交流电（教案）-高教版第三版《物理（通用类）》【上好课】

高教版第三版《物理（通用类）》 主题五 电与磁及其应用 第六节 交流电及安全用电 授课班级 授课类型 新授课 授课教师 教学时长 1课时（45分钟） 教材分析 本节以高铁交流供电为情境，依次建立交流电及正弦交流电概念，用瞬时值公式和图像描述变化规律，再用周期、频率和有效值刻画快慢与实际作用，形成从产生原理到定量描述和技术应用的知识链，并为后续三相供电与安全用电学习奠定基础。 学情分析 学生对家庭220 V和50 Hz已有生活印象，也能完成倒数和简单比例计算，但容易把交流电等同于正弦交流电，把瞬时值负号理解为大小为负，混淆最大值、瞬时值和有效值。教学需用波形读图、正负方向约定、示波器周期比较和等效热效应实验思想建立稳定概念。 教学目标 1.能说出交流电、正弦交流电、瞬时值、最大值、周期、频率和有效值，写出正弦变化、周期频率及有效值关系，说明变压器可升高或降低交流电压。 2.能依据正弦图像和瞬时值公式判断数值与方向，完成周期、频率、有效值和最大值的基础计算，并正确解释铭牌与交流仪表读数。 3.能从高铁供电、示波器观察和热效应比较中提取交流电特征，形成用单位和有效值规范描述电气量的意识。 教学重难点 重点：交流电和正弦交流电的概念；周期、频率及其关系；正弦交流电有效值与最大值的关系。 难点：把正弦图像的正负与实际方向对应；区分瞬时值、最大值和有效值；理解有效值的热效应定义。 教学方法 教材情境导入、公式与图像结合、方向正负辨析、示波器观察、周期频率换算、等效热效应比较、即时练习、师生互动和归纳总结。 课前准备 教师准备：教材、演示课件。 学生准备：教材、笔记本。 教学环节设计 教学环节 教学内容 设计意图 教学导入 【教材情境】京沪高铁复兴号动车组以350 km/h运行时，每千米约消耗20 kW·h电能，列车通过车顶受电弓从接触网获取电能。 【问题】高铁接触网中的电流是交流还是直流？交流电的大小和方向怎样随时间变化，又应怎样描述它的大小？ 学生联系上一课时发电机中感应电流方向不断改变的现象，观察家庭用电和高铁供电标志，提出从波形、周期和电压数值三个方面研究交流电。 【教师归纳】高铁接触网使用交流电。本课从正弦变化规律出发，用瞬时值、周期、频率和有效值描述交流电，并认识变压器升降交流电压的功能。 由高铁接触网设问连接发电机与生活用电，激活学生经验并形成研究交流电变化规律和数值表示的真实任务。 新知讲授 一、交流电与正弦变化规律 【教材定义】大小和方向都随时间做周期性变化的电流，称为交流电，简称交流。正弦交流电是交流电中一种最简单、最基本的形式。 【教材结论】交流电可以利用变压器升高或者降低电压，也可以驱动结构简单、运行可靠的感应电动机，在生产生活中应用广泛。 【教材模型】发电机线圈与磁极相对匀速转动时，感应电动势随时间按正弦规律变化。先规定某一方向为正方向，图像在横轴上方和下方分别表示相反方向。 【教材公式】设电动势最大值为，电动势瞬时值为。式中为线圈转动角速度，为时间。 【教材公式】闭合电路总电阻为时，电流瞬时值满足。 【教材公式】电阻两端电压的瞬时值满足。 【易错辨析】瞬时值为负不表示电流或电压“大小小于零”，而表示实际方向与规定正方向相反；最大值表示绝对值能够达到的最大数值。 【即时练习1】某电流的大小和方向每隔0.02 s重复一次，这一电流一定是正弦交流电吗？ 答案：是交流电，但不一定是正弦交流电。 解析：大小和方向随时间周期性变化即可称为交流电；只有按正弦规律变化时才是正弦交流电。 【即时练习2】某交流电动势满足，其中最大值为120 V。当时，求瞬时值并说明负号含义。 答案：−60 V；负号表示电动势方向与规定正方向相反。 解析：代入正弦函数值，。 【教师归纳】交流电强调大小和方向的周期变化；正弦交流电可用瞬时值公式和图像描述，读图时同时关注数值和方向。 二、周期、频率与示波器观察 【教材定义】交流电完成一次周期性变化所需的时间称为周期，通常用T表示，单位是s；交流电在1 s内完成周期性变化的次数称为频率，通常用f表示，单位是Hz（赫）。 【教材公式】周期和频率互为倒数，即。我国工农业生产和生活中使用的交流电，周期为0.02 s，频率为50 Hz。 【教材观察】示波器可以显示交流电波形。扫描频率与信号频率相等时，屏幕上稳定显示一个完整周期；降低扫描频率，可在同一屏幕宽度显示两个完整周期。 【即时练习3】某交流电的频率为25 Hz，求它的周期。 答案：0.040 s。 解析：由，得。 【即时练习4】某交流电的周期为0.010 s，在0.050 s内完成几次周期性变化？ 答案：5次。 解析：完成次数等于总时间与周期的比值，。 【教师归纳】周期描述一次变化需要多久，频率描述每秒变化多少次；换算时先统一时间单位，再用倒数关系。 三、交流电的有效值 【教材定义】让交流电和直流电通过相同阻值的电阻，如果它们在相同时间内产生的热量相等，就把这一直流电的数值称为这一交流电的有效值。 【教材公式】正弦交流电流和电压的有效值与最大值之间满足，。 【教材结论】家庭电路所说的220 V、交流电气设备的额定电压和额定电流、交流电流表和交流电压表的示数都是有效值；交流电数值未特别说明时也指有效值。 【即时练习5】家庭电路电压为220 V，求对应正弦交流电压的最大值。 答案：约311 V。 解析：由有效值与最大值关系，。 【即时练习6】某正弦交流电流的最大值为7.07 A，求其有效值，并说明交流电流表的读数。 答案：有效值为5.00 A，交流电流表读数为5.00 A。 解析：；交流电流表显示有效值。 【教师归纳】有效值用相同热效应把交流电与直流电对应起来。区分最大值、瞬时值和有效值，是正确读取铭牌与仪表的关键。 按变化规律—周期频率—有效值递进，用公式、图像、示波器和热效应比较建立交流电的多种表征。 课堂背诵 1. 填空补全：大小和方向都随______做______变化的电流称为交流电；正弦交流电是交流电中一种______的形式。 答案：时间；周期性；最简单最基本。 2. 提问：正弦交流电的电动势、电流和电压瞬时值分别怎样表示？ 答案：，，。 3. 提问：交流电周期和频率的定义、单位及关系是什么？ 答案：周期是完成一次周期性变化所需时间，单位s；频率是1 s内完成周期性变化的次数，单位Hz；二者满足。 4. 填空：我国工农业生产和生活中使用的交流电，周期是______，频率是______。 答案：0.02 s；50 Hz。 5. 提问：交流电有效值怎样定义？正弦交流电的电流、电压有效值与最大值有什么关系？ 答案：相同电阻在相同时间内产生热量相等时，对应直流电的数值就是交流电有效值；，。 围绕定义、公式、单位和教材数据组织背诵，巩固必须准确说写的交流电核心知识。 师生互动 【任务一：读正弦图像】观察图5-6-3，指出波峰、过零点和负半周分别表示什么。 答案：波峰或波谷对应最大值的大小，过零点的瞬时值为零，负半周表示方向与规定正方向相反。 【教师归纳】纵坐标既表示瞬时值大小，也用正负号表示方向；不能把负值理解成“大小为负”。 【任务二：示波器讨论】信号频率为50 Hz时，示波器在同一屏幕宽度显示两个完整周期，扫描频率是多少？ 答案：25 Hz。 【教师归纳】屏幕显示两个周期，说明一次扫描经历两个信号周期，扫描频率为信号频率的一半。 【任务三：热效应比较】某正弦交流电流最大值为14.14 A，它与多大的直流电流通过同一电阻时热效应相同？ 答案：10.0 A。 【教师归纳】按有效值定义，，所以它与10.0 A直流电流热效应相同。 通过读图、示波器和热效应三个任务，使学生在图像、时间尺度和实际作用之间完成迁移。 课堂练习 1. 下列电流中，属于交流电的是（　　）。 A．大小不变、方向不变 B．大小周期变化、方向始终不变 C．大小和方向都随时间周期性变化 D．只在接通瞬间改变方向 答案：C。 解析：交流电的大小和方向都随时间做周期性变化。 2. 某正弦交流电压满足，其中最大值为36 V。当时，正确的是（　　）。 A．最大值为18 V，瞬时值为36 V B．最大值为36 V，瞬时值为−18 V C．有效值为36 V，瞬时值为18 V D．最大值为−36 V，瞬时值为−18 V 答案：B。 解析：最大值由题给定为36 V，代入正弦函数值可得。 3. 频率为50 Hz的交流电在0.12 s内完成多少次周期性变化？ 答案：6次。 解析：频率表示1 s内完成的次数，。 4. 某交流电的周期为0.025 s，求频率。 答案：40 Hz。 解析：由，得。 5. 某正弦交流电压的最大值为，求有效值。 答案：100 V。 解析：。 6. 家庭电路所说的220 V、交流用电器铭牌上的额定电压以及交流电压表的示数有什么共同含义？变压器对交流电压有什么作用？ 答案：这些数值都表示有效值；变压器可以升高或降低交流电压。 解析：交流电数值未特别说明时通常指有效值；交流电便于用变压器改变电压，以满足输配电和用电设备的需要。 由概念判断过渡到瞬时值、周期频率和有效值计算，检查学生能否规范选用物理量和单位。 课堂小结 【教师提问】怎样区分交流电与正弦交流电？ 【教师归纳】交流电的大小和方向都随时间周期变化；其中按正弦规律变化的交流电称为正弦交流电。 【教师提问】怎样用公式和图像描述正弦交流电？ 【教师归纳】瞬时值随时间变化，最大值表示绝对值能达到的最大数值，正负号表示相对于规定正方向的实际方向。 【教师提问】周期和频率怎样换算？ 【教师归纳】周期和频率互为倒数，；计算前先统一时间单位。 【教师提问】为什么铭牌和交流电表采用有效值？ 【教师归纳】有效值用相同电阻、相同时间内的相同热效应与直流电对应，便于统一描述交流电的实际作用。 以四组提问归纳概念、图像、周期频率和有效值，突出正负方向与三种数值的易错辨析。 作业布置 1．复习本节课的知识点； 2．完成课后练习； 3．整理笔记和易错题。 教学反思 ①目标达成：学生能区分交流电与正弦交流电，能从公式和图像识别瞬时值、最大值和方向，并能完成周期、频率与有效值的基础计算。 ②典型问题：部分学生把瞬时值负号理解为“大小为负”，混淆最大值与有效值，或在周期频率换算时忽略单位。 ③原因分析：学生对正方向约定、正弦图像纵坐标和有效值的热效应定义尚未形成统一表征，公式使用容易只记数值关系。 ④改进措施：下一课时用家庭配电和安全用电情境复核220 V有效值，增加图像—公式—仪表读数三种表征互译，并要求计算前先写单位。 学科网（北京）股份有限公司 $