高中物理5.0《交变电流》PPT课件精品课件新人教版选修3-2

新课标人教版课件系列《高中物理》选修3-2第五章《交变电流》5.1《交变电流》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•教学重点•交变电流产生的物理过程的分析。•教学难点•交变电流的变化规律及应用。•教学方法•演示法、分析法、归纳法•教学手段•手摇单相发电机、小灯泡、示波器、多媒体教学课件、示教用大的电流表直流电(DC)电流方向不随时间而改变交变电流(AC)大小和方向都随时间做周期性变化的电流交流发电机模型的原理简图二、交变电流的产生矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动二、交变电流的产生为了能更方便地说明问题，我们将立体图转化为平面图来分析B⊥SΦ最大E=0I=0中性面二、交变电流的产生线圈平面与磁感线垂直的位置叫做中性面线圈经过中性面时，Φ最大，但线圈中的电动势为零二、交变电流的产生B∥SΦ=0E最大I最大感应电流方向a到b线圈与磁场平行时，Φ最小，但线圈中的电动势最大B⊥SΦ最大E=0I=0中性面B∥SΦ=0E最大I最大感应电流方向b到a二、交变电流的产生设正方形线圈的边长为L，在匀强磁场B中绕垂直于磁场的对称轴以角速度匀速转动，ab和cd边垂直于纸面，转轴为O．1、线圈转动一周，多少次经过中性面?电流方向改变多少次?2、线圈转到什么位置时磁通量最大?这时感应电动势是最大还是最小?3、线圈转到什么位置时磁通量最小?这时感应电动势是最大还是最小?思考与讨论a(b)c(d)O线圈平面与磁感线垂直的位置叫做中性面（1）线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零，线圈中的电动势为零（2）线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈转动一周，两次经过中性面，电流方向改变两次中性面tNBLvesin22LvtLNBesin2SNBLNBEm2令则有tEemsine为电动势在时刻t的瞬时值，Em为电动势的最大值（峰值）．三、交变电流的变化规律以线圈经过中性面开始计时，在时刻t线圈中的感应电动势（ab和cd边切割磁感线）.a(b)c(d)（1）电动势按正弦规律变化tEemsin（2）电流按正弦规律变化tIimsin（3）电路上的电压按正弦规律变化tUumsin电流通过R时：tIimsin.RIUiRumm，三、交变电流的变化规律成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时四、交流电的图像et0Em-EmIt0Im-Im(1)正弦交流电(2)示波器中的锯齿波扫描电压(3)电子计算机中的矩形脉冲(4)激光通信中的尖脉冲五、交变电流的种类３、当线圈平面垂直于磁感线时，线圈各边都不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这样的位置叫做．线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，因此线圈转动一周，感应电流方向改变．２、交流电的产生：矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的中心轴匀速旋转时，线圈中就会产生．１、交变电流：和都随时间做的电流叫做交变电流．电压和电流随时间按变化的交流电叫正弦交流电大小方向正弦规律感应电流中性面两次周期性变化课堂练习４、线圈从中性面开始转动，角速度是ω，线圈中的感应电动势的峰值是Em，那么在任一时刻t感应电动势的瞬时值e为．若线圈电阻为Ｒ，则感应电流的瞬时值Ｉ为．0Eme-Emte=Emsinωti=(Em/R)·sinωt课堂练习交流发电机５、交流发电机有两种，即、．其中转动的部分叫，不动的部分叫．发电机转子是由、或其它动力机带动旋转磁极式旋转电枢式转子定子水轮机蒸汽轮机课堂练习课堂练习一矩形线圈,绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面的固定轴转动,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（）A.t1时刻通过线圈的磁通量为零B.t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大C.t3时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大D.每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值最小et0t1t2t3t4Em-Em5.2《描述交变电流的物理量》教学目标•（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•教学重点：交变电流有效值概念。•教学难点：交变电流有效值概念及计算。•教学方法：实验、启发•教学手段：多媒体课件电源、电容器、灯泡“6V，0.3A”、幻灯片、手摇发电机复习回顾(一)交变电流：大小和方向随时间作周期性变化的电流;简称交流。其中按正弦规律变化的交流电叫正弦交流电。（二）正弦交流电的产生及变化规律当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生的交流是随时间按正弦规律变化的。即正弦交流。跟磁感线垂直的平面叫做中性面。这一位置穿过线圈的磁通量最大，但线圈的磁通量变化率为零，线圈中无感应电动势。1、产生：2、中性面：3、规律：函数表达式：从中性面开始计时tIimsin在纯电阻电路中的负载:电流:电压:tUumsintEemsin电动势:nBSEm一、描述交流电的物理量：1、最大值（峰值）：EmUmＩmnBSEm２、瞬时值：uie３、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。（3）角频率(圆频率)：线圈在匀强磁场中转动的角速度。（2）频率：一秒内完成周期性变化的次数。T和f的物理意义：表征交流电变化的快慢（4）关系：Tf1fT22我国生产和生活用交流电的周期T＝_______s，频率f=_______Hz，角速度ω＝_______rad/s，在1s内电流的方向变化__________次。0.0250１００π100一个周期内电流方向改变两次。例1.某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系，如图所示，如果其它条件不变，仅使线圈的转速加倍，则交流电动势的最大值和周期分别变为（）A．400V，0.02sB．200V,0.02sC．400V,0.08sD．200V,0.08sB练习1：如图所示为某正弦交流电流的图像，求其峰值、周期和角速度，并写出该电流的瞬时值表达式。Im＝20Aω＝100πrad/s.电流的瞬时表达式为i＝20sin100πt(A)T＝0.02s由于交变电流的大小和方向随时间变化，它产生的效果也随时间变化，在实际中我们常常不研究它的瞬时效果，而是只要知道交变电流在某段时间内的平均效果就可以了。那么我们是怎样来衡量交变电流的平均效果呢？请看下面的思考与讨论22212122)1(RtIRtIQ3.01222.011222J8.2RtIQ2)2(118.22IAI8.2４、有效值：EUI（1）定义：根据电流的热效应来规定，让交流电和直流通过相同阻值的电阻，如果他们在一个周期内产生的热量相等，就把这一直流电的数值叫做这一交流电的有效值。（2）正弦交流电的有效值与峰值的关系：2mEE2mII(3)说明：A、以上关系式只适用于正弦或余弦交流电；B、交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值；C、交流电流表和交流电压表的读数是有效值D、对于交流电若没有特殊说明的均指有效值E、电容器的耐压值是指峰值例2.某交流电压随时间的变化规律如图所示，则此交流电的频率是_____Hz。若将该电压加在10uF的电容器上，则电容器的耐压值不应小于______V；若将该电压加在一阻值为1KΩ的纯电阻用电器上，用电器恰能正常工作，为避免意外事故的发生，该电路中保险丝的额定电流不能低于______A。200－20020.2520021.0u/vt/s例3.如图表示一交流的电流随时间变化的图像,求该电流的有效值。4232222121122IRTIRTIRT22121()2III221(42)(32)52A练习2：如图表示一交流随时间变化的图像，求此交流的有效值。to123424iAs图1535IA2221222TTIRTIRIR2222141()()2222I例4.图中两交变电流通过相同的电阻R。求：（1）分别写出它们的有效值、周期和频率。（2）计算它们在R上产生的功率之比。（2）P甲:P乙＝I12R:I22R＝（I1／I2）2＝1:2AI225)1(1sT4.01Hzf5.21AI52sT4.02Hzf5.22练习3:一个电阻接在10V的直流电源上，它的发热功率是P，当接到电压为u=10sinωtV的交流电源上，它的发热功率（）A．0.25PB．0.5PC．PD．2PB平均值：ENtB、求通过某导体截面的电量一定要用平均值。（4）注意：峰值（最大值）、有效值、平均值在应用上的区别。A、在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值。例5.如图所示，矩形线圈的匝数为n，线圈面积为S，线圈内阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO’轴以角速度ω匀速转动，外电路电阻为R。在线圈由图示位置转过90°的过程中，求：(1)通过电阻R的电量q；nBSqItRr(2)电阻R上产生的焦耳热Q在此过程中电阻R上的焦耳热为一个周期内产生焦耳热的1／4，222)(4)41rRnBSRRTIQ（练习4：边长为a的单匝正方形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中，以OO’为轴匀速转动，角速度为ω，转轴与磁场方向垂直，线圈电阻为R，求：(1)线圈从图示位置转过T／4的过程中产生的热量Q．RaBQ442(2)线圈从图示位置转过T／4的过程中通过线圈某截面的电量q．2222BaBaqItRR小结1、最大值（峰值）：EmUmＩm２、瞬时值：uie3、周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间。4、频率：一秒内完成周期性变化的次数。Tf1fT225、有效值：EUI（2）正弦交流电的有效值与最大值的关系：2mEE注意：A.对于交流电若没有特殊说明的均指有效值C.求通过某导体截面的电量一定要用平均值。B.在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值。5.3《电感电容对交变电流的影响》教学目标•（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。•教学重点•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。•教学难点•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。•教学方法：•实验法、阅读法、讲解法。•教学手段：•双刀双掷开关、学生用低压交直流电源、灯泡（6V、0.3A）、线圈（用变压器的副线圈）、电容器（“103μF、15V”与“200μF、15V”）2个、两个扼流圈、投影片、投影仪一、电感对交变电流的阻碍作用1、感抗:(1)意义:反映电感对交流阻碍作用的大小电感对交流电有阻碍作用(2)决定因素自感系数越大、频率越高,感抗越大一、电感对交变电流的阻碍作用fLXL21、感抗:(1)意义:反映电感对交流阻碍作用的大小2、特性：通直流、阻交流；通低频、阻高频3