第五章交变电流学案.doc

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1、第五章 电磁感应5.1 交变电流【学习目标】（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【学习重点】交变电流产生的物理过程的分析。【学习难点】交变电流的变化规律及应用。【自主探究】一、交变电流（1）什么

2、是交变电流？简称什么？（2）什么是直流？简称什么？（3）交变电流能变成直流吗？二、交变电流的产生（1）为什么矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时线圈里能产生交变电流？当abcd线圈在磁场中绕OO轴转动时，哪些边切割磁感线?当ab边向右、cd边向左运动时，线圈中感应电流的方向如何？当ab边向左、cd边向右运动时，线圈中感应电流的方向如何?（2）线圈转到什么位置时，产生的感应电动势最大?（3）线圈转到什么位置时，产生的感应电动势最小? 三、交变电流的变化规律1、感应电动势e随时间变化的规律是什么？2、交流电路中负载两端电压和通过负载中电流随时间变化规律是什么？3、峰值和瞬时值有哪些？【实例探究】探究1：

3、一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示。下面说法中正确的是（ ）At1时刻通过线圈的磁通量为零Bt2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大Ct3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大D每当e转换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大探究2：在匀强磁场中有一矩形线圈，从中性面开始绕垂直于磁感线的轴以角速度匀速转动时，产生的交变电动势可以表示为e=Emsint。现在把线圈的转速增为原来的2倍，试分析并写出现在的交变电动势的峰值、交变电动势的瞬时值表达式，画出与其相对应的交变电动势随时间变化的图象。总结：分析物理图象的要点：一看：看“轴”、看

4、“线”、看“斜率”、看“点”、看“截距”、看“面积”、看“拐点”，并理解其物理意义。二变：掌握“图与图”“图与式”和“图与物”之间的变通关系。三判：在此基础上进行正确的分析和判断。探究3如图所示，匀强磁场的磁感应强度B=2T，匝数n=6的矩形线圈abcd绕中心轴OO匀速转动，角速度=200rad/s。已知ab=0.1m，bc=0.2m，线圈的总电阻R=40，试求：（1）感应电动势的最大值，感应电流的最大值；（2）设时间t=0时线圈平面与磁感线垂直，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式；（3）画出感应电流的瞬时值i随t变化的图象；（4）当t=30时，穿过线圈的磁通量和线圈中的电流的瞬时值各是多大？

5、（5）线圈从图示位置转过的过程中，感应电动势的平均值是多大？【作业设计】1、P343、4、5 2、预习第二节【学后反思】5.2 描述交流变化的物理量【学习目标】（一）知识与技能1理解什么是交变电流的峰值和有效值，知道它们之间的关系。2理解交变电流的周期、频率以及它们之间的关系。知道我国生产和生活用电的周期（频率）的大小。（二）过程与方法能应用数学工具描述和分析处理物理问题。（三）情感、态度与价值观让学生了解多种电器铭牌，介绍现代科技的突飞猛进，激发学生的学习热情【学习重点】交变电流有效值概念。【学习难点】交变电流有效值概念及计算。【自主探究】一、周期和频率（1）什么叫交变电流的周期？（2）什么

6、叫交变电流的频率？（3）它们之间的关系是什么？（4）我国使用的交变电流的周期和频率各是多大？二、交变电流的峰值和有效值1、什么是交变电流的峰值？表示什么意义？2、交变电流的峰值有哪些？3、什么叫做交变电流的有效值？4、怎么计算交变电流的有效值？5、正弦交变电流的最大值与有效值有什么关系？【实例探究】探究1：表示交变电流随时间变化图象如图所示，则交变电流有效值为（ ）AAB2AC1.5AD3A探究2交流发电机矩形线圈的边长分别是ab=cd=0.4m，bc=ad=0.2 m，共50匝，线圈电阻r=1，线圈在B=0.2 T的匀强磁场中，绕垂直磁场方向的轴OO以r/s转速匀速转动，外接电阻9，如图所示

7、。求：（1）电压表读数；（2）电阻R上电功率。【作业设计】1、P36练习3、4、52、预习第三节【学后反思】5.3 电感和电容对交变电流的影响【学习目标】（一）知识与技能1理解为什么电感对交变电流有阻碍作用。2知道用感抗来表示电感对交变电流阻碍作用的大小，知道感抗与哪些因素有关。3知道交变电流能通过电容器.知道为什么电容器对交变电流有阻碍作用。4知道用容抗来表示电容对交变电流的阻碍作用的大小.知道容抗与哪些因素有关。（二）过程与方法1培养学生独立思考的思维习惯。2培养学生用学过的知识去理解、分析新问题的习惯。（三）情感、态度与价值观培养学生有志于把所学的物理知识应用到实际中去的学习习惯。【学习

8、重点】1电感、电容对交变电流的阻碍作用。2感抗、容抗的物理意义。【学习难点】1感抗的概念及影响感抗大小的因素。2容抗概念及影响容抗大小的因素。【自主探究】一、电感对交变电流的阻碍作用1、P36图5.3-1实验说明了什么？2、电感对交变电流阻碍作用的大小，用感抗来表示。感抗的大小与哪些因素有关？3、扼流圈利用什么原理？分哪两类？4、低频扼流圈的构造和作用是什么？构造：作用：5、高频扼流圈的构造和作用是什么？构造：作用：二、交变电流能够通过电容器1、1、P37图5.3-4实验说明了什么？2、电容器的两极板间是绝缘介质，为什么交变电流能够通过呢？三、电容器对交变电流的阻碍作用1、将刚才实验电路中的电

9、容器去掉，观察灯泡的亮度，说明了什么道理？2、容抗来表示电容器对交变电流阻碍作用的大小。容抗跟哪些因素有关呢？【实例探究】探究1：如图所示电路中，L为电感线圈，R为灯泡，电流表内阻为零。电压表内阻无限大，交流电源的电压u=220sin10t V。若保持电压的有效值不变，只将电源频率改为25Hz，下列说法中正确的是（ ）A电流表示数增大B电压表示数减小C灯泡变暗D灯泡变亮探究2探究2如图所示是电视机电源部分的滤波装置，当输入端输入含有直流成分、交流低频成分的电流后，能在输出端得到较稳定的直流电，试分析其工作原理及各电容和电感的作用。【当堂检测】1关于低频扼流圈，下列说法正确的是（ ）A这种线圈的

10、自感系数很小，对直流有很大的阻碍作用B这种线圈的自感系数很大，对低频电流有很大的阻碍作用C这种线圈的自感系数很大，对高频交流的阻碍作用比低频交流的阻碍作用更大D这种线圈的自感系数很小，对高频交流的阻碍作用很大而对低频交流的阻碍作用很小2在图所示电路中，u是有效值为200 V的交流电源，C是电容器，R是电阻.关于交流电压表的示数，下列说法正确的是（ ）A等于220 VB大于220 VC小于220 VD等于零3在图所示的电路中，a、b两端连接的交流电源既含高频交流，又含低频交流；L是一个25 mH的高频扼流圈，C是一个100 pF的电容器，R是负载电阻，下列说法中正确的是（ ）A.L的作用是“通低

11、频，阻高频”B.C的作用是“通交流，隔直流”C.C的作用是“通高频，阻低频”D.通过R的电流中，低频电流所占的百分比远远大于高频交流所占的百分比4如图所示，交变电流电压的瞬时表达式u=311sin157tV时，三个电流表的示数相同，若电源电压改为u=sin314t V时，则（ ）A电流表 的示数减小B电流表的示数增大C电流表的示数不变【作业设计】1、P14问题与练习62、预习第四节【学后反思】5.4 变压器【学习目标】（一）知识与技能1知道变压器的构造，了解变压器的工作原理。2理解理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系，能应用它分析解决有关问题。（二）过程与方法在探究变压比和匝数比的关系中培养

12、学生运用物理理想化模型分析问题、解决问题的能力。（三）情感、态度与价值观1使学生体会到能量守恒定律是普遍适用的。2培养学生实事求是的科学态度。【学习重点】探究变压比和匝数比的关系。【学习难点】探究变压比和匝数比的关系。【自主探究】一、变压器的原理1、两个线圈并没有直接接触，灯泡为什么亮了呢？这个实验说明了什么？2、变压器就是由 和绕在铁芯上的 构成的。一个线圈跟电源连接，叫 。也叫 ，另一个线圈跟负载连接，叫 ，也叫 。两个线圈都是绝缘导线绕制成的。铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成。3、画出变压器的结构示意图和符号。二、变压器线圈两端的电压与匝数1、变压器线圈两端的电压与匝数有何关系？2、什么

13、叫做理想变压器？理想变压器两端的电压与匝数有何关系？3、理想变压器原线圈的输入功率与副线圈的输出功率有什么关系？4若理想变压器只有一个副线圈，则原副线圈中的电流I1与I2有什么关系？5、如果副线圈的电压高于原线圈的电压，这样的变压器叫升压变压器；如果副线圈的电压低于原线圈的电压，这样的变压器叫降压变压器。升压变压器，n2n1，降压变压器，n2n1。升压变压器，I2I1。在绕制升压变压器原副线圈时，副线圈导线应比原线圈导线粗一些好，还是细一些好？降压变压器呢？6、阅读科学漫步画出电压互感器和电流互感器。【实例探究】探究1：一个正常工作的理想变压器的原副线圈中，下列的哪个物理量不一定相等（ ）A交

14、流的频率B电流的有效值C电功率D磁通量变化率探究2如图所示为一理想变压器，K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈两端的电压，I1为原线圈中的电流，则（ ）A保持U1及P的位置不变，K由a合到b时，I1将增大B保持U1及P的位置不变，K由b合到a时，R消耗功率减小C保持U1不变，K合在a处，使P上滑，I1将增大D保持P的位置不变，K合在a处，若U1增大，I1将增大探究3如图所示，接于理想变压器的四个灯泡规格相同，且全部正常发光，求三个线圈的匝数比n1n2n3【当堂检测】1理想变压器的原线圈的匝数为110匝，副线圈匝数为660匝，若原线圈接在6 V的电池上，则副线圈两端电压为

15、（ ）A.36 V B.6 V C.1 V D.0 V2当理想变压器副线圈空载时，副线圈的（ ）A.负载电阻为0 B.输出电流为0C.两端电压为0 D.输出功率为03理想变压器原、副线圈的电流为I1、I2，电压为U1、U2，功率为P1、P2，关于它们的关系，正确的是（ ）A.I2由I1决定 B.U2与负载有关C.P1由P2决定 D.U1由U2决定4一理想变压器原线圈接交流、副线圈接电阻，下列哪些方法可使输入功率增加为原来的2倍（ ）A.次级线圈的匝数增加为原来的2倍B.初级线圈的匝数增加为原来的2倍C.负载电阻变为原来的2倍D.副线圈匝数和负载电阻均变为原来的2倍5用理想变压器给负载R供电，下

16、列哪些办法可以减小变压器原线圈中的电流A增加原线圈的匝数B增加副线圈的匝数C减小负载电阻R的数值D增加负载电阻R的数值6在图所示的电路中，理想变压器的变压比为21，四个灯泡完全相同，若已知灯泡L3和L4恰能正常工作，那么（ ）A. L1和L2都能正常工作B.L1和L2都不能正常工作C.L1和L2中只有一个能正常工作D.条件不足，无法判断7如图所示，理想变压器的原、副线圈分别接有相同的白炽灯，原、副线圈的匝数比为n1n2=21，电源电压为U，求B灯两端的电压UB为多少?8如图中所示，理想变压器B的原线圈跟副线圈的匝数比 n1n2=21，交流电源电压U1=220 V，F为熔断电流为I0=1.0 A

17、的保险丝，负载为一可变电阻.（1）当电阻R=100 时，保险丝能否被熔断?（2）要使保险丝不被熔断，电阻R的阻值应不小于多少?变压器输出的电功率不能超过多少?【作业设计】1、P43问题与练习3、52、预习第五节【学后反思】5.5 电能的输送【学习目标】（一）知识与技能1知道“便于远距离输送”是电能的优点，知道输电过程。2知道降低输电损耗的两个途径。3了解电网供电的优点和意义。（二）过程与方法通过思考、讨论、阅读，培养学生阅读、分析、综合和应用能力（三）情感、态度与价值观1培养学生遇到问题要认真、全面分析的科学态度。2介绍我国远距离输电概况，激发学生投身祖国建设的热情。【学习重点】找出影响远距离

18、输电损失的因素，使学生理解高压输电可减少功率与电压损失。【学习难点】理解高压输电原理，区别导线上的输电电压U和损失电压U。【自主探究】一、降低输电损耗的两个途径1、输送电能的基本要求是什么？2、远距离大功率输电面临的困难是什么？3、输电线上功率损失的原因是什么？功率损失的表达式是什么？降低输电损耗的两个途径是什么？4、如何减小输电线的电阻呢？5、如何减小输电线中的电流呢？阅读并回答教材44页“思考与讨论”中的问题。6、以上两个途径中，哪一个对于降低输电线路的损耗更有效？举例说明。7、大型发电机发出的电压不符合远距离输电的要求，怎么办？而到达目的地的电压也不符合用户的要求，怎么办？8、目前，我国

19、常用的远距离输电采用的电压有哪几种？9、是不是输电电压越高越好？为什么？二、电网供电1、采用电网供电的优点是什么？2、某交流发电机输出功率为5105W，输出电压为U=1.0103V，假如输电线的总电阻R=10，在输电线上损失的电功率等于输电功率的5%，用户使用电压U=380 V.（1）画出输电线路的示意图（下图）。（标明各部分的符号）（2）所用升压和降压变压器的原、副线圈的匝数比是多少？（使用的变压器是理想变压器）【实例探究】探究1远距离输送交变电流都采用高压输电。我国西北电网正在建设750kV线路。采用高压输电的优点是 （ ）A可节省输电线的铜材料B可根据需要调节交流电的频率C可减少输电线上

20、的能量损耗D可加快输电的速度探究2某小型水电站发电机输出的电功率为100kW，输出电压250V，现准备向远处输电，所用输电线的总电阻为8，要求输电时在输电线上损失的电功率不超过输送电功率的5%，用户获得220V电压.求应选用匝数比为多大的升压变压器和降压变压器？（理想变压器）【当堂检测】1在远距离输电过程中，为减少输电线路上的电能损失，可采用的最佳方法是（ ）A使输电线粗一些B减短输电线长度C减少通电时间D采用高压输电2远距离输送一定功率的交变电流，若输电电压提高到原来的n倍，则下列说法中正确的是（ ）A输电线上的电流变为原来的n倍B输电线上的电压损失变为原来的1/n2C输电线上的电功率损失变

21、为原来的1/nD若输电线上的电功率损失不变，输电线路长度可变为原来的n2倍3下列关于减小远距离输电导线上热损耗的说法中，正确的是（ ）A因为热功率P=，所以应降低输送电压，增大输电导线电阻，才能减小输电导线上的热损耗B因为热功率P=IU，所以应采用低电压、小电流输电，才能减小输电导线上的热损耗C因为热功率P=I2R，所以可采用减小输电线电阻或减小输送电流的方法来减小输电导线上的热损耗D以上说法均不正确4发电厂发电机的输出电压为U1，发电厂至学校的输电导线的总电阻为R，通过导线的电流为I，学校得到的电压为U2，则输电导线上损耗的功率可表示为（ ）A BCI2R DI（U1-U2）【作业设计】1、

22、P49问题与练习1、3、42、预习第五节【学后反思】第五章 交变电流复习一、知识梳理 1交变电流的产生：线圈在匀强磁场中绕_于磁场的轴匀速转动，产生按_规律变化的电流。线圈转至中性面时，穿过线圈的磁通量_，而感应电动势_。2表征交变电流的物理量：周期T，频率f，关系_；峰值：Em、Im、Um；有效值：E、I、U3正弦交变电流的变化规律：瞬时值表达：e=_，i=_，u=_峰值：Em=_；正弦交变电流有效值与峰值的关系：E=_，I=_，U=_4电感电容对交变电流的影响：电感作用：_；电容作用：_5理想变压器：原理：_；原副线圈输入输出功率的关系：_；电压与匝数的关系：_；电流与匝数的关系：只有一个

23、副线圈时，_；有多个副线圈时，_6远距离输电：导线上的功率损失_；导线上的电压损失_二、专题讲练专题一 交变电流的四值交变电流的四值是指：瞬时值、峰值、有效值、平均值1、瞬时值：反映不同时刻交变电流的大小和方向，正弦交流瞬时值表达式为：，。应当注意必须从中性面开始。生活中用的市电电压为220V，其峰值为_V，频率为_HZ，所以其电压瞬时值的表达式为u=_V。针对练习1、有一正弦交流电源，电压有效值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？针对练习2、交流发电机的线圈从平行磁场的位置开始匀速转动，与它并

24、联的电压表的示数为14.1V，那么当线圈转过30时交流电压的瞬时值为_V。2峰值：它是瞬时值的_值，它反映的是交变电流大小的变化范围，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，则交变电压的峰值不能超过电容器的耐压值。针对练习3、 一只氖管的起辉电压为50V ，把它接在u = 50sin314tV的交变电源上，在一个交变电压的周期内，氖管的发光时间为（ ）A0.02s B0.01sC0.015s D0.005s3、有效值：交变电流的有效值是根据电流的_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_相等，就把这一直流的数值叫做这

25、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：_，_对于非正弦交变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_。用电器上所标电压、电流值也是指_。在计算交变电流通过导体产生热量、热功以及确定保险丝的熔断电流时，只能用_。针对练习4、通过某电阻的周期性交变电流的图象如图所示。求该交变电流的有效值I。4、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。计算平均值切忌用算术平均法即求解。平均值不等于有效值。针对练习5、如图所示，求线圈由图示

26、位置转过60角的过程中，通过线圈某一横截面的电量。针对练习6、交流发电机转子有n匝线圈，每匝线圈所围面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，匀速转动的角速度为，线圈内电阻为r，外电路电阻为R。当线圈由图中实线位置匀速转动90到达虚线位置过程中，求：通过R的电荷量q为多少？R上产生电热QR为多少？外力做的功W为多少？专题二 感抗和容抗（统称电抗）1、感抗表示电感对交变电流的阻碍作用，其特点是“通直流，阻交流”、“通低频，阻高频”。2、容抗表示电容对交变电流的阻碍作用，其特点是“通交流，隔直流”、“通高频，阻低频”。针对练习7、 左右两个电路都是从左端输入信号，从右端输出信号。左图中输入的是高频、低频

27、混合的交流信号，要求只输出低频信号；右图中输入的是直流和低频交流的混合信号，要求只输出低频交流信号。那么C1、C2中哪个该用大电容？哪个该用小电容？C1C2针对练习8、对于如图所示的电路，下列说法正确的是（ ）A双刀双掷开关S接上部时，灯泡亮度较大B双刀双掷开关S接下部时，灯泡亮度较大C双刀双掷开关S接下部，同时将电感线圈的L的铁芯抽出，在抽出的过程中，灯泡亮度变大D双刀双掷开关S接下部，同时将电感线圈的L的铁芯抽出，在抽出的过程中，灯泡亮度变小专题三 理想变压器1理想变压器的电压变化规律为U1/U2_2输入输出功率关系：_3只有一个副线圈的理想变压器的电流变化规律I1/I2 _4变压器的 电

28、压决定 电压； 电流决定 电流； 功率决定 功率针对练习9、 理想变压器初级线圈和两个次级线圈的匝数分别为n1=1760匝、n2=288匝、n3=800 0匝，电源电压为U1=220V。n2上连接的灯泡的实际功率为36W，测得初级线圈的电流为I1=0.3A，求通过n3的负载R的电流I3。n2 Ln3 R220Vn1针对练习10、在变电站里，经常要用交流电表去监测电网上的强电流，所用的器材叫电流互感器。如下所示的四个图中，能正确反应其工作原理的是 （ ）针对练习11、如图所示，理想变压器的原、副线圈分别接有相同的白炽灯，原、副线圈的匝数比为n1n2=21，电源电压为U，求B灯两端的电压UB为多少

29、?针对练习12、如图，为一理想变压器，K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈两端的电压，I1为原线圈中的电流强度，则A.保持U1及P的位置不变，K由a合到b时，I1将增大B.保持U1及P的位置不变，K由b合到a时，R消耗的功率减小C.保持U1不变，K合在a处，使P上滑，I1将增大D.保持P的位置不变，K合在a处，若U1增大，I1将增大专题四 远距离输电远距离输电的示意图如图所示：包括发电机、两台变压器、输电线等效电阻和负载电阻。并按照规范在图中标出相应的物理量符号。一般设两个变压器的初、次级线圈的匝数分别为、n1、n1, n2、n2，相应的电压、电流、功率也应该采用相应的

30、符号来表示。从图中应该看出功率之间的关系是：P1=P1，P2=P2，P1=Pr=P2。电压之间的关系是：。电流之间的关系是：。可见其中电流之间的关系最简单，中只要知道一个，另两个总和它相等。因此求输电线上的电流往往是这类问题的突破口。输电线上的功率损失和电压损失也是需要特别注意的。分析和计算时都必须用，而不能用。针对练习13、在远距离输电时，要考虑尽量减少输电线上的功率损失。有一个坑口电站，输送的电功率为P=500kW，当使用U=5kV的电压输电时，测得安装在输电线路起点和终点处的两只电度表一昼夜示数相差4800度。求：这时的输电效率和输电线的总电阻r。若想使输电效率提高到98%，又不改变输电

31、线，那么电站应使用多高的电压向外输电？针对练习14、发电机输出功率为100 kW，输出电压是250 V，用户需要的电压是220V，输电线电阻为10 .若输电线中因发热而损失的功率为输送功率的4%，试求：（1）在输电线路中设置的升、降压变压器原副线圈的匝数比.（2）画出此输电线路的示意图.（3）用户得到的电功率是多少？针对练习15、学校有一台应急备用发电机，内阻为r=1，升压变压器匝数比为14，降压变压器的匝数比为41，输电线的总电阻为R=4，全校22个教室，每个教室用“220V，40W”的灯6盏，要求所有灯都正常发光，则：发电机的输出功率多大？发电机的电动势多大？输电线上损耗的电功率多大？R学后反思：