优秀教案系列
第2节交变电流的描述
教学分析
教学分析
教学目标
1.知道交变电流的周期、频率、峰值、有效值、瞬时值等概念及它们之间的关系,能通过函数表达式和图像来描述交变电流,求解有关物理量。
2.体会根据交变电流的热效应推导交变电流有效值的过程和“等效”的科学方法,培养科学探究精神,形成正确的物理思维方法。
3.了解我国家庭电路的频率和电压等相关数值,能根据有效值的定义求交变电流的有效值;能根据正弦式交变电流的峰值和有效值的关系进行计算;形成对科学和技术应有的正确态度和责任感。
教学重难点
重点:交变电流有效值的求解及瞬时值、有效值、最大值的关系。
难点:交变电流有效值的理解与计算。
教学方法
探究法、讲授法、实验法、讨论法。
课时安排
1课时
教学准备
学生电源、小灯泡、开关、电学实验电路板、多媒体辅助教学设备、学案等。
教学
教学设计
一、情境导入
[实验展示]复习回顾正弦式交变电流的特点和规律,展示两个不同的正弦式交变电流的图像。
[提出问题]观察图像,正弦式交变电流有何特征?如何具体描述这些特征?
[学生回答]正弦式交变电流变化具有周期性,可以用周期和频率来描述交变电流变化的快慢。
[教师总结]板书呈现课题,配合课件使用,引导学生进入本节的学习过程,明确本节的基本教学目标。
二、新课讲授
(一)周期和频率
[情境设问]图像如何反映交变电流的周期和频率?周期和频率如何定义?
[学生回答]交变电流完成一次周期性变化所需的时间,叫作它的周期,通常用T表示,单位是秒(s)。交变电流完成周期性变化的次数与所用时间之比叫作频率,数值等于交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数。频率通常用f表示,单位是赫兹(Hz)。周期和频率互为倒数,
即T=1f或f=
图像中一个完整的正弦波经历的时间为一个周期。
[教师总结]交变电流变化的快慢可以用周期和频率来描述,周期和频率互为倒数。
[提出问题]根据交变电流产生的过程和三角函数知识,周期与转速、角速度有什么关系?
[科学推理与论证]学生推导体会交变电流瞬时值表达式中的周期、角速度、频率以及转速之间的关系:
T=2
f=ω
ω=2πT=2πf=2
[典例]一交变电流的电压随时间的变化图像如图3.2-1所示,求这个交变电流的周期和频率。
图3.2-1
T=0.02s,f=1T
[教师总结]我国日常家用交变电流的频率为50Hz。
(二)峰值和有效值
[提出问题]日常生活用电多为交变电流,直流与交变电流通过相同的用电器,能产生相同的效果吗?如何证明你的结论?
[学生回答]电压调节合适了应该可以。让直流和交变电流通过相同的灯泡,看它们发光的亮暗情况就行。
[实验验证]如图3.2-2所示,将两只“6V0.3A”的小灯泡分别连接在电压为6V的直流电源和交流电源上,观察两灯泡的发光情况。
图3.2-2
[教师总结]相同大小的直流与交变电流可以产生相同的效果。
[提出问题]如果用交变电流加热物体,如何计算加热过程中产生的热量?
[思考与讨论]图3.2-3是通过一个R为1Ω的电阻的电流i随时间变化的曲线。这个电流不是恒定电流。
图3.2-3
1.怎样计算通电1s内电阻R中产生的热量?
2.如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通过这个电阻R,也能在1s内产生同样的热量,这个电流是多大?
[科学推理与论证]把一个周期的变化过程根据电流的变化分成四段,每一段都可看作恒定电流,则一个周期产生的热量就是四个过程产生热量的和。同学们可根据焦耳定律求解。
[学生推导]
1.0~0.2s内电路中产生的热量为Q1=0.2J,
0.2~0.5s内电路中产生的热量为Q2=1.2J,
0.5~0.8s内电路中产生的热量为Q3=1.2J,
0.8~1s内电路中产生的热量为Q4=0.2J,
故1s内产生的总热量Q=Q1+Q2+Q3+Q4=2.8J。
2.恒定电流产生同样热量,则有2.8J=I2×1Ω×1s得出I=2.8A≈1.67A。
[教师总结]峰值和有效值的概念
1.让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的电阻,如果在交变电流的一个周期内它们产生的热量相等,而这个恒定电流的电流与电压分别为I、U,我们就把I、U叫作这一交变电流的有效值。这个“有效”指的是电流热效应的等效。
2.理论计算表明,正弦式交变电流的有效值I、U与峰值Im、Um的关系:
I=Im2=0.707
U=Um2=0.707
强调:这些关系式只适用于正弦式交变电流。
下列情况下的交变电流数值均为有效值:
①使用交变电流的电气设备铭牌上标出的额定电压和