5.2描述交变电流的物理量

5.2描述交变电流的物理量

教学目标

1.知道交变电流的周期和频率，知道频率和角速度的关系．

2.知道交变电流和电压的峰值、瞬时值、有效值及其关系，能利用有效值定义计算某些交变电流的有效值．

3.会用正弦交流电的有效值进行有关计算．

教学重难点

1．周期、频率、峰值的概念．

2．有效值的概念和计算．

教学过程设计

一、 周期和频率

提出问题：打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，打点计时器为什么每隔0.02 s打一次点从而可以计时的？

点拨：当给电磁打点计时器的线圈通电后，线圈产生磁场，线圈中的振片被磁化，振片在永久磁铁磁场的作用下向上或向下运动，由于交变电流的方向每个周期要变化两次，因此振片被磁化后的磁极要发生变化，永久磁铁对它的作用力的方向也要发生变化．所以，在交变电流的一个周期内打点一次，即每两个点间的时间间隔等于交变电流的周期.

【类比学习】

学习圆周运动的时候，我们可以用很多物理量来描述圆周运动的快慢，现在我们可以借鉴其中几个物理量来描述交变电流变化．阅读课本P34～P35“周期和频率”的内容，学习相关的知识.

1.周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间叫做交变电流的周期．通常用T表示.

2.频率：交变电流在1 s内完成周期性变化的次数叫做交变电流的频率．通常用f表示，单位是赫兹，简称赫，符号是Hz.

3.周期和频率的关系：T＝或f＝.

【知识拓展】

(1)我国工农业生产和日常生活中用的交变电流周期是0.02 s，频率是50 Hz，电流方向每秒钟改变100次.

(2)交变电流的周期和频率跟发电机转子的角速度ω有关．在i＝Imaxsin ωt的表达式中，ω等于频率的2π倍，即ω＝2πf.

二：峰值和有效值

【思考讨论】

如图所示是通过一个R＝1 Ω的电阻的电流i随时间变化的曲线.

(1)计算通电1 s内电阻R产生的热量？

(2)如果有一个恒定电流通过这个电阻R，也能在1 s内产生同样的热量，这个电流是多大？

思路点拨：

(1)由题图可知，0～0.2 s内，电流大小为I1＝1 A，电阻R产生的热量Q1＝IRt1＝0.2 J；0.2～0.5 s内，电流大小为I2＝2 A，电阻R产生的热量Q2＝IRt2＝1.2 J；0.5～0.8 s内，电流大小为I3＝2 A，电阻R产生的热量Q3＝IRt3＝1.2 J；0.8～1 s内，电流大小为I4＝1 A，电阻R产生的热量Q4＝IRt4＝0.2 J；通电1 s内电阻R产生的热量Q＝Q1＋Q2＋Q3＋Q4＝2.8 J.

(2)设产生相同热量的恒定电流的大小为I，Q＝I2Rt＝2.8 J，则I＝1.7 A.

【自主学习】

引导学生阅读课本P35“峰值和有效值”的内容，学习相关的知识.

1.交变电流的峰值Imax或Umax是一个周期内所能达到的最大数值，表示交变电流的强弱或电压的高低.

2.有效值：让交变电流与恒定电流通过相同的电阻，如果它们在一个周期内产生的热量相等，把恒定电流的电流I、电压U叫做这个交变电流的有效值.

3.正弦式交变电流的有效值与峰值的关系：I＝＝0.707Imax，U＝＝0.707Umax.

［强调］

（1）各种使用交变电流的电器设备上所示值为有效值。

（2）交变电流表（电压表或电流表）所测值为有效值。

（3）计算交变电流的功、功率、热量等用有效值。

三：相位

【课件展示】

利用多媒体课件展示两支交变电流的电压与时间关系的图象.

问题：

(1)两支交变电流的周期、峰值相同吗？它们有什么不同？

(2)图象甲的交变电流的瞬时电压与时间的关系式是什么？

答案点拨：

(1)两交变电流的周期和峰值都相同，它们的瞬时电压达到峰值的时间不同.

(2)u甲＝Emaxsin ωt.

【自主学习】

引导学生阅读课本P36“相位”的内容，学习有关的知识.

1.正弦符号“sin”后面的量“ωt＋φ”叫做交变电流的相位，φ是t＝0时的相位，叫做交变电流的初相位.

2.两支交流的相位之差叫做它们的相位差.

3.如果两支交变电流的频率相同，但初相位不同，即u1＝Emaxsin (ωt＋φ1)，u2＝Emaxsin (ωt＋φ2)，那么相位差等于φ2－φ1，是个常数.

四：课堂小练

P36页第4题

板书设计

2 描述交变电流的物理量

一、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叫做交变电流的周期,通常用T表示

2.频率：交变电流在1 s内完成周期性变化的次数叫做交变电流的频率通常用f表示，单位是赫兹，简称赫，符号是Hz

3.周期和频率的关系：T＝或

二、峰值和有效值

1.交变电流的峰值Imax或Umax是一个周期内所能达到的最大数值，表示交变电流的强弱或电压的高低

2.有效值：让交变电流与恒定电流通过相同的电阻，如果它们在一个周期内产生的热量相等，把恒定电流的电流I、电压U叫做这个交变电流的有效值

3.有效值与峰值的关系：I＝＝0.707Imax，U＝＝0.707Umax

三、相位

1.正弦符号“sin”后面的量“ωt＋φ”叫做交变电流的相位，φ是t＝0时的相位，叫做交变电流的初相位

2.两支交流的相位之差叫做它们的相位差

5.2描述交变电流的物理量

教学目标

1.知道交变电流的周期和频率，知道频率和角速度的关系．

2.知道交变电流和电压的峰值、瞬时值、有效值及其关系，能利用有效值定义计算某些交变电流的有效值．

3.会用正弦交流电的有效值进行有关计算．

教学重难点

1．周期、频率、峰值的概念．

2．有效值的概念和计算．

教学过程设计

一、 周期和频率

提出问题：打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，打点计时器为什么每隔0.02 s打一次点从而可以计时的？

点拨：当给电磁打点计时器的线圈通电后，线圈产生磁场，线圈中的振片被磁化，振片在永久磁铁磁场的作用下向上或向下运动，由于交变电流的方向每个周期要变化两次，因此振片被磁化后的磁极要发生变化，永久磁铁对它的作用力的方向也要发生变化．所以，在交变电流的一个周期内打点一次，即每两个点间的时间间隔等于交变电流的周期.

【类比学习】

学习圆周运动的时候，我们可以用很多物理量来描述圆周运动的快慢，现在我们可以借鉴其中几个物理量来描述交变电流变化．阅读课本P34～P35“周期和频率”的内容，学习相关的知识.

1.周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间叫做交变电流的周期．通常用T表示.

2.频率：交变电流在1 s内完成周期性变化的次数叫做交变电流的频率．通常用f表示，单位是赫兹，简称赫，符号是Hz.

3.周期和频率的关系：T＝或f＝.

【知识拓展】

(1)我国工农业生产和日常生活中用的交变电流周期是0.02 s，频率是50 Hz，电流方向每秒钟改变100次.

(2)交变电流的周期和频率跟发电机转子的角速度ω有关．在i＝Imaxsin ωt的表达式中，ω等于频率的2π倍，即ω＝2πf.

二：峰值和有效值

【思考讨论】

如图所示是通过一个R＝1 Ω的电阻的电流i随时间变化的曲线.

(1)计算通电1 s内电阻R产生的热量？

(2)如果有一个恒定电流通过这个电阻R，也能在1 s内产生同样的热量，这个电流是多大？

思路点拨：

(1)由题图可知，0～0.2 s内，电流大小为I1＝1 A，电阻R产生的热量Q1＝IRt1＝0.2 J；0.2～0.5 s内，电流大小为I2＝2 A，电阻R产生的热量Q2＝IRt2＝1.2 J；0.5～0.8 s内，电流大小为I3＝2 A，电阻R产生的热量Q3＝IRt3＝1.2 J；0.8～1 s内，电流大小为I4＝1 A，电阻R产生的热量Q4＝IRt4＝0.2 J；通电1 s内电阻R产生的热量Q＝Q1＋Q2＋Q3＋Q4＝2.8 J.

(2)设产生相同热量的恒定电流的大小为I，Q＝I2Rt＝2.8 J，则I＝1.7 A.

【自主学习】

引导学生阅读课本P35“峰值和有效值”的内容，学习相关的知识.

1.交变电流的峰值Imax或Umax是一个周期内所能达到的最大数值，表示交变电流的强弱或电压的高低.

2.有效值：让交变电流与恒定电流通过相同的电阻，如果它们在一个周期内产生的热量相等，把恒定电流的电流I、电压U叫做这个交变电流的有效值.

3.正弦式交变电流的有效值与峰值的关系：I＝＝0.707Imax，U＝＝0.707Umax.

［强调］

（1）各种使用交变电流的电器设备上所示值为有效值。

（2）交变电流表（电压表或电流表）所测值为有效值。

（3）计算交变电流的功、功率、热量等用有效值。

三：相位

【课件展示】

利用多媒体课件展示两支交变电流的电压与时间关系的图象.

问题：

(1)两支交变电流的周期、峰值相同吗？它们有什么不同？

(2)图象甲的交变电流的瞬时电压与时间的关系式是什么？

答案点拨：

(1)两交变电流的周期和峰值都相同，它们的瞬时电压达到峰值的时间不同.

(2)u甲＝Emaxsin ωt.

【自主学习】

引导学生阅读课本P36“相位”的内容，学习有关的知识.

1.正弦符号“sin”后面的量“ωt＋φ”叫做交变电流的相位，φ是t＝0时的相位，叫做交变电流的初相位.

2.两支交流的相位之差叫做它们的相位差.

3.如果两支交变电流的频率相同，但初相位不同，即u1＝Emaxsin (ωt＋φ1)，u2＝Emaxsin (ωt＋φ2)，那么相位差等于φ2－φ1，是个常数.

四：课堂小练

P36页第4题

板书设计

2 描述交变电流的物理量

一、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叫做交变电流的周期,通常用T表示

2.频率：交变电流在1 s内完成周期性变化的次数叫做交变电流的频率通常用f表示，单位是赫兹，简称赫，符号是Hz

3.周期和频率的关系：T＝或

二、峰值和有效值

1.交变电流的峰值Imax或Umax是一个周期内所能达到的最大数值，表示交变电流的强弱或电压的高低

2.有效值：让交变电流与恒定电流通过相同的电阻，如果它们在一个周期内产生的热量相等，把恒定电流的电流I、电压U叫做这个交变电流的有效值

3.有效值与峰值的关系：I＝＝0.707Imax，U＝＝0.707Umax

三、相位

1.正弦符号“sin”后面的量“ωt＋φ”叫做交变电流的相位，φ是t＝0时的相位，叫做交变电流的初相位

2.两支交流的相位之差叫做它们的相位差