交流电教材分析与教学建议

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,高中物理选修,3-2,第五章,交流电,第六章,传感器,房山教师进修学校 付永敢,教材分析与教学建议,新,第五章 交变电流,1,交变电流,2,描述,交变电流的物理量,3,电感和电容对交变电路的影响,4,变压器,5,电能的输送,原,第十七章交变电流,一、交变电流,的产生和变化规律,二、,表征,交变电流的物理量 三、电感和电容对交变电流的影响 四、变压器,五、电能的输送*六、三相交变电流,新、旧教材章节结构对比,新,第六章 传感器,1,传感器及其工作原理,2,传感器的应用（一）,3,传感器的应用（二）,4,传感器的应用实例,原,第二册（必加选）,阅读,电容式传感器,阅读,动圈式话筒原理,实验,传感器的简单应用,新、旧教材章节结构对比,教材分析和对教材处理方法,交变电流知识和生产、生活关系密切，有广泛的应用，考虑到高中阶段只对交流电的产生、描述方法、基本规律作简要的介绍，这些知识是已学过的电磁感应的引伸，所以这一章的教学过程对开阔学生思路、提高能力是很有好处的。由于本章基础知识是电磁感应，所以讲述这个单元之时，教学方法可采用老师多指点，让学生自学、讨论、推导总结，另一方面也采用演示、观察、对比等，培养学生知识迁移、活学活用的能力,教学的思考和教学建议,第五章 交变电流,1,、教学的难点,2,、教学的重点,3,、考试的热点,有效值的概念,远距离输电过程的有关计算,.,交流电的变化规律及其应用,理想变压器的应用,.,交流电的变化规律及其应用,.,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。,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,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。,2,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,重点：交变电流产生的物理过程的分析。,难点：交变电流的变化规律及应用。,第一节、交变电流,建议,:,将一个周期内的四个位置和四个过程的电流大小、方向从中性面起依次以问题的形式展现,让学生对交变电流的产生过程有一个完整的认识,一、交变电流的产生,二,.,交变电流的变化规律,教材中未对交变电流的瞬时值表达式作理论推导，建议在实际教学中对交变电流的,瞬时值表达式,进行推导。,在课后的练习中用到,E,m,=,NBS,(1),定义,:,与磁感线垂直的平面。,(2),强调,:,线圈处于中性面位置时，穿过线圈,最大，但,I,=0,。,线圈越过中性面，线圈中感应电流方向要改变。线圈转一周，感应电流方向改变两次。,三,.,中性面,电动势、电流与电压的瞬时值与时间 关系图像,四,.,交流电的图像,此处可与,t,图相比较,例,1,：一闭合正方形线圈匝数,N=100,匝，边长,10cm,，线圈总电阻为,10,。线圈绕,OO,轴在,B=0.5T,的匀强磁场中匀速转动，每分钟转,1500,转，求,(1),的电动势瞬时值表达式（,2,）从图示位置计时线圈平面从图示位置转过,30,O,时，感应电动势的值是多少？,(3),线圈平面从图示位置转过,1/100s,时，感应电动势的值是多少？,(4),线圈平面与磁场方向成,30,O,时，感应电动势的值是多少？,第二节,.,描述交变电流的物理量,（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,重点：交变电流有效值概念。,难点：交变电流有效值概念及计算,有效值与平均值的区别。,有效值是表征正弦交流电的大小及衡量交流电做功能力大小的物理量。有效值是以电流热效应的观点来量度交流电的大小。量度的方法是：不论是交流电流还是直流电流，只要它们的热效应相等，它们的有效值就相等。,有效值是瞬时值平方的平均再开方，所以，有效值又称为方均根值,。,一般不同时间内的交流电有效值是不同的。当时间段远大于其周期时,则可以认为这一时间内有效值等于一个周期内的有效值。,一、交流电的有效值,强调,（）上面三式仅适用于正弦（或余弦）交流电,（）各种使用交变电流的电器设备上所示值为有效值。,（）交变电流表（电压表或电流表）所测值为有效值。,（）计算交变电流的功、功率、热量、,确定保险丝的熔断电流时,等用有效值。,（）仅在热效应上等效，并非在所有方面都等效,二、正弦交流电有效值和最大值的关系,对图,1,所示的方波而说,由定义显然可得有效值与最大值相等。对图,2,所示的三角波和图,3,所示的锯齿波。由定义可得有效值等于最大值被 除,I,0.577,I,m,。,三、其它常见交流电的有效值,交流电流的平均值是交流图象中波形对横轴,(t,轴,),所围,“,面积,”,对时间的比值。由于其值大小表示单位时间内通过的电量平均值,因此,计算通过导体的电量时应用交流电的的平均值。平均值大小与所取时间间隔有关。,交流电在半周期内，通过电路中导体横截面的电量,Q,和其一直流电在同样时间内通过该电路中导体横截面的电量相等时，这个直流电的数值就称为该交流电在半周期内的平均值。,四、交流电的平均值,注意区分交流电的“四值”,、最大值,、,有效值,、,平均值,、瞬时值,例,2,：如图,12,4,所示，矩形线圈,abcd,在磁感强度,B=2T,的匀强磁场中绕轴,OO,，以角速度,=10rad/s,匀速转动，线圈共,10,匝，,ab=0.3m,，,bc=0.6m,，负载电阻,R=45,。,求：（,l,）电阻,R,在,0.05s,内所发出的热量；,（,2,）,0.05s,内流过的电量（设线圈从垂直中性面开始转动）,例,3,、交流电有效值的计算,如图表示一交流电的电流随时间而变化的图像此交流电流的有效值是,第三节,.,电感和电容对交变电流的影响,（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。,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。,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。,（一）知识与技能,1,知道变压器的构造，了解变压器的工作原理。,2,理解理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系和,电流与匝数的关系,，能应用它分析解决有关问题。,（二）过程与方法,在探究变压比、电流比和匝数比的关系中培养学生运用物理理想化模型分析问题、解决问题的能力。,（三）情感、态度与价值观,1,使学生体会到能量守恒定律是普遍适用的。,2,培养学生实事求是的科学态度。,重点：探究理想变压器变压比和匝数比的关系。,难点：探究理想变压器变压比和匝数比的关系。,第四节,.,变压器,一、理想变压器,1.,没有漏磁即通过两绕组每匝的磁通量都一样,2,、两绕组中没有电阻从而没有铜损即忽略绕组导线中的焦耳损耗,3.,铁芯中没有铁损即忽略铁心中的磁滞损耗和涡流损耗,4.,原副线圈的感抗趋于无穷大，从而空载电流趋于零,变压器的铁芯由高导磁材料硅钢片制成，它的导磁系数,约为空气的导磁系数的,2000,倍以上。大部分磁通都在铁芯中流动，主磁通约占总磁通的,99,以上，而漏磁通占总磁通的,1,以下。也就是说没有铁芯，变压器的效率会很低，大部分磁通就在空气中浪费掉了。,如果有超导材料出现超导材料 那么硅钢片就可以退休了,铁芯的作用,二、变压比公式的推导,u,1,-e,1,=I,1,r,1,e,2,=I,2,r,2,+u,2,r,1,、,r,2,很小,u,1,e,1,e,2,u,2,e,1,=N,1,/t,e,2,=N,2,/t,u,1,/u,2,=N,1,/N,2,三、理想变压器各物理量变化的决定因素及动态分析,当理想变压器原、副线圈的匝数不变时，如果变压器的某物理量发生变化，怎样确定其它物理量的变化呢？可依据以下原则判断：,（,1,）输入电压,U,1,决定输出电压,U,2,。,U,2,与,U,1,成正比。,（,2,）输出电流,I,2,决定输入电流,I,1,。,I,1,与,I,2,成正比。,（,3,）输出功率,P,2,决定输入功率,P,1,。,P,1,=P,2,思考一：升压变压器，,n,2,n,1,，降压变压器，,n,2,n,1,。,升压变压器，,I,2,I,1,。,思考二：在绕制升压变压器原副线圈时，副线圈导线应比原线圈导线粗一些好，还是细一些好？降压变压器呢？,因为升压变压器，,I,2,I,1,，所以副线圈导线要比原线圈导线粗一些。,了解：,电压互感器和电流互感器的作用和原理,四、应用,为什么电压互感器和电流互感器的二次侧必须接地,?,电压互感器和电流互感器的二次侧接地属于保护接地。因为一、二、次侧绝缘如果损坏，一次侧高压串到二次侧，就会威胁人身和设备的。,例,4,如图所示为一理想变压器，,S,为单刀双掷开关,P U,1,是滑动变阻器的滑动触头，,U,1,为加在原线圈两端的电压，,I,1,为原线圈中的电流强度，则,A,保持,U1,及,P,的位置不变，,S,由,a,合到,b,时，,I,1,将增大,B,保持,P,的位置及,U,1,不变，,S,由,b,合到,a,时,R,消耗的功率减小,C,保持,U,1,不变，,S,合在,a,处，使,P,上滑，,I,1,将增大,D,保持,P,的位置不变，,S,合在,a,处，若,U,1,增大，,I,1,将增大,例,5,如图所示，,A,、,B,、,C,、,D,是四个相同的白炽灯，都处于正常发光状态，则图中,ab,、,cd,两端电压,U,1,与,U,2,之比是,A,31,B,41,C,32,D,21,第五节,.,电能的输送,（一）知识与技能,1,知道,“,便于远距离输送,”,是电能的优点，知道输电过程。,2,知道降低输电损耗的两个途径，,会进行远距离输电的有关计算,3,了解电网供电的优点和意义。,（二）过程与方法,通过思考、讨论、阅读，培养学生阅读、分析、综合和应用能力,（三）情感、态度与价值观,1,培养学生遇到问题要认真、全面分析的科学态度。,2,介绍我国远距离输电概况，激发学生投身祖国建设的热情。,重点：找出影响远距离输电损失的因素，使学生理解高压输电可减少功率与电压损失。,难点：理解高压输电原理，区别导线上的输电电压,U,和损失电压,U,。,一、电路模型,：,几个基本关系：,功率关系：,P,1,=P,2,，,P,1,=P,2,，,P,2,=P,1,+P,损,。,电压电流关系：,具体,U,、,I,、,P,的计算，根据欧姆定律和功率公式求解。找到各部分,U,、,I,、,P,的关系是解题的关键，特别注意电流常是联系各部分的一个重要量，在变压器的输入、输出端有：，在线路电阻上有：或 都可求,I,。,二、远距离输电问题解题思路：,（）画好远距离输电示意图,（）将有关物理量字母标在图上,（）认真分析输电过程的各个环节，列出物理方程式求解。该过程一般有五个环节：发电机回路；升压变压器；远距离输电部分；降压变压器；用户。,三、电网供电,采用电网供电可以在能源产地使用大容量发电机组，降低一次能源的输送成本，获得最大的经济效益；此外，电网可以减少断电的风险，调剂不同地区电力供需平衡，保障供电质量,。,例,6,某学校配有一套校内备用供电系统，由一