交流电（课件）-高教版第三版《物理（通用类）》【上好课】

主题五 电与磁及其应用 5.6 交流电 高教版《物理（通用类）》 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十六课时《交流电》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第174—178页。 [/Sources] 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。 学习目标 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十六课时《交流电》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第174—178页。 [/Sources] 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：交流电便于用变压器升高或降低电压，也可以驱动结构简单、运行可靠的感应电动机。 交流电与正弦交流电 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十六课时《交流电》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第174—178页。 [/Sources] 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？ 教师归纳：从瞬时值、周期、频率和有效值四个方面描述交流电。 教材情境 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十六课时《交流电》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第174—178页。 - 教材原图：图5-6-1 复兴号列车与高铁接触网。 [/Sources] 教材模型：发电机线圈与磁极相对匀速转动时，线圈中的感应电动势随时间按正弦规律变化。 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。 电流方向随线圈转动周期性改变，由此形成正弦交流电。 正弦交流电的产生 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十六课时《交流电》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第174—178页。 - 教材原图：图5-6-2 交流电的产生原理示意图。 [/Sources] 闭合电路总电阻为R时，电流瞬时值为 电阻R′两端电压的瞬时值为 e、i、u均按相同角频率随时间做正弦变化；Em、Im、Um分别是对应最大值。 电流与电压的瞬时值 i = e R = Em R · sin ωt = Im sin ωt u = iR′ = ImR′ sin ωt = Um sin ωt SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十六课时《交流电》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第174—178页。 [/Sources] 设电动势最大值为Em，任意时刻电动势的数值称为瞬时值，用e表示。 式中，ω为线圈转动的角速度，t为时间。e的正负表示相对于规定正方向的实际方向。 电动势的瞬时值 e = Em sin ωt SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十六课时《交流电》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第174—178页。 [/Sources] 读图要点：波峰和波谷对应最大值的大小；过零点的瞬时值为0；负半周表示实际方向与规定正方向相反。 正弦交流电图像 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十六课时《交流电》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第174—178页。 - 教材原图：图5-6-3 正弦交流电图像。 [/Sources] 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：大小和方向随时间做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 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十六课时《交流电》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第174—178页。 [/Sources] 2. 某交流电动势满足e=Em sin ωt，其中最大值为120 V。当sin ωt=−0.5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， 即时练习 e = 120 × (−0.5) V = −60 V SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十六课时《交流电》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第174—178页。 [/Sources] 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）。 周期描述一次变化需要多久，频率描述每秒变化多少次。 周期与频率 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十六课时《交流电》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第174—178页。 [/Sources] 教材公式：周期和频率互为倒数。 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。换算时先统一时间单位，再使用倒数关系。 周期与频率的关系 T = 1 f SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十六课时《交流电》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第174—178页。 [/Sources] 扫描频率与信号频率相等时，示波器屏幕上稳定显示一个完整周期。 示波器观察：一个周期 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十六课时《交流电》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第174—178页。 - 教材原图：图5-6-4 一个周期。 [/Sources] 降低扫描频率，可在同一屏幕宽度内显示两个完整周期。屏幕包含的周期数越多，一次扫描经历的信号周期越多。 示波器观察：两个周期 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十六课时《交流电》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第174—178页。 - 教材原图：图5-6-5 两个周期。 [/Sources] 3. 某交流电的频率为25 Hz，求它的周期。 答案：0.040 s。 解析：由周期和频率的倒数关系， 即时练习 T = 1 25 Hz = 0.040 s SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十六课时《交流电》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第174—178页。 [/Sources] 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， 即时练习 n = 0.050 s 0.010 s = 5 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十六课时《交流电》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第174—178页。 [/Sources] 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。 有效值用相同热效应把交流电与直流电对应起来，反映交流电产生实际作用的等效大小。 交流电的有效值 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十六课时《交流电》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第174—178页。 [/Sources] 正弦交流电流和电压的有效值与最大值之间满足 家庭电路所说的220 V、交流设备铭牌数值和交流电表的示数均为有效值；未特别说明时，交流电数值也指有效值。 有效值与最大值 I = Im ≈ 0.707 Im U = Um ≈ 0.707 Um SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十六课时《交流电》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第174—178页。 [/Sources] 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 Um = U = 1.414 × 220 V ≈ 311 V SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十六课时《交流电》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第174—178页。 [/Sources] 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，计算得 即时练习 I = Im = 7.07 A = 5.00 A SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十六课时《交流电》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第174—178页。 [/Sources] 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. 正弦交流电的电动势、电流和电压瞬时值分别怎样表示？ 课堂背诵 e = Em sin ωt i = Im sin ωt u = Um sin ωt SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十六课时《交流电》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第174—178页。 [/Sources] 3. 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。 4. 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。 课堂背诵 T = 1 f SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十六课时《交流电》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第174—178页。 [/Sources] 5. 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。 课堂背诵 I = Im ≈ 0.707 Im U = Um ≈ 0.707 Um SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十六课时《交流电》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第174—178页。 [/Sources] 任务一：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0；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，也用正负号表示方向；不能把负值理解成“大小为负”。 师生互动：读正弦图像 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十六课时《交流电》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第174—178页。 [/Sources] 任务二：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。 师生互动：示波器讨论 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十六课时《交流电》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第174—178页。 [/Sources] 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。 课堂练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十六课时《交流电》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第174—178页。 [/Sources] 2. 某正弦交流电压满足u=Um sin ωt，其中最大值为36 V。当sin ωt=−0.5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 课堂练习 u = 36 V × (−0.5) = −18 V SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十六课时《交流电》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第174—178页。 [/Sources] 任务三：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：有效值是与交流电产生相同热效应的直流电数值。 师生互动：热效应比较 I = 14.14 A = 10.0 A SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十六课时《交流电》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第174—178页。 [/Sources] 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， 课堂练习 n = 50 Hz × 0.12 s = 6 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十六课时《交流电》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第174—178页。 [/Sources] 5. 某正弦交流电压的最大值为100√2 V，求有效值。 答案：100 V。 解析：正弦交流电压有效值等于最大值除以， 课堂练习 U = 100 V = 100 V SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十六课时《交流电》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第174—178页。 [/Sources] 4. 某交流电的周期为0.025 s，求频率。 答案：40 Hz。 解析：由周期和频率的倒数关系， 课堂练习 f = 1 0.025 s = 40 Hz SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十六课时《交流电》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第174—178页。 [/Sources] 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。 课堂练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十六课时《交流电》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第174—178页。 [/Sources] 概念区分 交流电的大小和方向随时间周期变化；按正弦规律变化的交流电称为正弦交流电。 公式与图像 瞬时值随时间变化，最大值是绝对值能达到的最大数值，正负号表示实际方向。 周期与频率 周期和频率互为倒数；计算前先统一时间单位。 有效值 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，铭牌和交流电表使用有效值。 课堂小结 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十六课时《交流电》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第174—178页。 [/Sources] 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。 作业布置 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十六课时《交流电》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第174—178页。 [/Sources] $