1 交變電流2 描述交變電流的物理量 習題課 交變電流的產(chǎn)生及描述3電感和電容對交變電流的影響4變壓器 第五章交變電流 5電能的輸送本章總結(jié)提升 第五章交變電流 第五章交變電流 1交變電流 1交變電流 1交變電流 三維目標 三維目標 知識與技能 1 使學生理解交變電流的產(chǎn)生原理 知道什么是中性面 2 理解交變電流的瞬時值和最大值及中性面的準確含義 1交變電流 三維目標 過程與方法 1 掌握描述物理量的三種基本方法 文字法 公式法 圖像法 2 培養(yǎng)學生運用數(shù)學知識解決物理問題的能力 1交變電流 三維目標 情感 態(tài)度與價值觀 培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的思想 1交變電流 重點難點 重點難點 重點 交變電流產(chǎn)生的物理過程的分析 難點 交變電流的變化規(guī)律及應(yīng)用 1交變電流 教學建議 教學建議 1 交流電與直流電有許多相似之處 也有許多不同之處 學習中我們特別要注意的是交流電與直流電的不同之處 即交流電的特殊之處 這既是學習 了解交流電的關(guān)鍵 也是學習 研究新知識的重要方法 在與已知的知識做對比中學習和掌握新知識特點的方法 是物理課學習中很有效 很常用的方法 在學習交變電流之前 應(yīng)幫助學生理解直流電和交流電的區(qū)別 其區(qū)別的關(guān)鍵是電流方向是否隨時間變化 同時給出了恒定電流的定義 大小和方向均不隨時間變化 1交變電流 教學建議 2 對于交變電流的產(chǎn)生 課本采取由感性到理性 由定性到定量 逐步深入的講述方法 為了有利于學生理解和掌握 教學中要盡可能用示波器或模型配合講解 教學中應(yīng)注意讓學生觀察教材中的線圈通過4個特殊位置時電表指針的變化情況 分析電動勢和電流方向的變化 使學生對線圈轉(zhuǎn)動一周中電動勢和電流的變化有比較清楚的了解 有條件的 還可以要求學生運用已學過的知識 自己進行分析和判斷 1交變電流 教學建議 3 用圖像表示交變電流的變化規(guī)律 是一種重要方法 它形象 直觀 學生易于接受 要使學生在已有的圖像知識的基礎(chǔ)上較好地掌握這種表述方法 更要讓學生知道 交變電流有許多種 正弦電流只是其中簡單的一種 課本中用圖示的方法介紹了常見的幾種交變電流 以開闊學生思路 但不要求引伸 1交變電流 教學建議 4 在這一節(jié)中學生要第一次接受許多新名詞 如交變電流 正弦電流 中性面 瞬時值 最大值 以及下一節(jié)的有效值 等等 要讓學生明白這些名詞的準確含義 特別是對中性面的理解 要讓學生明確 中性面是指與磁場方向垂直的平面 當線圈位于中性面時 線圈中感應(yīng)電動勢為零 線圈轉(zhuǎn)動過程中通過中性面時 感應(yīng)電動勢方向要改變 1交變電流 教學建議 5 課本上介紹的交變電流的產(chǎn)生 實際上是正弦交流電的產(chǎn)生 以矩形線框在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動為模型 以線框通過中性面為計時起點 得到電動勢隨時間滿足正弦變化的交變電流 這里可以明確指出 電動勢的最大值由線框的匝數(shù) 線框面積 轉(zhuǎn)動角速度和磁感應(yīng)強度共同決定 1交變電流 教學建議 6 課本將線框的位置與產(chǎn)生的電動勢對應(yīng)起來 意圖是幫助學生建立起鮮明的形象 把物理過程和描述它的物理量對應(yīng)起來 教師可以通過一些問題的提出 幫助學生理解有關(guān)內(nèi)容 例如 如果在線框轉(zhuǎn)到線框平面與磁感線平行時開始計時 它產(chǎn)生的電動勢隨時間變化的圖像應(yīng)是什么樣的 1交變電流 新課導入 導入一 1831年法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象 為人類進入電氣化時代打開了大門 今天我們使用的電燈 微波爐等家用電器中的交流電是怎樣產(chǎn)生的并且怎樣送到我們的家庭中來的呢 這就是這一章要學習的主要內(nèi)容 先看 交變電流的產(chǎn)生 新課導入 1交變電流 新課導入 導入二 情境導入利用電壓傳感器 或電流傳感器 可以在熒光屏上繪出電壓 或電流 隨時間變化的圖像 這種大小和方向都隨時間周期性變化的電流 叫作交變電流 那么 交變電流是怎樣產(chǎn)生的 它和我們前面學習的電磁感應(yīng)現(xiàn)象有什么關(guān)系 這些將是我們這一節(jié)要研究的問題 1交變電流 知識必備 知識必備 知識點一交變電流定義 和 都隨時間做周期性變化的電流叫作交變電流 簡稱交流 AC 不隨時間變化的電流稱為直流 DC 都不隨時間變化的電流稱為恒定電流 大小 方向 方向 大小和方向 1交變電流 知識必備 知識點二交變電流產(chǎn)生原理1 正弦式交變電流產(chǎn)生的方法 線圈在 磁場中繞 于磁感線的軸 轉(zhuǎn)動 2 交變電流的變化規(guī)律 1 正弦式交變電流 按 規(guī)律變化的交變電流叫作正弦式交變電流 其電動勢瞬時值表達式為e 2 當正弦式交變電流的負載為燈泡等用電器時 負載兩端的電壓u 流過的電流i也按 變化 即u i 勻強 垂直 勻速 正弦 Emsin t 正弦規(guī)律 Umsin t Imsin t 1交變電流 學習互動 學習互動 考點一交變電流的產(chǎn)生 想一想 1 閱讀教材中的 做一做 回答問題 當線圈快速轉(zhuǎn)動時 我們能觀察到兩個二極管交替閃爍 這說明了什么 2 分析教材中交流發(fā)電機的示意圖 回答下列問題 1 請分析線圈轉(zhuǎn)動一周的過程中 線圈中的電流方向的變化情況 2 線圈轉(zhuǎn)動過程中 當產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢有最大值和最小值時線圈分別在什么位置 答案 1 手搖發(fā)電機產(chǎn)生的電流方向在周期性變化 2 1 2 線圈轉(zhuǎn)到乙 丁瞬間 AB邊與CD邊都垂直切割磁感線 產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大 轉(zhuǎn)到甲 丙瞬間 AB邊與CD邊不切割磁感線 此時感應(yīng)電動勢最小 1交變電流 學習互動 1交變電流 學習互動 要點總結(jié) 1 中性面 與磁感線 時的平面 2 當線圈平面位于中性面時 線圈中的磁通量 線圈中的電流 且線圈平面經(jīng)過中性面時 電流方向就發(fā)生 故線圈轉(zhuǎn)動一周電流方向改變 垂直 最大 為零 改變 兩次 1交變電流 學習互動 例1 多選 矩形線框繞垂直于勻強磁場且在線框平面的軸勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生了交變電流 下列說法正確的是 A 當線框位于中性面時 線框中感應(yīng)電動勢最大B 當穿過線框的磁通量為零時 線框中的感應(yīng)電動勢也為零C 每當線框經(jīng)過中性面時 感應(yīng)電流方向就改變一次D 線框經(jīng)過中性面時 各邊切割磁感線的速度為零 1交變電流 學習互動 CD 解析 線框位于中性面時 線框平面與磁感線垂直 穿過線框的磁通量最大 但此時切割磁感線的兩邊的速度與磁感線平行 即不切割磁感線 所以感應(yīng)電動勢等于零 即此時穿過線框的磁通量的變化率等于零 感應(yīng)電流的方向在此時改變 線框垂直于中性面時 穿過線框的磁通量為零 但切割磁感線的兩邊都是垂直切割 有效切割速度最大 所以感應(yīng)電動勢最大 也可以說此時穿過線框的磁通量的變化率最大 C D選項正確 1交變電流 學習互動 考點二交變電流的變化規(guī)律 想一想 如圖5 1 1所示 線圈平面從中性面開始轉(zhuǎn)動 角速度為 經(jīng)過時間t 線圈轉(zhuǎn)過的角度是 t ab邊的線速度v的方向跟磁感線方向間的夾角也等于 t 設(shè)ab邊長為L1 bc邊長為L2 線圈面積S L1L2 磁感應(yīng)強度為B 則 圖5 1 1 1交變電流 學習互動 1 ab邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為多大 2 整個線圈中的感應(yīng)電動勢為多大 3 若線圈有N匝 則整個線圈的感應(yīng)電動勢為多大 1交變電流 學習互動 1交變電流 學習互動 要點總結(jié) 1 若線圈從中性面開始計時 則感應(yīng)電動勢e 若線圈從位于與中性面垂直的位置開始計時 則感應(yīng)電動勢e 故感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式與 有關(guān) 2 交變電流的電動勢的峰值Em 開始計時的位置 Emsin t Emcos t NBS 1交變電流 學習互動 例2有一個10匝正方形線框 邊長為20cm 線框總電阻為1 線框繞OO 軸以10 rad s的角速度勻速轉(zhuǎn)動 如圖5 1 2所示 垂直于線框平面向里的勻強磁場的磁感應(yīng)強度為0 5T OO 軸垂直于磁場方向 圖5 1 2 1交變電流 學習互動 1 該線框產(chǎn)生的交變電流的電動勢最大值 電流最大值分別是多少 2 線框從圖示位置轉(zhuǎn)過60 時 感應(yīng)電動勢的瞬時值是多大 3 寫出感應(yīng)電動勢隨時間變化的表達式 從圖示位置開始計時 1交變電流 學習互動 1交變電流 學習互動 考點三交變電流的圖像 想一想 正弦式交變電流的圖像一定是正弦曲線嗎 1交變電流 學習互動 答案 不一定 根據(jù)計時起點不同 它也可能是余弦曲線 1交變電流 學習互動 要點總結(jié) 1 正弦式交變電流的圖像是 或 曲線 2 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律和有關(guān)數(shù)學知識 線圈中感應(yīng)電流 電動勢 的變化和磁通量的變化可互相推知 正弦 余弦 1交變電流 學習互動 例3處在勻強磁場中的矩形線圈abcd以恒定的角速度繞ab邊轉(zhuǎn)動 磁場方向平行于紙面并與ab邊垂直 在t 0時刻 線圈平面與紙面重合 如圖5 1 3所示 線圈的cd邊離開紙面向外運動 若規(guī)定沿a b c d a方向的感應(yīng)電流為正 則圖5 1 4中能反映線圈中感應(yīng)電流i隨時間t變化的圖像是 圖5 1 4 1交變電流 學習互動 圖5 1 5 1交變電流 學習互動 C 解析 線圈在磁場中從圖示位置開始勻速轉(zhuǎn)動時可以產(chǎn)生按余弦規(guī)律變化的交流電 對于圖示起始時刻 線圈的cd邊離開紙面向紙外運動 速度方向和磁場方向垂直 產(chǎn)生的電動勢的瞬時值最大 用右手定則判斷出電流方向為逆時針方向 與規(guī)定的正方向相同 所以C對 1交變電流 備用習題 備用習題 1 多選 如圖所示的圖像中屬于交流電的有 1交變電流 備用習題 ABC 解析 根據(jù)交變電流的定義知 是否屬于交變電流關(guān)鍵是看電流方向是否發(fā)生變化 而不是看電流大小 1交變電流 備用習題 2 多選 如圖所示 矩形線圈abcd放在勻強磁場中 ad bc l1 ab cd l2 從圖示位置起該線圈以角速度 繞不同轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動 則 1交變電流 備用習題 1交變電流 備用習題 CD 解析 以O(shè)1O1 為軸轉(zhuǎn)動時 磁通量不變 不產(chǎn)生交變電流 無論以O(shè)O 為軸還是以ab為軸轉(zhuǎn)動 感應(yīng)電動勢的最大值都是Bl1l2 由于是從與磁場平行的面開始計時 故產(chǎn)生的是余弦式交變電流 C D正確 1交變電流 備用習題 3 有一個正方形線圈 匝數(shù)為10匝 邊長為20cm 線圈總電阻為1 線圈繞OO 軸以10 rad s的角速度勻速轉(zhuǎn)動 如圖所示 勻強磁場的磁感應(yīng)強度為0 5T 問 1交變電流 備用習題 1 該線圈產(chǎn)生的交變電流電動勢的峰值 電流的峰值分別是多少 2 若從中性面位置開始計時 寫出感應(yīng)電動勢隨時間變化的表達式 3 線圈從中性面位置開始轉(zhuǎn)過30 時 感應(yīng)電動勢的瞬時值是多大 1交變電流 備用習題 1交變電流 備用習題 4 線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動 產(chǎn)生交變電流的圖像如圖所示 由圖中信息可以判斷 1交變電流 備用習題 A 在A和C時刻線圈處于中性面位置B 在B和D時刻穿過線圈的磁通量為零C 從A D過程線圈轉(zhuǎn)過的角度為2 D 若從O D過程歷時0 02s 則在1s內(nèi)交變電流的方向改變100次 1交變電流 備用習題 1交變電流 備用習題 1交變電流 備用習題 A 線圈中的電流最大B 穿過線圈的磁通量為零C 線圈所受的安培力為零D 線圈中的電流為零 1交變電流 備用習題 1交變電流 自我檢測 自我檢測 1 交變電流的產(chǎn)生 圖5 1 5為演示交變電流產(chǎn)生的裝置圖 關(guān)于這個實驗 說法正確的是 圖5 1 5 1交變電流 自我檢測 A 線圈每轉(zhuǎn)動一周 電流方向改變一次B 圖示位置為中性面 線圈中無感應(yīng)電流C 圖示位置ab邊的感應(yīng)電流方向為a bD 線圈平面與磁場方向平行時 磁通量變化率為零 1交變電流 自我檢測 C 解析 線圈在磁場中勻速轉(zhuǎn)動時 在電路中產(chǎn)生周期性變化的交變電流 線圈經(jīng)過中性面時電流改變方向 線圈每轉(zhuǎn)動一周 有兩次通過中性面 電流方向改變兩次 線圈處于圖示位置時 ab邊向右運動 由右手定則 ab邊的感應(yīng)電流方向為a b 線圈平面與磁場方向平行時 ab cd邊垂直切割磁感線 線圈產(chǎn)生的電動勢最大 也可以這樣認為 線圈處于豎直位置時 磁通量為零 但磁通量的變化率最大 只有C正確 1交變電流 自我檢測 1交變電流 自我檢測 答案 D 1交變電流 自我檢測 3 交變電流的圖像 線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生交變電流的圖像如圖5 1 6所示 由圖像可知 圖5 1 6 1交變電流 自我檢測 A 在t1 t3時刻線圈處于中性面位置B 在t2 t4時刻穿過線圈的磁通量為零C 從t1時刻到t4時刻線圈轉(zhuǎn)過的角度為 D 若從0時刻到t4時刻經(jīng)過0 02s 則在1s內(nèi)交流電的方向改變100次 1交變電流 自我檢測 D 解析 t1 t3時刻感應(yīng)電流最大 線圈位置與中性面垂直 t2 t4時刻感應(yīng)電流為零 線圈在中性面 磁通量最大 從t1時刻到t4時刻線圈轉(zhuǎn)過的角度為 從0時刻到t4時刻經(jīng)過0 02s 線圈轉(zhuǎn)動周期T 0 02s 在1s內(nèi)交流電的方向改變100次 D正確 2描述交變電流的物理量 2描述交變電流的物理量 2描述交變電流的物理量 三維目標 三維目標 知識與技能 1 知道交變電流和電壓的最大值 瞬時值 有效值等及其關(guān)系 2 知道交變電流的周期和頻率 以及它們之間的關(guān)系 3 知道我國供電線路交變電流的周期和頻率 2描述交變電流的物理量 三維目標 過程與方法 1 用等效的方法得出描述交變電流的有效值 2 通過演示實驗和例題分析使學生正確理解并掌握有效值 最大值的概念 3 學會觀察實驗 分析圖像 由感性認識到理性思考的思維方式 2描述交變電流的物理量 三維目標 情感 態(tài)度與價值觀 通過對描述交變電流的物理量的學習 體會描述復(fù)雜事物的復(fù)雜性 樹立科學 嚴謹?shù)膶W習和認識事物的態(tài)度 2描述交變電流的物理量 重點難點 重點難點 重點 有效值的概念和計算 難點 有效值的概念和計算 2描述交變電流的物理量 教學建議 教學建議 1 要讓學生知道 由于交變電流的電壓 電流等的大小和方向都隨時間做周期性變化 就需要多一些物理量來描述它不同方面的特性 如 周期和頻率表示交變電流周期性變化的快慢 最大值表明交變電流在變化過程中所能達到的最大數(shù)值 反映了交變電流的變化范圍 2描述交變電流的物理量 教學建議 2 交變電流的有效值表示交變電流產(chǎn)生的平均效果 是教學的重點 也是教學的難點 首先要使學生明白引入有效值的必要 由于交變電流的大小和方向隨時間變化 它產(chǎn)生的效果也隨時間而變化 而實用中常常只要知道它的平均效果就可以了 為此引入有效值的概念 進而讓學生知道怎樣衡量交變電流的平均效果 即用與交變電流有相同熱效應(yīng)的直流來表示交變電流的平均效果 從而明確有效值的物理意義 2描述交變電流的物理量 教學建議 3 要讓學生知道 提到交變電流的電壓 電流 電動勢時 如果不加特別說明 通常指的都是交變電流的有效值 電表測量的數(shù)值 也都是有效值 正弦電流的有效值和最大值的關(guān)系 課本中是直接給出的 不要求證明 它十分有用 應(yīng)要求學生記住 還要讓學生明確地知道 這一關(guān)系只對正弦式電流成立 對其他波形的交變電流并不成立 2描述交變電流的物理量 新課導入 新課導入 導入一 上節(jié)課講了矩形線圈在勻強磁場中轉(zhuǎn)動 在線框中產(chǎn)生了正弦交流電 師問 如何描述它 生答 1 公式法 從中性面開始計時 得出瞬時電動勢e Emsin t 其中Em NBS 瞬時電流i Imsin t 瞬時電壓u Umsin t 2描述交變電流的物理量 新課導入 2 圖像法 如圖所示 2描述交變電流的物理量 新課導入 教師指出 交變電流的大小和方向都隨時間做周期性變化 只用電壓 電流描述不全面 下面學習描述交變電流特征的其他物理量 2描述交變電流的物理量 新課導入 導入二 情景導入我們家庭用的交流用電器銘牌上標稱的 額定電壓 220V 頻率 50Hz 額定功率 1000W 等是怎么回事 有什么意義 這就是我們這一節(jié)將要研究的內(nèi)容 2描述交變電流的物理量 知識必備 知識必備 1 交變電流完成 所需的時間叫周期 單位是秒 周期越大 交變電流變化越慢 在一個周期內(nèi) 電流的方向變化 交變電流在1s內(nèi)完成 叫頻率 單位是赫茲 簡稱赫 符號為Hz 頻率越大 交變電流變化 周期T與頻率f的關(guān)系為 或 2 交變電流的有效值根據(jù) 來規(guī)定 即讓交變電流和恒定電流分別通過 如果在 它們產(chǎn)生的 相等 就把這一恒定電流的數(shù)值叫作這一交變電流的有效值 兩次 一次周期性變化 越快 周期性變化的次數(shù) 交流的一個周期內(nèi) 電流的熱效應(yīng) 大小相同的電阻 熱量 2描述交變電流的物理量 知識必備 3 在正弦式交變電流中 最大值與有效值之間的關(guān)系為E U I 4 交變電流u Umsin t 中的 叫交變電流的相位 t 0時交變電流的相位為 是交變電流的 兩支交變電流的相位之差叫它們的 頻率相同的兩交流電相位差為 相位差 初相位 t 常數(shù) 0 707Em 0 707Um 0 707Im 2描述交變電流的物理量 學習互動 學習互動 考點一交變電流的周期和頻率 想一想 請同學們閱讀教材 回答下列問題 1 什么叫交變電流的周期 什么叫交變電流的頻率 2 頻率和周期之間的關(guān)系是什么 2描述交變電流的物理量 學習互動 2描述交變電流的物理量 學習互動 要點總結(jié) 1 交變電流完成一次 所需的時間叫交變電流的周期 用T表示 交變電流在1s內(nèi)完成周期性變化的 叫交變電流的頻率 用符號f表示 且周期和頻率 2 我國電網(wǎng)使用的交變電流頻率f Hz 周期T s 周期性變化 次數(shù) 互為倒數(shù) 50 0 02 2描述交變電流的物理量 學習互動 例1一個正弦交變電流圖像如圖5 2 1所示 由圖像可知其周期T 頻率f 圖5 2 1 2描述交變電流的物理量 學習互動 0 02s50Hz 解析 由題圖可以較容易地看出T 0 02s 則f 50Hz 2描述交變電流的物理量 學習互動 考點二峰值和有效值 想一想 如圖5 2 2所示 已知電源電動勢E 32V 內(nèi)阻r 1 R1 11 R2 4 電容器規(guī)格為 10V500 F 閉合開關(guān) 圖5 2 2 2描述交變電流的物理量 學習互動 1 判斷電容器是否會被擊穿 2 計算1min內(nèi)電阻R1上產(chǎn)生的熱量 3 若供電電源為交變電流e 32sin100 t V 內(nèi)阻仍為1 則 1 2 兩問題的結(jié)論變化嗎 2描述交變電流的物理量 學習互動 2描述交變電流的物理量 學習互動 要點總結(jié) 1 交變電流的電壓 電流能達到的 叫峰值 若交流電接入純電阻電路中 則電流及外電阻兩端的電壓的最大值仍然可以用閉合電路歐姆定律來確定 即Im Um 2 使用交變電流的用電器 其最大耐壓值應(yīng)大于其使用的交流電壓的 最大數(shù)值 最大值 ImR 2描述交變電流的物理量 學習互動 3 確定交變電流有效值的依據(jù)是 4 在正弦式交變電流中 最大值與有效值之間的關(guān)系為 E U I 0 707Um 0 707Im 0 707Em 電流的熱效應(yīng) 2描述交變電流的物理量 學習互動 例2圖5 2 3表示一交變電流隨時間的變化圖像 其中電流正值為正弦曲線的正半周 則該交流電的有效值為多少 圖5 2 3 2描述交變電流的物理量 學習互動 2描述交變電流的物理量 學習互動 2描述交變電流的物理量 學習互動 2描述交變電流的物理量 學習互動 要點總結(jié) 1 求電荷量時要用交變電流的平均值 2 求電功 電功率時用交變電流的有效值 2描述交變電流的物理量 學習互動 例3如圖5 2 4所示 矩形線圈的匝數(shù)為N 面積為S 電阻為R 在水平向右的磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中繞垂直于磁場方向的轉(zhuǎn)軸以角速度 勻速轉(zhuǎn)動 在圖示位置線圈平面與磁場平行 線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過60 角的過程中 求通過線圈某一橫截面的電荷量 圖5 2 4 2描述交變電流的物理量 學習互動 2描述交變電流的物理量 備用習題 1 一正弦交流電的電壓隨時間變化的規(guī)律如圖所示 由圖可知 備用習題 2描述交變電流的物理量 備用習題 A 該交流電的電壓的有效值為100VB 該交流電的頻率為25HzC 該交流電壓瞬時值的表達式為u 100sin25tVD 并聯(lián)在該電壓兩端的電壓表指針不停擺動 2描述交變電流的物理量 備用習題 B 解析 根據(jù)圖像可知 該交流電的電壓的最大值為100V 周期為4 10 2s 所以頻率為25Hz A錯誤 B正確 因 2 f 50 rad s 所以u 100sin50 t V C錯誤 交流電壓表的示數(shù)為交流電的有效值而不是瞬時值 不隨時間變化 D錯誤 2描述交變電流的物理量 備用習題 2 一臺小型發(fā)電機產(chǎn)生的電動勢隨時間變化的正弦規(guī)律圖像如圖甲所示 已知發(fā)電機線圈內(nèi)阻為5 0 外接一只電阻為95 0 的燈泡 如圖乙所示 則 2描述交變電流的物理量 備用習題 A 電壓表的示數(shù)為220VB 電路中的電流方向每秒鐘改變50次C 燈泡實際消耗的功率為484WD 發(fā)電機線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱為24 2J 2描述交變電流的物理量 備用習題 2描述交變電流的物理量 備用習題 2描述交變電流的物理量 備用習題 2描述交變電流的物理量 備用習題 4 在方向水平的勻強磁場中 一正方形閉合線圈繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動 已知線圈的匝數(shù)為n 100匝 邊長為20cm 電阻為10 轉(zhuǎn)動頻率f 50Hz 磁場的磁感應(yīng)強度為0 5T 1 求外力驅(qū)動線圈轉(zhuǎn)動的功率 2 轉(zhuǎn)至線圈平面與中性面的夾角為30 時 求線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢及感應(yīng)電流的大小 3 線圈由中性面轉(zhuǎn)至與中性面成30 夾角的過程中 求通過線圈橫截面的電荷量 2描述交變電流的物理量 備用習題 2描述交變電流的物理量 備用習題 2描述交變電流的物理量 自我檢測 1 交變電流的周期和頻率 圖5 2 5是一個正弦式交變電流的圖像 下列說法正確的是 自我檢測 圖5 2 5 2描述交變電流的物理量 自我檢測 A 周期是0 2s 電流的峰值是10AB 周期是0 15s 電流的峰值是10AC 頻率是5Hz 電流的有效值是10AD 頻率是0 2Hz 電流的有效值是7 07A 2描述交變電流的物理量 自我檢測 2描述交變電流的物理量 自我檢測 2 峰值和有效值 多選 圖5 2 6是某種正弦式交變電壓的波形圖 由圖可確定該電壓的 圖5 2 6 2描述交變電流的物理量 自我檢測 A 周期是0 01sB 最大值是311VC 有效值是220VD 瞬時值表達式為u 220sin100 t V 2描述交變電流的物理量 自我檢測 2描述交變電流的物理量 自我檢測 3 交變電流的平均值和有效值的區(qū)別 如圖5 2 7所示 矩形線圈面積為S 匝數(shù)為N 線圈電阻為r 在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中繞垂直于磁場方向的OO 軸以角速度 勻速轉(zhuǎn)動 外電路電阻為R 當線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過90 的過程中 求 圖5 2 7 2描述交變電流的物理量 自我檢測 1 通過電阻R的電荷量q 2 電阻R上所產(chǎn)生的熱量Q 2描述交變電流的物理量 自我檢測 習題課 交變電流的產(chǎn)生及描述 習題課 交變電流的產(chǎn)生及描述 習題課 交變電流的產(chǎn)生及描述 知識必備 知識必備 1 線圈在 磁場中繞 于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生正弦式交變電流 瞬時值表達式e 從中性面開始計時 2 交變電流的最大值Em 即最大值由線圈匝數(shù)n 轉(zhuǎn)動角速度 及 決定 與 轉(zhuǎn)軸的位置無關(guān) 垂直 勻強 NBS Emsin t 線圈的形狀 磁感應(yīng)強度B 線圈面積S 習題課 交變電流的產(chǎn)生及描述 知識必備 3 線圈在轉(zhuǎn)動過程中的平均電動勢要用 計算 即E 4 正弦交流電的有效值U I 其他非正弦交流電的有效值根據(jù) 求解 電流的熱效應(yīng) 法拉第電磁感應(yīng)定律 習題課 交變電流的產(chǎn)生及描述 學習互動 學習互動 考點一交變電流瞬時值表達式的應(yīng)用n匝橫截面積為S的線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的轉(zhuǎn)軸以角速度 轉(zhuǎn)動 若從中性面開始計時 則e Emsin t 若從垂直于中性面位置開始計時 則e Emcos t 其中Em nBS 習題課 交變電流的產(chǎn)生及描述 學習互動 習題課 交變電流的產(chǎn)生及描述 學習互動 習題課 交變電流的產(chǎn)生及描述 學習互動 習題課 交變電流的產(chǎn)生及描述 學習互動 考點二交變電流的圖像正弦交流電的圖像是一條正弦曲線 從圖像中可以得到以下信息 1 交變電流的最大值Im Em 周期T 2 可確定線圈位于中性面的時刻 也可確定線圈平行于磁感線的時刻 3 判斷線圈中磁通量的變化情況 4 分析判斷i e隨時間變化的規(guī)律 習題課 交變電流的產(chǎn)生及描述 學習互動 例2將阻值為5 的電阻接到內(nèi)阻不計的交流電源上 電源電動勢隨時間變化的規(guī)律如圖X 4 2所示 下列說法正確的是 圖X 4 2 習題課 交變電流的產(chǎn)生及描述 學習互動 習題課 交變電流的產(chǎn)生及描述 學習互動 習題課 交變電流的產(chǎn)生及描述 學習互動 考點三交變電流有效值的計算計算交變電流的有效值一般有以下兩種情況 1 對于按正 余 弦規(guī)律變化的電流 可先根據(jù)Em nBS 求出其最大值 然后根據(jù)E 求出其有效值 則有關(guān)電功 電功率的計算及各種交流儀表讀數(shù)等相應(yīng)的問題可得到解決 2 當電流按非正 余 弦規(guī)律變化時 必須根據(jù)電流的熱效應(yīng)求解 且時間一般取一個周期 習題課 交變電流的產(chǎn)生及描述 學習互動 例3有兩個完全相同的電熱器 分別通以如圖X 4 3甲和乙所示的峰值相等的方波交變電流和正弦交變電流 求這兩個電熱器的電功率之比 圖X 4 3 習題課 交變電流的產(chǎn)生及描述 學習互動 習題課 交變電流的產(chǎn)生及描述 學習互動 考點四交變電流的 四值 交變電流的 四值 即最大值 有效值 平均值 瞬時值 分別在不同情況下使用 1 在研究電容器的耐壓值時 只能用最大值 2 在研究交變電流做功 電功率及產(chǎn)生的熱量時 只能用有效值 交流電表指示的也是有效值 3 在研究交變電流通過導體截面的電荷量時 只能用平均值 4 在研究某一時刻線圈受到的安培力時 只能用瞬時值 習題課 交變電流的產(chǎn)生及描述 學習互動 例4如圖X 4 4所示 勻強磁場的磁感應(yīng)強度B 0 5T 邊長L 10cm的正方形線圈abcd共100匝 線圈電阻r 1 線圈繞垂直于磁感線的對稱軸OO 勻速轉(zhuǎn)動 角速度 2 rad s 外電路電阻R 4 求 圖X 4 4 習題課 交變電流的產(chǎn)生及描述 學習互動 1 轉(zhuǎn)動過程中感應(yīng)電動勢的最大值 2 由圖示位置 線圈平面與磁感線平行 轉(zhuǎn)過60 角時的瞬時感應(yīng)電動勢 3 由圖示位置轉(zhuǎn)過60 角的過程中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動勢 4 交流電壓表的示數(shù) 5 線圈轉(zhuǎn)動一周外力所做的功 6 周期內(nèi)通過R的電荷量是多少 習題課 交變電流的產(chǎn)生及描述 學習互動 習題課 交變電流的產(chǎn)生及描述 學習互動 習題課 交變電流的產(chǎn)生及描述 自我檢測 自我檢測 1 交變電流瞬時值表達式的應(yīng)用 圖X 4 5是一個多匝線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的交變電動勢的圖像 根據(jù)圖像可知 圖X 4 5 習題課 交變電流的產(chǎn)生及描述 自我檢測 A 此交變電動勢的瞬時表達式為e 200sin0 02t V B 此交變電動勢的瞬時表達式為e 200sin100 t V C t 0 01s時 穿過線圈的磁通量為零D t 0 02s時 穿過線圈的磁通量的變化率最大 習題課 交變電流的產(chǎn)生及描述 自我檢測 答案 B 習題課 交變電流的產(chǎn)生及描述 自我檢測 2 交變電流的圖像 一臺小型發(fā)電機產(chǎn)生的電動勢隨時間變化的正弦規(guī)律圖像如圖X 4 6甲所示 已知發(fā)電機線圈內(nèi)阻為5 0 外接一只電阻為95 0 的燈泡 如圖乙所示 則 圖X 4 6 習題課 交變電流的產(chǎn)生及描述 自我檢測 A 電壓表V的示數(shù)為220VB 電路中的電流方向每秒鐘改變50次C 燈泡實際消耗的功率為484WD 發(fā)電機線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的熱量為24 2J 習題課 交變電流的產(chǎn)生及描述 自我檢測 習題課 交變電流的產(chǎn)生及描述 自我檢測 3 交變電流有效值的計算 圖X 4 7是一交變電壓隨時間變化的圖像 兩段圖像均為完整正弦曲線的 求此交變電壓的有效值 圖X 4 7 習題課 交變電流的產(chǎn)生及描述 自我檢測 習題課 交變電流的產(chǎn)生及描述 自我檢測 4 交變電流的 四值 如圖X 4 8所示 單匝線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的OO 軸從圖示位置開始勻速轉(zhuǎn)動 角速度 100rad s 已知從圖示位置轉(zhuǎn)過時 線圈中電動勢大小為10V 圖X 4 8 習題課 交變電流的產(chǎn)生及描述 自我檢測 1 求交變電動勢的峰值 2 求交變電動勢的有效值 3 求與線圈相接的交流電壓表的示數(shù) 4 設(shè)線圈電阻為R 1 取走電壓表 線圈接一外電阻R外 9 求線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過角度過程中通過導線某一截面的電荷量q 習題課 交變電流的產(chǎn)生及描述 自我檢測 習題課 交變電流的產(chǎn)生及描述 自我檢測 3電容和電感對交變電流的影響 3電容和電感對交變電流的影響 三維目標 知識與技能 1 了解電感器和電容器對交變電流的導通和阻礙作用 2 定性了解電感器和電容器對交變電流阻礙作用的大小與什么因素有關(guān) 3電容和電感對交變電流的影響 三維目標 過程與方法 1 通過探究實驗 嘗試應(yīng)用科學的方法研究物理問題 認識物理實驗在物理學發(fā)展過程中的作用 2 通過探究感抗和容抗的大小與哪些因素有關(guān) 獲得實驗探究過程的體驗 培養(yǎng)學生分析 解決問題的能力 3電容和電感對交變電流的影響 三維目標 情感 態(tài)度與價值觀 通過實驗的互動過程 誘發(fā)學生對探究物理規(guī)律的興趣 3電容和電感對交變電流的影響 三維目標 重點難點 重點 電感和電容對交流電路和直流電路的作用是不同的 難點 電容和頻率對容抗的影響 3電容和電感對交變電流的影響 重點難點 教學建議 新課程標準中 本節(jié)課對知識和技能的要求并不高 但學生對容抗和感抗的理解有一定的困難 在傳統(tǒng)的物理教學中 一般都是通過演示實驗觀察電感和電容對交變電流的阻礙作用 再進行一些理性的講解 使學生了解感抗和容抗的大小與哪些因素有關(guān) 教材對演示實驗要求簡單 更沒有演示感抗和容抗的大小與哪些因素相關(guān)的實驗 導致課堂氣氛沉悶 學生缺少主動性 更談不上發(fā)展創(chuàng)新思維了 3電容和電感對交變電流的影響 教學建議 新課導入 導入一 1 復(fù)習提問 在日光燈電路中 自感線圈起到什么作用 學生思考 回答 2 在這個事例中 我們已經(jīng)領(lǐng)略了某些元件在交流電路中的奇妙作用 其規(guī)律也比電阻元件要復(fù)雜得多 今天 我們將拓寬這方面的介紹 3電容和電感對交變電流的影響 新課導入 導入二 電阻 電感 電容是交流電路中三種基本元件 師 演示在如圖所示的電路中 如果交變電流的頻率增大 1 2和3燈的亮度變化情況是怎樣的 3電容和電感對交變電流的影響 新課導入 在直流電路中 影響電流跟電壓關(guān)系的只有電阻 在交流電路中 影響電流跟電壓關(guān)系的 除了電阻外 還有電感和電容 電感和電容對交變電流的影響是怎樣的呢 這節(jié)課我們就學習電感 電容對交變電流的影響 3電容和電感對交變電流的影響 新課導入 3電容和電感對交變電流的影響 知識必備 知識必備 1 對交變電流阻礙作用的大小叫感抗 線圈的自感系數(shù) 交流的頻率 感抗就越大 2 對交變電流阻礙作用的大小叫容抗 電容器的電容 交流的頻率 容抗就越大 越大 電容器 越低 電感器 越高 越小 學習互動 考點一電感器對交變電流的阻礙作用 想一想 教材中的第一個 演示 實驗 兩燈亮暗情況不一樣 請你結(jié)合學過的自感現(xiàn)象分析 1 產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是什么 2 改變自感系數(shù)以及交流電的頻率會改變線圈的阻礙作用嗎 3 影響感抗的因素是什么 3電容和電感對交變電流的影響 學習互動 3電容和電感對交變電流的影響 學習互動 3電容和電感對交變電流的影響 學習互動 要點總結(jié) 1 線圈的自感系數(shù) 交變電流的頻率 感抗越大 2 在電工和電子技術(shù)中使用的扼流圈 就是利用電感器對交變電流的阻礙作用制成的 扼流圈可分為兩大類 低頻扼流圈 匝數(shù)為 甚至超過 作用 高頻扼流圈 匝數(shù)為 或 作用 越大 越高 通直流 通低頻 阻高頻 幾十 幾百 通直流 阻交流 幾千 一萬 例1 多選 在如圖5 3 1所示的電路中 L為電感線圈 燈泡的電阻恒定 電流表內(nèi)阻為零 電壓表內(nèi)阻無限大 交流電源的電壓u 220sin100 t V 若保持電源電壓的有效值不變 只將電源頻率改為100Hz 下列說法正確的是 3電容和電感對交變電流的影響 學習互動 圖5 3 1 A 電流表示數(shù)增大B 電壓表示數(shù)增大C 燈泡變暗D 燈泡變亮 3電容和電感對交變電流的影響 學習互動 3電容和電感對交變電流的影響 學習互動 考點二電容器對交變電流的阻礙作用 想一想 如圖5 3 2甲 乙所示 把燈泡和電容器串聯(lián)起來 先把它們接到直流電源上 再把它們接到交流電源上 觀察燈泡的發(fā)光情況 3電容和電感對交變電流的影響 學習互動 圖5 3 2 1 分析電容器通交流的原因 2 若把圖乙中電容器去掉 變成圖丙所示電路 會發(fā)生什么現(xiàn)象 說明了什么 3 在圖乙中 改變電源頻率和電容器的電容 燈泡亮度會有什么變化 3電容和電感對交變電流的影響 學習互動 答案 1 把交流電源接到電容器兩個極板上后 當電源電壓升高時 電源給電容器充電 電荷向電容器極板上聚集 在電路中 形成充電電流 當電源電壓降低時 電容器放電 電荷從極板上流出 在電路中形成放電電流 電容器交替進行充電和放電 電路中就有了電流 好像是交流 通過 了電容器 但實際上自由電荷并沒有通過電容器兩極板間的絕緣介質(zhì) 2 燈泡變得更亮 說明電容器對交流有阻礙作用 3 電容變大時 燈變亮 頻率增大時 燈變亮 3電容和電感對交變電流的影響 學習互動 3電容和電感對交變電流的影響 學習互動 要點總結(jié) 1 電容 交變電流的頻率 容抗越小 2 電容器對交變電流阻礙作用的實質(zhì) 當交變電流 通過 電容器時 電容器 或 使電容器兩極板間形成跟原電壓 的電壓 阻礙電流變化 3 電容器在電路中常見的作用有兩種 隔直電容器 通交流 隔 高頻旁路電容器 通高頻 阻 越大 越高 充電 放電 方向相反 直流 低頻 例2 多選 圖5 3 3甲 乙兩圖是電子技術(shù)中的常用電路 a b是各部分電路的輸入端 其中輸入的交流高頻成分用 表示 交流低頻成分用 表示 直流成分用 表示 關(guān)于兩圖中負載電阻R上得到的電流特征是 3電容和電感對交變電流的影響 學習互動 圖5 3 3 A 圖甲中R得到的是交流成分B 圖甲中R得到的是直流成分C 圖乙中R得到的是低頻成分D 圖乙中R得到的是高頻成分 3電容和電感對交變電流的影響 學習互動 AC 解析 當交變電流加在電容器上時 電容器有 通交流 隔直流 通高頻 阻低頻 的特性 甲圖中電容器隔直流 R得到的是交流成分 A正確 B錯誤 乙圖中交流高頻成分能通過電容器 電容器阻礙交流低頻成分 R得到的是低頻成分 C正確 D錯誤 3電容和電感對交變電流的影響 學習互動 考點三電感 電容 電阻在電路中的特點比較 要點總結(jié) 1 電阻對交流 直流有相同的阻礙作用 交流頻率變化時 阻礙作用不變 2 電感器通直流 阻交流 通低頻 阻高頻 3 電容器通交流 隔直流 通高頻 阻低頻 3電容和電感對交變電流的影響 學習互動 例3如圖5 3 4所示 電路中完全相同的三只燈泡L1 L2 L3分別與電阻R 電感器L 電容器C串聯(lián) 然后再并聯(lián)到220V 50Hz的交流電路上 三只燈泡亮度恰好相同 若保持交變電壓不變 將交變電流的頻率增大到60Hz 則發(fā)生的現(xiàn)象是 3電容和電感對交變電流的影響 學習互動 圖5 3 4 A 三燈亮度不變B 三燈均變亮C L1亮度不變 L2變亮 L3變暗D L1亮度不變 L2變暗 L3變亮 3電容和電感對交變電流的影響 學習互動 D 解析 當交變電流的頻率變大時 電感器的感抗變大 電容器的容抗變小 因此L3變亮 L2變暗 因為電阻在直流和交流電路中起相同的作用 所以L1亮度不變 3電容和電感對交變電流的影響 學習互動 備用習題 1 多選 如圖所示的實驗電路中 若直流電壓和交變電壓的有效值相等 S為雙刀雙擲開關(guān) 下面敘述正確的是 3電容和電感對交變電流的影響 備用習題 A S擲向a b時燈較亮 擲向c d時燈較暗B S擲向a b時燈較暗 擲向c d時燈較亮C S擲向c d 把電感線圈中的鐵芯抽出時燈變亮D S擲向c d 電源電壓不變 而使頻率減小時 燈變暗 3電容和電感對交變電流的影響 備用習題 AC 解析 線圈對恒定電流無感抗 對交變電流有感抗 當交流電頻率減小時 感抗變小 燈變亮 并且有鐵芯時感抗更大 故鐵芯抽出時燈變亮 3電容和電感對交變電流的影響 備用習題 2 如圖所示 在電路兩端加上正弦交流電 保持電壓有效值不變 使頻率增大 發(fā)現(xiàn)各燈的亮暗情況是 燈L1變亮 燈L2變暗 燈L3亮度不變 則M N L中所接元件可能是 3電容和電感對交變電流的影響 備用習題 A M為電阻 N為電容器 L為電感線圈B M為電感線圈 N為電容器 L為電阻C M為電容器 N為電感線圈 L為電阻D M為電阻 N為電感線圈 L為電容器 3電容和電感對交變電流的影響 備用習題 C 解析 在交流電的電壓有效值不變的情況下 若交流電的頻率增大 則線圈的感抗增大 電容器的容抗減小 電阻的阻值不變 故與電感線圈串聯(lián)的燈變暗 與電容器串聯(lián)的燈變亮 與電阻串聯(lián)的燈亮度不變 C正確 3電容和電感對交變電流的影響 備用習題 自我檢測 1 電感器對交變電流的阻礙作用 多選 對于扼流圈 以下說法正確的是 A 扼流圈是利用電感器阻礙交變電流的作用制成的B 低頻扼流圈用來 通低頻 阻高頻 C 高頻扼流圈用來 通直流 阻交流 D 高頻扼流圈對低頻交變電流阻礙作用較小 對高頻交變電流的阻礙作用很大 3電容和電感對交變電流的影響 自我檢測 答案 AD 3電容和電感對交變電流的影響 自我檢測 2 電感器對交變電流的阻礙作用 一個燈泡通過一個線圈與一交流電源相連接 如圖5 3 5所示 一塊鐵插進線圈之后 該燈將 3電容和電感對交變電流的影響 自我檢測 圖5 3 5 A 變亮B 變暗C 沒有影響D 無法判斷 3電容和電感對交變電流的影響 自我檢測 B 解析 在線圈內(nèi)由于磁場變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢總是反抗電流變化 正是這種反抗變化的特性使線圈產(chǎn)生了感抗 加入鐵芯后線圈的自感系數(shù)增大 感抗增大 其兩端的電壓增大 燈泡上的電壓減小 所以燈變暗 3電容和電感對交變電流的影響 自我檢測 3 電容器對交變電流的阻礙作用 如圖5 3 6所示的電路中 正弦交流電源電壓的有效值為220V 則關(guān)于交流電壓表的示數(shù) 以下說法中正確的是 3電容和電感對交變電流的影響 自我檢測 圖5 3 6 A 等于220VB 大于220VC 小于220VD 等于零 3電容和電感對交變電流的影響 自我檢測 C 解析 雖然交變電流能通過電容器 但也受到阻礙作用 電容器與電阻串聯(lián) 根據(jù)分壓原理可知電阻兩端的電壓小于電源電壓 電壓表測的是電阻兩端的電壓 C正確 3電容和電感對交變電流的影響 自我檢測 4 如圖5 3 7所示 三個相同的燈泡甲 乙 丙足夠耐壓 電源的內(nèi)阻忽略 當單刀雙擲開關(guān)S接A時 三個燈泡的亮度相同 那么當S接B時 3電容和電感對交變電流的影響 自我檢測 圖5 3 7 A 三個燈泡的亮度相同B 甲燈最亮 丙燈不亮C 甲燈和乙燈亮度相同 丙燈不亮D 只有丙燈不亮 乙燈最亮 3電容和電感對交變電流的影響 自我檢測 D 解析 開關(guān)S接A時 甲 乙 丙三燈所在的支路均有交流電通過 開關(guān)S接B時 電路處于直流工作狀態(tài) 電容C 隔直流 通交流 電感L 阻交流 通直流 R對交 直流有相同的阻抗 可判斷此時電路中I丙 0 I甲不變 I乙增大 又因為燈泡的亮度由實際功率決定 所以只有丙燈不亮 乙燈最亮 故選項D正確 3電容和電感對交變電流的影響 自我檢測 4變壓器 4變壓器 三維目標 知識與技能 理解變壓器的結(jié)構(gòu)并掌握變壓器的工作原理和工作規(guī)律 4變壓器 三維目標 過程與方法 1 在探究過程中培養(yǎng)學生協(xié)作 交流的能力 2 培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題 解決問題 設(shè)計實驗與探究的能力 4變壓器 三維目標 情感 態(tài)度與價值觀 使學生領(lǐng)略科學研究的綜合性 在科學探究中形成嚴謹務(wù)實的態(tài)度 4變壓器 三維目標 重點難點 重點 探究變壓比和匝數(shù)比的關(guān)系 難點 探究變壓比和匝數(shù)比的關(guān)系 4變壓器 重點難點 教學建議 學生通過前面 電磁感應(yīng) 整章的學習 已經(jīng)對磁生電以及渦旋電流有了基本的掌握 經(jīng)由 交流電 前兩節(jié)的學習 對交流電的特點也比較清楚 已經(jīng)基本具備了學習變壓器這一節(jié)內(nèi)容的必備知識 但對變壓器原線圈兩端的電壓與原線圈產(chǎn)生的電動勢大小關(guān)系這一知識點比較欠缺 在教學中需作出補充提示 教材是落實課程標準 實現(xiàn)教學目標的重要載體 新教材的特點之一是 具有基礎(chǔ)性 豐富性和開放性 即學習內(nèi)容是基礎(chǔ)而豐富的 呈現(xiàn)形式是豐富而開放的 教材對變壓器原理的表述比較淺顯 在處理時要將這部分內(nèi)容情境化 將靜態(tài)知識動態(tài)化 利于學生透徹理解 另外 教材中 探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)關(guān)系 建議用控制變量法探究 但控制變量法在這個實驗中不利于學生尋找物理量之間的關(guān)系 因此在這個實驗中建議學生從和 差 積 比幾個方面試探分析 4變壓器 教學建議 新課導入 導入一 教師活動 我們常見的電流通常有兩大類 是哪兩類 請舉例說明 學生活動 積極思考 列舉實例 學生代表發(fā)言 其他同學補充 教師活動 學生舉例后 演示課件 增加感性認識 點評 問題比較簡單 可由物理基礎(chǔ)較差的同學 提問 答出 增加其學習的興趣 結(jié)論 交流電 直流電兩種 教師活動 總結(jié)點評學生的發(fā)言情況 引出課題 4變壓器 新課導入 直流電我們已經(jīng)學過 但在實際生活中 我們所遇到的大都是交流電 我們知道 交流電都是從電站發(fā)出 然后經(jīng)過輸電線的輸送 才能到達用戶 另外 在輸電的過程中 有些同學可能聽說過高壓或超高壓輸電的說法 那么怎樣才能把電壓升到很高呢 這就是我們這一節(jié)所要重點討論的問題 變壓器 4變壓器 新課導入 導入二 家庭用電一般是220V 我們聽的錄音機一般是幾十伏或幾伏 電視機高壓包的電壓在10000V以上 我們是怎樣得到這些不同的電壓的呢 學習了變壓器的原理 我們就可以理解這個問題了 4變壓器 新課導入 4變壓器 知識必備 知識必備 知識點一變壓器的原理1 變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的 組成 與 連接的線圈叫原線圈 與 連接的線圈叫副線圈 2 現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ) 變壓器能改變交變電流的 不能改變交變電流的 和 交流電源 兩個線圈 負載 互感 電壓 頻率 周期 4變壓器 知識必備 匝數(shù) 反 學習互動 考點一變壓器的原理及電壓與匝數(shù)的關(guān)系 想一想 把兩個沒有導線相連的線圈套在同一個閉合鐵芯上 一個線圈連到交流電源的兩端 另一個線圈連到小燈泡上 如圖5 4 1所示 4變壓器 學習互動 圖5 4 1 連接電路 接通電源 小燈泡能發(fā)光 請根據(jù)以上現(xiàn)象回答下列問題 1 兩個線圈并沒有連接 小燈泡為什么會發(fā)光 2 小燈泡兩端的電壓與學生電源的輸出電壓相等嗎 4變壓器 學習互動 4變壓器 學習互動 4變壓器 學習互動 副線圈 原線圈 互感現(xiàn)象 周期 頻率 n1 n2 n3 4變壓器 學習互動 4變壓器 學習互動 4變壓器 學習互動 4變壓器 學習互動 P入 P出 U1I1 U2I2 P入 P出 U1 U2 U3 Un n1 n2 n3 nn 例2一臺理想變壓器 其原線圈有2200匝 副線圈有440匝 副線圈接一個100 的負載電阻 如圖5 4 4所示 4變壓器 學習互動 圖5 4 4 1 當原線圈接在44V直流電源上時 電壓表示數(shù)為 V 電流表示數(shù)為 A 2 當原線圈接在220V交流電源上時 電壓表示數(shù)為 V 電流表示數(shù)為 A 此時輸入功率為 W 變壓器效率為 4變壓器 學習互動 4變壓器 學習互動 考點三含理想變壓器電路的動態(tài)分析 要點總結(jié) 理想變壓器原 副線圈有關(guān)物理量的決定關(guān)系 1 輸入電壓U1決定輸出電壓U2 這是因為輸出電壓U2 U1 當U1不變時 不論負載電阻R變化與否 U2都不改變 2 輸出電流I2決定輸入電流I1 當負載電阻R增大時 I2減小 則I1相應(yīng)減小 當負載電阻R減小時 I2增大 則I1相應(yīng)增大 3 輸出功率P2決定輸入功率P1 理想變壓器的輸出功率與輸入功率相等 即P2 P1 在輸入電壓U1一定的情況下 當負載電阻R增大時 I2減小 則變壓器輸出功率P2 I2U2減小 輸入功率P1也將相應(yīng)減小 當負載電阻R減小時 I2增大 變壓器的輸出功率P2 I2U2增大 則輸入功率P1也將增大 4變壓器 學習互動 例3 多選 圖5 4 5是一個含有理想變壓器的電路 電源電壓不變 當開關(guān)S合上時 4變壓器 學習互動 圖5 4 5 A 電壓表的示數(shù)增大B 電壓表的示數(shù)不變C 電流表的示數(shù)增大D 變壓器的輸入功率增大 4變壓器 學習互動 BCD 解析 電源電壓不變 原線圈兩端的電壓不變 原 副線圈的匝數(shù)比也不變 所以副線圈兩端的電壓是不變的 即電壓表的示數(shù)不變 合上開關(guān)S時 副線圈中的負載電阻減小 所以通過副線圈的電流增大 由n1I1 n2I2得原線圈中的電流也增大 即電流表的示數(shù)增大 又由P UI得變壓器的輸出功率增大 所以輸入功率增大 4變壓器 學習互動 4變壓器 學習互動 2 電壓互感器 1 構(gòu)造 小型降壓變壓器 如圖5 4 7甲所示 2 接法 原線圈并聯(lián)在高壓電路中 副線圈接電壓表 為了安全 外殼和副線圈應(yīng)接地 3 作用 將高電壓變?yōu)榈碗妷?通過測量低電壓 計算出高壓電路的電壓 3 電流互感器 1 構(gòu)造 小型升壓變壓器 如圖5 4 7乙所示 2 接法 原線圈串聯(lián)在被測電路中 副線圈接電流表 為了安全 外殼和副線圈應(yīng)接地 3 作用 將大電流變成小電流 通過測量小電流 計算出被測電路中的大電流 4變壓器 學習互動 4變壓器 學習互動 圖5 4 7 例4普通的交流電流表不能直接接在高壓輸電線路上測量電流 通常要通過電流互感器來連接 如圖5 4 8所示 圖中電流互感器ab一側(cè)線圈的匝數(shù)較少 工作時電流為Iab cd一側(cè)線圈的匝數(shù)較多 工作時電流為Icd 為了使電流表能正常工作 則 4變壓器 學習互動 圖5 4 8 A ab接MN cd接PQ Iab IcdB ab接MN cd接PQ Iab IcdC ab接PQ cd接MN Iab IcdD ab接PQ cd接MN Iab Icd 4變壓器 學習互動 B 解析 根據(jù)單一副線圈的理想變壓器原理 電流比值等于匝數(shù)比的倒數(shù) 可得ab接MN cd接PQ Iab Icd 故B正確 4變壓器 學習互動 備用習題 1 如圖所示的四個電路中能夠?qū)崿F(xiàn)升壓的是 4變壓器 備用習題 D 解析 變壓器只能對交變電流變壓 不能對直流變壓 故A B錯誤 由于電壓與線圈匝數(shù)成正比 所以D能實現(xiàn)升壓 4變壓器 備用習題 2 理想變壓器連接的電路如圖甲所示 已知原 副線圈匝數(shù)比為10 1 當輸入電壓波形如圖乙所示時 電流表讀數(shù)為2A 則 4變壓器 備用習題 A 電壓表讀數(shù)為282VB 電壓表讀數(shù)為28 2VC 輸入功率為56 4WD 輸入功率為40W 4變壓器 備用習題 4變壓器 備用習題 3 如圖所示為理想變壓器 原線圈的匝數(shù)為1000匝 兩個副線圈的匝數(shù)n2 50匝 n3 100匝 L1是 6V 2W 的小燈泡 L2是 12V 4W 的小燈泡 當原線圈接上交流電壓時 L1 L2都正常發(fā)光 那么原線圈中的電流為 4變壓器 備用習題 4變壓器 備用習題 4變壓器 備用習題 4 多選 圖甲 乙是配電房中的互感器和電表的接線圖 下列說法中正確的是 4變壓器 備用習題 A 線圈匝數(shù)n1n2 n3 n4C 甲圖中的電表是電壓表 輸出端不可短路D 乙圖中的電表是電流表 輸出端不可斷路 4變壓器 備用習題 CD 解析 甲圖中的原線圈并聯(lián)在電路中 為電壓互感器 是降壓變壓器 n1 n2 甲圖中的電表為電壓表 乙圖中的原線圈串聯(lián)在電路中 為電流互感器 是升壓變壓器 n3 n4 乙圖中的電表為電流表 故選項C D正確 4變壓器 備用習題 自我檢測 1 變壓器的原理及電壓與匝數(shù)的關(guān)系 一輸入電壓為220V 輸出電壓為36V的變壓器副線圈燒壞了 為獲知此變壓器原 副線圈的匝數(shù) 某同學拆下燒壞的副線圈 用絕緣導線在鐵芯上新繞了5匝線圈 如圖5 4 9所示 然后將原線圈接到220V交流電源上 測得新繞線圈兩端電壓為1V 按理想變壓器分析 該變壓器燒壞前的原 副線圈匝數(shù)分別為 4變壓器 自我檢測 圖5 4 9 A 1100 360B 1100 180C 2200 180D 2200 360 4變壓器 自我檢測 4變壓器 自我檢測 2 理想變壓器中的基本規(guī)律 某變壓器原 副線圈的匝數(shù)比為55 9 原線圈所接電源電壓按如圖5 4 10所示規(guī)律變化 副線圈接有負載 下列判斷正確的是 4變壓器 自我檢測 圖5 4 10 A 輸出電壓的最大值為36VB 原 副線圈中電流之比為55 9C 變壓器輸入 輸出