5.2描述交變電流的物理量

5.2描述交變電流的物理量

教學目標

1.知道交變電流的週期和頻率，知道頻率和角速度的關係．

2.知道交變電流和電壓的峯值、瞬時值、有效值及其關係，能利用有效值定義計算某些交變電流的有效值．

3.會用正弦交流電的有效值進行有關計算．

教學重難點

1．週期、頻率、峯值的概念．

2．有效值的概念和計算．

教學過程設計

一、 週期和頻率

提出問題：打點計時器是一種使用交流電源的計時儀器，打點計時器為什麼每隔0.02 s打一次點從而可以計時的？

點撥：當給電磁打點計時器的線圈通電後，線圈產生磁場，線圈中的振片被磁化，振片在永久磁鐵磁場的作用下向上或向下運動，由於交變電流的方向每個週期要變化兩次，因此振片被磁化後的磁極要發生變化，永久磁鐵對它的作用力的方向也要發生變化．所以，在交變電流的一個週期內打點一次，即每兩個點間的時間間隔等於交變電流的週期.

【類比學習】

學習圓周運動的時候，我們可以用很多物理量來描述圓周運動的快慢，現在我們可以借鑑其中幾個物理量來描述交變電流變化．閲讀課本P34～P35“週期和頻率”的內容，學習相關的知識.

1.週期：交變電流完成一次週期性變化所需的時間叫做交變電流的週期．通常用T表示.

2.頻率：交變電流在1 s內完成周期性變化的次數叫做交變電流的頻率．通常用f表示，單位是赫茲，簡稱赫，符號是Hz.

3.週期和頻率的關係：T＝或f＝.

【知識拓展】

(1)我國工農業生產和日常生活中用的交變電流週期是0.02 s，頻率是50 Hz，電流方向每秒鐘改變100次.

(2)交變電流的週期和頻率跟發電機轉子的角速度ω有關．在i＝Imaxsin ωt的表達式中，ω等於頻率的2π倍，即ω＝2πf.

二：峯值和有效值

【思考討論】

如圖所示是通過一個R＝1 Ω的電阻的電流i隨時間變化的曲線.

(1)計算通電1 s內電阻R產生的熱量？

(2)如果有一個恆定電流通過這個電阻R，也能在1 s內產生同樣的熱量，這個電流是多大？

思路點撥：

(1)由題圖可知，0～0.2 s內，電流大小為I1＝1 A，電阻R產生的熱量Q1＝IRt1＝0.2 J；0.2～0.5 s內，電流大小為I2＝2 A，電阻R產生的熱量Q2＝IRt2＝1.2 J；0.5～0.8 s內，電流大小為I3＝2 A，電阻R產生的熱量Q3＝IRt3＝1.2 J；0.8～1 s內，電流大小為I4＝1 A，電阻R產生的熱量Q4＝IRt4＝0.2 J；通電1 s內電阻R產生的熱量Q＝Q1＋Q2＋Q3＋Q4＝2.8 J.

(2)設產生相同熱量的恆定電流的大小為I，Q＝I2Rt＝2.8 J，則I＝1.7 A.

【自主學習】

引導學生閲讀課本P35“峯值和有效值”的內容，學習相關的知識.

1.交變電流的峯值Imax或Umax是一個週期內所能達到的最大數值，表示交變電流的強弱或電壓的高低.

2.有效值：讓交變電流與恆定電流通過相同的電阻，如果它們在一個週期內產生的熱量相等，把恆定電流的電流I、電壓U叫做這個交變電流的有效值.

3.正弦式交變電流的有效值與峯值的關係：I＝＝0.707Imax，U＝＝0.707Umax.

［強調］

（1）各種使用交變電流的電器設備上所示值為有效值。

（2）交變電流表（電壓表或電流表）所測值為有效值。

（3）計算交變電流的功、功率、熱量等用有效值。

三：相位

【課件展示】

利用多媒體課件展示兩支交變電流的電壓與時間關係的圖象.

問題：

(1)兩支交變電流的週期、峯值相同嗎？它們有什麼不同？

(2)圖象甲的交變電流的瞬時電壓與時間的關係式是什麼？

答案點撥：

(1)兩交變電流的週期和峯值都相同，它們的瞬時電壓達到峯值的時間不同.

(2)u甲＝Emaxsin ωt.

【自主學習】

引導學生閲讀課本P36“相位”的內容，學習有關的知識.

1.正弦符號“sin”後面的量“ωt＋φ”叫做交變電流的相位，φ是t＝0時的相位，叫做交變電流的初相位.

2.兩支交流的相位之差叫做它們的相位差.

3.如果兩支交變電流的頻率相同，但初相位不同，即u1＝Emaxsin (ωt＋φ1)，u2＝Emaxsin (ωt＋φ2)，那麼相位差等於φ2－φ1，是個常數.

四：課堂小練

P36頁第4題

板書設計

2 描述交變電流的物理量

一、週期和頻率

1.週期：交變電流完成一次週期性變化所需的時間叫做交變電流的週期,通常用T表示

2.頻率：交變電流在1 s內完成周期性變化的次數叫做交變電流的頻率通常用f表示，單位是赫茲，簡稱赫，符號是Hz

3.週期和頻率的關係：T＝或

二、峯值和有效值

1.交變電流的峯值Imax或Umax是一個週期內所能達到的最大數值，表示交變電流的強弱或電壓的高低

2.有效值：讓交變電流與恆定電流通過相同的電阻，如果它們在一個週期內產生的熱量相等，把恆定電流的電流I、電壓U叫做這個交變電流的有效值

3.有效值與峯值的關係：I＝＝0.707Imax，U＝＝0.707Umax

三、相位

1.正弦符號“sin”後面的量“ωt＋φ”叫做交變電流的相位，φ是t＝0時的相位，叫做交變電流的初相位

2.兩支交流的相位之差叫做它們的相位差

5.2描述交變電流的物理量

教學目標

1.知道交變電流的週期和頻率，知道頻率和角速度的關係．

2.知道交變電流和電壓的峯值、瞬時值、有效值及其關係，能利用有效值定義計算某些交變電流的有效值．

3.會用正弦交流電的有效值進行有關計算．

教學重難點

1．週期、頻率、峯值的概念．

2．有效值的概念和計算．

教學過程設計

一、 週期和頻率

提出問題：打點計時器是一種使用交流電源的計時儀器，打點計時器為什麼每隔0.02 s打一次點從而可以計時的？

點撥：當給電磁打點計時器的線圈通電後，線圈產生磁場，線圈中的振片被磁化，振片在永久磁鐵磁場的作用下向上或向下運動，由於交變電流的方向每個週期要變化兩次，因此振片被磁化後的磁極要發生變化，永久磁鐵對它的作用力的方向也要發生變化．所以，在交變電流的一個週期內打點一次，即每兩個點間的時間間隔等於交變電流的週期.

【類比學習】

學習圓周運動的時候，我們可以用很多物理量來描述圓周運動的快慢，現在我們可以借鑑其中幾個物理量來描述交變電流變化．閲讀課本P34～P35“週期和頻率”的內容，學習相關的知識.

1.週期：交變電流完成一次週期性變化所需的時間叫做交變電流的週期．通常用T表示.

2.頻率：交變電流在1 s內完成周期性變化的次數叫做交變電流的頻率．通常用f表示，單位是赫茲，簡稱赫，符號是Hz.

3.週期和頻率的關係：T＝或f＝.

【知識拓展】

(1)我國工農業生產和日常生活中用的交變電流週期是0.02 s，頻率是50 Hz，電流方向每秒鐘改變100次.

(2)交變電流的週期和頻率跟發電機轉子的角速度ω有關．在i＝Imaxsin ωt的表達式中，ω等於頻率的2π倍，即ω＝2πf.

二：峯值和有效值

【思考討論】

如圖所示是通過一個R＝1 Ω的電阻的電流i隨時間變化的曲線.

(1)計算通電1 s內電阻R產生的熱量？

(2)如果有一個恆定電流通過這個電阻R，也能在1 s內產生同樣的熱量，這個電流是多大？

思路點撥：

(1)由題圖可知，0～0.2 s內，電流大小為I1＝1 A，電阻R產生的熱量Q1＝IRt1＝0.2 J；0.2～0.5 s內，電流大小為I2＝2 A，電阻R產生的熱量Q2＝IRt2＝1.2 J；0.5～0.8 s內，電流大小為I3＝2 A，電阻R產生的熱量Q3＝IRt3＝1.2 J；0.8～1 s內，電流大小為I4＝1 A，電阻R產生的熱量Q4＝IRt4＝0.2 J；通電1 s內電阻R產生的熱量Q＝Q1＋Q2＋Q3＋Q4＝2.8 J.

(2)設產生相同熱量的恆定電流的大小為I，Q＝I2Rt＝2.8 J，則I＝1.7 A.

【自主學習】

引導學生閲讀課本P35“峯值和有效值”的內容，學習相關的知識.

1.交變電流的峯值Imax或Umax是一個週期內所能達到的最大數值，表示交變電流的強弱或電壓的高低.

2.有效值：讓交變電流與恆定電流通過相同的電阻，如果它們在一個週期內產生的熱量相等，把恆定電流的電流I、電壓U叫做這個交變電流的有效值.

3.正弦式交變電流的有效值與峯值的關係：I＝＝0.707Imax，U＝＝0.707Umax.

［強調］

（1）各種使用交變電流的電器設備上所示值為有效值。

（2）交變電流表（電壓表或電流表）所測值為有效值。

（3）計算交變電流的功、功率、熱量等用有效值。

三：相位

【課件展示】

利用多媒體課件展示兩支交變電流的電壓與時間關係的圖象.

問題：

(1)兩支交變電流的週期、峯值相同嗎？它們有什麼不同？

(2)圖象甲的交變電流的瞬時電壓與時間的關係式是什麼？

答案點撥：

(1)兩交變電流的週期和峯值都相同，它們的瞬時電壓達到峯值的時間不同.

(2)u甲＝Emaxsin ωt.

【自主學習】

引導學生閲讀課本P36“相位”的內容，學習有關的知識.

1.正弦符號“sin”後面的量“ωt＋φ”叫做交變電流的相位，φ是t＝0時的相位，叫做交變電流的初相位.

2.兩支交流的相位之差叫做它們的相位差.

3.如果兩支交變電流的頻率相同，但初相位不同，即u1＝Emaxsin (ωt＋φ1)，u2＝Emaxsin (ωt＋φ2)，那麼相位差等於φ2－φ1，是個常數.

四：課堂小練

P36頁第4題

板書設計

2 描述交變電流的物理量

一、週期和頻率

1.週期：交變電流完成一次週期性變化所需的時間叫做交變電流的週期,通常用T表示

2.頻率：交變電流在1 s內完成周期性變化的次數叫做交變電流的頻率通常用f表示，單位是赫茲，簡稱赫，符號是Hz

3.週期和頻率的關係：T＝或

二、峯值和有效值

1.交變電流的峯值Imax或Umax是一個週期內所能達到的最大數值，表示交變電流的強弱或電壓的高低

2.有效值：讓交變電流與恆定電流通過相同的電阻，如果它們在一個週期內產生的熱量相等，把恆定電流的電流I、電壓U叫做這個交變電流的有效值

3.有效值與峯值的關係：I＝＝0.707Imax，U＝＝0.707Umax

三、相位

1.正弦符號“sin”後面的量“ωt＋φ”叫做交變電流的相位，φ是t＝0時的相位，叫做交變電流的初相位

2.兩支交流的相位之差叫做它們的相位差