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1、高中物理选修3-2第五章交流电,青岛十七中高二物理集备组 2007.9.26,教材分析与教学建议,第五章 交流电 交变电流 2 描述交变电流的物理量 电感和电容对交变电流的影响 变压器 电能的输送,2007考试说明 1 交变电流.交变电流的图像 2 正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值 3 理想变压器 4 远距离输电 ,一教学的思考,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.,教学的时间安排,第1单元 5.1 交变电流 （1学时） 5.2 描述交变电流的物理量（1学时） 习题课
2、（1 学时） 第2单元 5.3 电感和电容对交变电流的影响（1学时） 第3单元 5.4 变压器 （2学时） 5.5 电能的输送 （1学时）,二、教学设计思路及教学建议,1、交变电流,2、描述交变电流的物理量,3、电感和电流对交变电流的影响,4、变压器,5 、电能的输送,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，知道什么是中性面。 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掌握描述物理量的三种基本方法（文字法、公式法、图象法）。 2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。 3培养学生运用数
3、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,5.1 交变电流,一.交变电流的产生过程,教材并没有直接给出线圈在各个位置时电流的方向,而是以问题的方式引导学生自己分析.,1.理论探究,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,（1）图5.1-3中，甲图所示时刻线圈中电流为多大？在线圈由甲转到乙的过程中，AB中电流向哪个方向流动
4、？大小如何变化？到乙图所示时刻，线圈中电流大小有何特点？ （2）在线圈由乙转到丙的过程中，AB中电流向哪个方向流动？大小如何变化？到丙图所示时刻，线圈中电流大小有何特点？,（3）在线圈由丙转到丁的过程中，AB中电流向哪个方向流动？大小如何变化？到丁图所示时刻，线圈中电流大小有何特点？ （4）在线圈由丁转到甲的过程中，AB中电流向哪个方向流动？大小如何变化？,2.实验验证,(1),(2),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。,给出交流电和直流电的概念.(强调方向的区别),在课后的问题与练习中有两道题用到Em=NBS
5、,(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。,1.中性面,2交变电流的变化规律,(1)若线圈有N匝时，相当于N个完全相同的电源串联，e=NBL1L2sint， 令Em=NBL1L2=NBS=Nm， 叫做感应电动势的峰值，e叫做感应电动势的瞬时值。 (2)根据闭合电路欧姆定律，电流的最Im=Em/(r+R) ，电压的瞬时值i=Imsint (3)根据部分电路欧姆定律，电压的最大值Um=ImR，电压的瞬时值U=Umsint。,电动势、电流与电压的瞬时值与时间 关系图像,3
6、.交流电的图像,此处可与t图相比较,三几种常见的交变电波形,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。,一周期和频率：,二交变电流的峰值（Em，Im，Um）,交变电流的峰值是交变电流在一个周期内所能达到的最大数值，可以用来表示交变
7、电流的电流或电压变化幅度。,电容器的耐压值是指能够加在它两端的最大电压，若电源电压的最大值超过耐压值，电容器可能被击穿。但是交变电流的最大值不适于表示交变电流产生的效果，在实际中通常用有效值表示交变电流的大小。,注意对转速与频率的理解,问题情景,三.有效值（E、I、U）,、定义：让交变电流和直流电通过同样的电阻，如果它们在相同时间内产生热量相等，把直流电的值叫做交变电流的有效值。通常用大写字母U、I、E表示有效值。,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
8、等用有效值。 （）仅在热效应上等效，并非在所有方面都等效,2正弦交流电有效值和最大值的关系,注意区分交流电的“四值”,、最大值,、有效值,、平均值,、瞬时值,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
9、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。,一电感对交变电流的阻碍作用 演示电阻、电感对交、直流的影响。实验电路如下图甲、乙所示：,说明：由于电感线圈中通过交变电流时产生自感电动势，阻碍电流变化，对交变电流有阻碍作用.电感对交变电流阻碍作用大小用感抗来表示.线圈自感系数越大，交变电流的频率越高，感抗越大.,、感抗的利用 （1）低频扼流圈 自感系数很大。对低频交变电流有很大的阻碍作用。即“通直流、阻交流”。 （2）高频扼流圈 自感系数小。对低
10、频交变电流阻碍小，对高频交变电流阻碍大。即“通低频、阻高频,、线圈的作用：线圈有“通直流、阻交流”或“通低频，阻高频”特征,、感抗：电感对交流电的阻碍作用的大小,、影响感抗的因素：自感系数，交流电频率。线圈自感系数越大，交变电流的频率越高，感抗越大。,二、交变电流能够通过电容器 演示电容对交、直流的影响。 实验电路如图所示：,电容器交替进行充电和放电，电路中就有了流， 表现为交流通过了电容器。,、电容器的作用：电容器具有“通交流、隔直流”“通高频、阻低频”的特点,、容抗：电容对交流电的阻碍作用的大小,、影响容抗的因素：电容，交流电频率。电容器的电容越大，交变电流频率越高，容抗越小,三.电容器对
11、交变电流的阻碍作用,本节内容不用做太多的应用训练,电容越大,在同样电压下电容器容纳电荷越多，因此充放电的电流越大，容抗就越小；交变电流的频率越高，充放电进行得越快，充放电电流越大，容抗越小.,四.变压器,（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：探究变压比和匝数比的关系。
12、难点：探究变压比和匝数比的关系。,一.变压器的原理,、构造：变压器就是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈构成的。 一个线圈跟电源连接，叫原线圈（初级线圈），另一个线圈跟负载连接，叫副线圈（次级线圈）。两个线圈都是绝缘导线绕制成的。铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成。,、画出变压器的结构示意图和符号，如下图示：,用可拆变压器向学生展示变压器的构造,、变压器的原理：互感现象时变压器工作的基础。通过互感现象，电源的能量可以从一个线圈传输给另一个线圈。,二、电压与匝数的关系,、利用可拆变压器，学生电源，多用电表，导线若干，探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系,注意事项：（1）连接好电路后，同组同学分别独立
13、检查，然后由老师确认，电路连接无误才能接通电源。 （2）注意人身安全。只能用低压交流电源，可使用电源电压为V （3）使用多用电表交流电压档测电压时，先用最大量程测试，然后再用适当的挡位进行测量。,取U16V,2电压与匝数的关系,让学生实验分析数据，归纳结论,、理想变压器：没有能量损失的变压器叫做理想变压器。 只适用于理想变压器。 实际上变压器的工作效率都很高，可近似当成理想变压器处理。,三、理想变压器原线圈的输入功率与副线圈的输出功率相等：P出=P入,四、电流与匝数的关系 理想变压器只有一个副线圈，则原副线圈中的电流I1与I2 ，据P出=U2I2，P入=U1I1及P出=P入 得：,学生在教师的
14、引导下进行理论探究,思考一：升压变压器，n2n1，降压变压器，n2n1。 升压变压器，I2I1。,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，I2I1，所以副线圈导线要比原线圈导线粗一些。,自学了解：电压互感器和电流互感器的作用和原理,五应用,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
15、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、降低输电损耗的两个途径,1.减小输电线的电阻 根据电阻定律电阻定律可知r= ，要减小输电线的电阻r，可采用下述方法： 减小材料的电阻率.银的电阻率最小，但价格昂贵，目前选用电阻率较小的铜或铝作输电线. 减小输电线的长度L不可行，因为要保证输电距离. 增加导线的横截面积.近距离输电可适当增大横截面积。 对于远距离输电，若增加导线的横截面积，不仅不经济，而
16、且架线困难。 2.减小输电电流 在输电功率一定的条件下，根据P=UI可知，要减小输电线中的电流I，必须提高输电电压U，这就是采用高压输电的道理。,根据功率损失的表达式P=I2r可知，要减少输电线上的功率损失，有两种方法：其一是减小输电线的电阻；其二是减小输电电流。,在输电电流一定的情况下，线路电阻减为原来的一半，线路中损耗的功率减为原来的。 在线路电阻一定的情况下，电压提高一倍，线路中的电流减为一半，而损耗的功率减为原来的。,、两种途径比较,二、远距离高压输电的原理,设发电机的输出功率为P，I2= PU2，则功率损失为 P=I22R 用户得到的功率为P用=P-P 输电线路上的电压损失为：U=I2R，则U3=U2-U,远距离高压输电示意图,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。,2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。,