变电流都是正弦式电流。(2)产生交变电流的基本原理交变电流的产生，一般都是借助于电磁感应现象得以实现的。因此，可以说，产生 交变电流的基本原理，就是电磁感应现象中所遵循的规律法拉第电磁感应定律。(3)产生交变电流的基本方式一般来说，利用电磁感应现象来产生交变电流的具体操作方式可以有很多种。例如, 使图中所示

4、的线圈在匀强磁场中往复振动，就可以在线圈中产生方向交替变化的交 变电流。但这种产生交变电流的操作方式至少有如下两个方面的不足：第一，操纵 线圈使之往复振动，相对而言是比较困难的；第二，使线圈往复振动而产生的交变 电流，其规律相对而言是比较复杂的。正因为如此，尽管理论上产生交变电流的具 体操作方式可以有很多种，但人们却往往都是选择了操作较为方便且产生的交变电 流的规律较为简单的一种基本方式使线圈在匀强磁场中相对做匀速转动而切割 磁感线来产生交变电流。这几乎是所有交流发电机的基本模型。I KX * I1B ； XX I*ft* 一 (4)正弦式电流的产生产生方法：如图所示，将一个平面线圈置于匀强磁

5、场中，并使它绕垂直于磁感线 的轴匀速转动，线圈中就会产生正弦式电流。中性面：中性面的特点是，线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量 的变化率为零，感应电动势为零；线圈经过中性面时，内部的电流方向要发生改变。则 e=NBS（i）sin（ot,用 Em 表示峰值 NBS3,则 e=Emsincot,电流一五一下融”。 图象表示如图所示1、周期和频率交变电流的周期和频率都是描述交变电流变化快慢的物理量。周期T：交变电流完成一次周期性变化所需的时间，单位是秒（S）,周期越大, 交变电流变化越慢，在一个周期内，交变电流的方向变化2次。频率f：交变电流在1s内完成周期性变化的次数，单位是赫兹，符号

6、为Hz,频率 越大，交变电流变化越快。关系：/=小=券2、瞬时值、最大值、有效值和平均值（1）感应电动势瞬时值表达式：若从中性面开始，感应电动势的瞬时值表达式：, = sinG（伏）。感应电流瞬时值表达式：=sin（安）若从线圈平面与磁力线平行开始计时，则感应电动势瞬时值表达式为：e = %cos& （伏）。感应电流瞬时值表达式： =（安）在计算通电导体或线圈所受的安培力时，应用瞬时值。（2）交变电流的最大值（以交变电动势为例）。%交变电动势最大值：当线圈转到穿过线圈的磁通量为0的位置时，取得此值。 应强调指出的是，与线形状无关，与转轴位置无关，其表达式为。在 考虑交流电路中电容器耐压值时，应

7、采用最大值。（3）交变电流的有效值有效值是根据电流的热效应来规定的，在周期的整数倍时间内（一般交变电流周 期较短，如市电周期仅为0, 02s,因而对于我们所考察的较长时间来说，基本上均 可视为周期的整数倍），如果交变电流与某恒定电流流过相同电阻时其热效应相同, 则将该恒定电流的数值叫做该交变电流的有效值。注意：这是在三个相同下的等效。 正弦交流电的有效值与最大值之间的关系为：，=%u,n = 41U,Im =4110 上述关系式只适用于线圈在匀强磁场中相对做匀速转动时产生的正弦交变电流，对 于用其他方式产生的其他交变电流，其有效值与最大值间的关系一般与此不同，其 它形式的交流电按热效应相同进行

8、计算，利用分阶段计算效变电流一个周期内在某 电阻上产生的热量，然后令其与直流电在相同时间内在同一电阻上产生的热量相等, 此时直流电的值为交变电流的有效值。这是根据有效值的定义作具体分析。一般交变电流表直接测出的是交变电流的有效值，一般用电器铭牌上直接标出的 是交变电流的有效值，一般不作任何说明而指出的交变电流的数值都是指有效值。（4）交变电流的平均值交变电流图象中图象与t轴所围成的面积与时间的比值叫做交变电流的平均值，E =.平均值是利用加来进行计算的，计算电量时只能用平均值，3、交变电流的有效值交变电流的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

9、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。U =Em I = = IfJJ正弦交流电的有效值跟最大值之间的关系是：,2 , V2对于非正弦电流的有效值以上关系不成立，应根据定义来求。通常所说交流电压、 电流是用电压表、电流表测得的，都是指有效值。用电器上所标电压、电流值也是 指有效值，在计算交流电通过导体产生热量、热功以及确定保险丝的熔断电流时， 只能用有效值。4、交变电流的平均值交变电流的平均值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百=N,加来求，特殊地，当线圈从中性面转过90E - -E度的过程中，有=（根据前面的能证明出来），

10、计算平均值切忌用算术平均法豆=& +4即一 2 求解。平均值不等于有效值。三、交流电的相量表示法1、一个正弦量的瞬时值可以用一个旋转矢量在纵轴上的投影值来表示。矢量长度=4，矢量与横轴夹角=初相位 ,矢量以角速度 按逆时针方向 旋转。2、复数的几种表示形式复数A可用复平面上的有向线段来表示。该有向线段的长度a称为复数A的模，模 总是取正值。该有向线段与实轴正方向的夹角6称为复数A的辐角。+jAOa1 +1复数A的实部al及虚部a2与模a及辐角（）的关系为:ax = asm 3a2 = a cos 0根据以上关系式及欧拉公式可将复数A表示成代数型、三角函数型、指数型和极坐标型4种形 式III.小结正弦交流电的有效值与最大值之间的关系为：。线圈瞬时感应电动势e=Emsino）t,其中Em=2NBLn=NBSco0交流电的相量表示及相量与复数关系。IV.作业课后习题五。