高中物理 描述交變電流的物理量教案設計
一、 預習目標
1、 知道描述交變電流的相關物理量
2、 知道物理量之間的關系
二、 預習內(nèi)容
表征交變電流的物理量
1、瞬時值：正弦交流電瞬時值的表達式為：
電壓瞬時值：（ ） 電流瞬時值：（ ）
2、最大值：交流電的最大值反映的是交流電大小的變化范圍，當線圈平面與磁力線平行時，交流電動勢最大值：（Em＝NBSω），
瞬時值與最大值的關系是：（－Em≤e≤Em）
3、有效值：交流電的有效值是根據(jù)電流的熱效應來規(guī)定的。即在同一時間內(nèi)，跟某一交流電能使同一電阻產(chǎn)生相等熱量的直流電的數(shù)值，叫做該交流電的有效值，正弦交流電的有效值與最大值之間的關系是：
（E=Em/ U=Um/ I=Im/ ）
各種交流電電氣設備上所標的、交流電表上所測得的以及在敘述中沒有特別加以說明的交流電的最大值，都是指（ ）
4、平均值：交流電的平均值是交流電圖像中波形與橫軸所圍的面積跟時間的比值，用（e=nΔΦ／Δt）計算
5、表征交變電流變化快慢的物理量
①周期T：電流完成一次周期性變化所用的時間。單位：s .
�、陬l率f：一秒內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)。單位：HZ.
③角頻率ω：就是線圈在勻強磁場中轉動的角速度。單位：rad/s.
�、芙撬俣�、頻率、周期的關系（ω=2πf=2π/T）
課內(nèi)探究學案
一、學習目標
l、掌握表征交變電流大小物理量．
2、理解有效值的定義并會用它解決相關問題．
3、掌握表征交變電流變化快慢的物理量．
學習重難點：表征物理量及物理量間的關系，并能熟練解決相關問題
二、學習過程
1、寫出正弦式交變電流電動勢的最大值、瞬時值、有效值以及平均值表達式？
2、峰值、有效值和平均值有什么區(qū)別？
3、對于正弦式交變電流其有效值與最大值得關系是： ，是不是對一切交變電流都是如此？
3、在我們經(jīng)常遇到的問題中，那些地方應用有效值？那些地方應用最大值？那些地方應用平均值？
三、反思總結
本節(jié)課學習的是描述交變電流的物理量。如：周期和頻率表示交變電流周期性變化快慢的物理量；最大值表明交變電流在變化過程中所能達到的最大數(shù)值，反映了交變電流的變化范圍；而有效值反映的是交流電的熱效應在時間上的平均效果。交變電流的有效值是教學的重點也是難點。
四、當堂檢測
1、電阻R1、R2與交流電源按照圖1方式連接，R1=10Ω，R2 =20Ω。合上開關S后，通過電阻R1的正弦交變電流i隨時間t變化的情況如圖2所示。則 ( )
A．通過R1的電流有效值是1.2A
B．R1兩端的電壓有效值是6V
C．通過R2的電流最大值是1.2 A
D．R2兩端的電壓最大值是6 V
答案：BD
2、如圖2所示，表示一交流電的電流隨時間的變化圖象，其中電流正值為正弦曲線的正半周，則該交流電的有效值為多少？
答案：
課后練習與提高
1、圖5－2－1表示一交變電流隨時間變化的圖象。此交變電流的.有效值是：（ ）
A.5 安 B.5安 C.3.5 安 D. 3.5安
答案：B
2、如圖5－2－2所示，在勻強磁場中有一個“冂”形導線框可繞AB軸轉動，已知勻強磁場的磁感強度B=5 /πT，線框的CD邊長為20cm.CE、DF長均為10cm，轉速為50r/s，若從圖示位置開始計時，
（1）寫出線框中感應電動勢的瞬時值表達式；
�。�2）若線框電阻r=3,再將AB兩端接“6V，12W”燈泡，小燈泡能否正常發(fā)光？若不能，小燈泡實際功率多大？
解析：（1）注意到圖示位置磁感線與線圈平面平行，瞬時值表達式應為余弦函數(shù)，先出最大值和角頻率：
ω=2πn=100πrad/s
Em=BSω=5 /π×0.2×0.1×100π=10 (V)
所以電動勢瞬時表達式應為：e=10 cos100πt(V)。
�。�2）小燈泡的電阻為R=U額2／Ｐ額＝62/12=3Ω，
先求出交變電流電動勢有效值 E=Em/ =10(V)
此后電路可看成恒定電流電路，由于R=r, U=Em/2=5V，小于額定電壓，故小燈泡不能正常發(fā)光。其實際功率是p=U2/R=52/3=25/3=8.3(W)
3、將電阻為r的直導線abcd沿矩形框架邊緣加以彎曲，折成“п”形，其中ab=cd=L1，bc=L2。在線端a、d間接電阻R和電流表A，且以a、d端連線為軸，以角速度在磁感應強度為B的勻強磁場中勻速轉動，如圖5-2-3所示，求：
�。�1）交流電流表A的示數(shù)；
（2）從圖示位置轉過90°角的過程中，電阻R上產(chǎn)生的熱量；
（3）寫出彎曲導線轉動過程中，從圖示位置開始計時的電動勢的表達式。
解析：（1）彎曲導線轉到圖示位置時有感應電動勢的峰值為Em=BL2ωL1= BωL1L2
產(chǎn)生電流的峰值為Im=Em/(R+r)= BωL1L2/(R+r)
電流表A的示數(shù)I=Im/ = BωL1L2/2(R+r)
（2）由圖示位置轉過90°角所用時間t=T/4=π/２ω
電阻R上產(chǎn)生的熱量為QR=I2Rt=πωR B2L12L22/4(R+r)2
�。�3）電動勢為e=Emcosωt= BωL1L2cosωt
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