交變電流復(fù)習(xí)教案人教課標版(精美教案)

1、第十三章交變電流考綱要求、交流發(fā)電機及其產(chǎn)生正弦式電流的原理,正弦式電流的圖象和三角函數(shù)表達,最大值與有效值,周期與頻率n、電阻、電感和電容對交變電流的作用,感抗和容抗I、變壓器的原理,電壓比和電流比n、電能的輸送I說明：只要求討論單相理想變壓器知識網(wǎng)絡(luò)：單元切塊：根據(jù)考綱的要求,本章內(nèi)容可以分成兩局部,即：交變電流；變壓器、電能的輸送.其中重點是交變電流的規(guī)律和變壓器,交流電路的分析和計算是復(fù)習(xí)的難點.交變電流教學(xué)目標：.掌握交流發(fā)電機及其產(chǎn)生正弦式電流的原理,正弦式電流的圖象和三角函數(shù)表達,.理解最大值與有效值,周期與頻率；.知道電阻、電感和電容對交變電流的作用,感抗和容抗教學(xué)重點：交流的

2、根本概念教學(xué)難點：交流電路的分析與計算教學(xué)方法：講練結(jié)合,計算機輔助教學(xué)教學(xué)過程：一、交變電流的產(chǎn)生,正弦交流電的產(chǎn)生當閉合矩形線圈在勻強磁場中,繞垂直于磁感線的軸線做勻角速轉(zhuǎn)動時,閉合線圈中就有交流電產(chǎn)生.如下圖.設(shè)矩形線圈以角速度 3 繞軸、從線圈平面跟磁感線垂直的位置開始做逆時針方向轉(zhuǎn)動.此時,線圈都不切割磁感線,線圈中感應(yīng)電動勢等于零.經(jīng)過時間線圈轉(zhuǎn)過 3 角,這時邊的線速度方向跟磁感線方向夾角等于 3,設(shè)邊的長度為,邊的長度為,線圈中感應(yīng)電動一l勢為e=2Blsint2當線圈平面轉(zhuǎn)到跟磁感線平行的位置時,線圈轉(zhuǎn)過時間,3 冗,邊和邊都垂直切割磁感線,3,線圈中感應(yīng)電動勢最大,用來表示

3、,3.那么 3規(guī)律變化由上式知,在勻強磁場中,勢是按正弦規(guī)律變化的.繞垂直于磁感線的軸做勻角速轉(zhuǎn)動的線圈里產(chǎn)生的感應(yīng)電動根據(jù)閉合電路歐姆定律:那么.eEmEmi=一=sin切t,令I(lǐng)m=RRRco如果線圈從如下圖位置開始轉(zhuǎn)動,電路中感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流和路端電壓將按余弦中性面當線圈轉(zhuǎn)動至線圈平面垂直于磁感線位置時,各邊都不切割磁感線,線圈中沒有感應(yīng)電流,這個特定位置叫做中性面.應(yīng)注意：中性面在垂直于磁場位置.線圈通過中性面時,穿過線圈的磁通量最大.線圈平面通過中性面時感應(yīng)電動勢為零.線圈平面每轉(zhuǎn)過中性面時,線圈中感應(yīng)電流方向改變一次,轉(zhuǎn)動一周線圈兩次通過中性面,故一周里線圈中電流方向改變兩次.

4、正弦交流電的圖象矩形線圈在勻強磁場中,繞垂直于磁感線的軸做勻角速轉(zhuǎn)動,線圈里產(chǎn)生正弦交流電.當線圈從中性面開始轉(zhuǎn)動,在一個周期中：在6(,)時間內(nèi),線圈中感應(yīng)電動勢從到達最大值.在E(,)時間內(nèi),線圈中感應(yīng)電動勢從最大值減小到.在右(,)時間內(nèi),線圈中感應(yīng)電動勢從增加到負的最大值.在 W(,)時間內(nèi),線圈中感應(yīng)電動勢的值從負的最大值減小到.、瞬時值：它是反映不同時刻交流電的大小和方向,正弦交流瞬時值表達式為:e=msint,i=Imsincot.應(yīng)當注意必須從中性面開始.生活中用的市電電壓為,其最大值為J2(有時寫為),頻率為,所以其電壓瞬時值的表達式為.【例】有一正弦交流電源,電壓有效值,頻

5、率為向一霓虹燈供電,假設(shè)霓虹燈的激發(fā)電壓和熄滅電壓均為J2,試估算在一個小時內(nèi),霓虹燈發(fā)光時間有多長為什么人眼不能感到這種忽明忽暗的現(xiàn)象解析：由正弦交流電的最大值與有效值的關(guān)系得：J2設(shè)時交流電的瞬時電壓那么交流電的瞬時表達式為電路中的感應(yīng)電流、路端電壓與感應(yīng)電動勢的變化規(guī)律相同,如下圖.、描述交變電流的物理量如下圖,畫出一個周期內(nèi)交流電的圖象,其中陰影局部對應(yīng)的時間表示霓虹燈不能發(fā)光的時間,根據(jù)對稱性,一個周期內(nèi)霓虹燈不能發(fā)光的時間為,當J2時,由上式得,再由對稱性求得一個周期內(nèi)能發(fā)光的時間：s75再由比例關(guān)系求得一小時內(nèi)霓虹燈發(fā)光的時間為：3600J=2400s17550很明顯霓虹燈在工作

6、過程中是忽明忽暗的,而熄滅的時間只有如圖時刻到時刻由于人的眼睛具有視覺暫留現(xiàn)象,而這個視覺暫留時間約為遠大于,因此經(jīng)過燈光刺激的人眼不會由于短暫的熄滅而有所感覺.、最大值：也叫峰值,它是瞬時值的最大者,它反映的是交流電大小的變化范圍,當線圈平面跟磁感線平行時,交流電動勢最大,Em=NBSco轉(zhuǎn)軸垂直于磁感線.電容器接在交流電路中,那么交變電壓的最大值不能超過電容器的耐壓值.【例】把一電容器接在的交流電路中,為了保證電容不被擊穿,電容器的耐壓值是多少解析： 不低于,2,不少學(xué)生往把電容器與燈泡類比,額定電壓的燈泡接在的交流電源上正常發(fā)光.從而錯誤的認為電容器的耐壓值也只要不低于即可,事實上,電容

7、器接在交流電路中一直不斷地進行充、放電過程.電容器兩極間電壓最大可達J2,故電容器的耐壓值應(yīng)不低于.2.、平均值：它是指交流電圖象中圖線與橫軸所圍成的面積值跟時間的比值.其量值可用法拉第電磁感應(yīng)定律E=N來求,特殊地,當線圈從中性面轉(zhuǎn)過度的過程中,有t2一,一,E=-Em.計算平均值切忌用算術(shù)平均法即JTE-E1E2求解.平均值不等于有效值.2【例】如下圖,求線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過二角的過程中,通過線圈某一橫截面的電量解析：在計算電量問題中,一定要用電流、電壓平均值E=N而=92一Q=BSsin60=-3BS.：t212、有效值：果它們在相同的時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等,就把這一直流的數(shù)值叫做這一交流的

8、有效值.正弦交流電的有效值跟最大值之間的關(guān)系對于非正弦電流的有效值以上關(guān)系不成立,應(yīng)根據(jù)定義來求.通常所說交流電壓、是用電壓表、電流表測得的,都是指有效值.用電器上所標電壓、電流值也是指有效值算交流電通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量、熱功以及確定保險絲的熔斷電流時,只能用有效值.【例】如下圖,兩平行導(dǎo)軌與水平面間的傾角為8=37.,電阻不計,間距=長度足夠長,導(dǎo)軌處于磁感應(yīng)強度=,方向垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強磁場中.導(dǎo)軌兩端各接一個阻值為=Q電阻,另一橫跨在導(dǎo)軌間的金屬棒質(zhì)量=1kg,電阻=棒與導(dǎo)軌間的滑動摩擦因數(shù)金屬棒以平行于導(dǎo)軌的向上初速度0=10m上滑,直至上升到最高點過程中,通過上端電阻電量Aq=0.

9、10取10m,求上端電阻產(chǎn)生的焦耳熱?解析：設(shè)棒沿斜面能上升的最大距離為,磁感應(yīng)強度垂直斜面向上,棒受力分析分別如圖、所示.由圖可知,在棒上升過程中,通過棒某一截面的電量應(yīng)為歙.由I=獨=E一得.：tR0一r2Efr)設(shè)電路各電阻消耗的總焦耳熱為Qs2r22%=61020曲.中=V3NBSR-2R交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)規(guī)定的:讓交流和直流通過相同阻值的電阻,電流.在計那么等效電路和導(dǎo)體BLs.q(R0r)二2.：t：tBL0.3m,RNa【例】交流發(fā)電機的轉(zhuǎn)子由/的位置開始勻速轉(zhuǎn)動,與它并聯(lián)的電壓表的示數(shù)為,那么從金屬棒開始運動到最高點過程,利用能量守恒關(guān)系有Q單+Wa+=1mv.

10、22C1-Q.=/總=此題中,求電阻產(chǎn)生的焦耳熱Q應(yīng)該用電流的有效值計算,由于只能通過能量關(guān)系求得Q.、感抗和容抗統(tǒng)稱電抗、感抗表示電感對交變電流的阻礙作用,其特點是“通直流,阻交流頻.、容抗表示電容對交變電流的阻礙作用,其特點是“通交流,隔直流頻.【例】 左右兩個電路都是從左端輸入信號,從右端輸出信號.左圖中輸入的是高頻、低頻混合的交流信號,要求只輸出低頻信號；右圖中輸入的是直流和低頻交流的混合信號,要求只輸出低頻交流信號.那么、 中哪個該用大電容哪個該用小電容解：電容的作用是“通交流,隔直流、“通高頻,阻低頻,由其表達式?？煽闯觯鹤髨D中的必須用電容小些的,才能使高頻交流順利通過,而低頻不易

11、通過,這種電容器叫高頻旁路電容器.右圖中的一般用電容大的,使低頻交流電很容易通過,只有直流成分從電阻上通過,這種電容器叫隔直電容器.【例】電學(xué)元件的正確使用,對電路平安工作起著重要作用.某電解電容器上標有科字樣,以下說法中正確的選項是.此電容器在交流、直流電路的電壓時都能正常工作.此電容器只有在不超過的直流電壓下才能正常工作.當工作電壓是直流時,電容才是科.假設(shè)此電容器在交流電壓下工作,交流電壓的最大值不能超過解：電解電容器的極性是固定的,因此只能在直流電壓下工作.選四、綜合例析手I無法求,因此、“通低頻,阻高、“通高頻,阻低HTrrrV不能用有效值、最大值或瞬時值.求電熱應(yīng)該用有效值,先求總

12、電熱,再根據(jù)內(nèi)外電阻之比求上產(chǎn)生的電熱.222、R二nBSRQ-2Rr4Rr2這里的電流必須要用有效值,不能用平均值、最大值或瞬時值.根據(jù)能量守恒,外力做功的過程是機械能向電能轉(zhuǎn)化的過程,析功和能.【例】左圖所示是某種型號的電熱毯的電路圖,電熱毯接在交變電源上,通過裝置使加在電熱絲上的電壓的波形如右圖所示.此時接在電熱絲兩端的交流電壓表的讀數(shù)為當線圈轉(zhuǎn)過.時交流電壓的瞬時值為解：電壓表的示數(shù)為交流電壓有效值,由此可知最大值為為.42.而轉(zhuǎn)過.時刻的瞬時值【例】通過某電阻的周期性交變電流的圖象如右.求該交流電的有效值.解：該交流周期為,前為恒定電流3A,后為恒定電流-6A,因此這一個周期內(nèi)電流做

13、的功可以求出來,根據(jù)有效值的定義,設(shè)有效值為,根據(jù)定義有：r/xios帶入數(shù)據(jù)計算得：32【例】交流發(fā)電機轉(zhuǎn)子有匝線圈,每匝線圈所圍面積為,勻強磁場的磁感應(yīng)強度為,勻速轉(zhuǎn)動的角速度為 3,線圈內(nèi)電阻為,外電路電阻為.當線圈由圖中實線位置勻速轉(zhuǎn)動.到達虛線位置過程中,求：通過的電荷量為多少上產(chǎn)生電熱為多少外力做的功為多少解：由電流的定義,計算電荷量應(yīng)該用平均值：即q=It,而I=En.CnBSR+rt(R+r)t(R+r廠口-nBS,這里電流和電動勢都必須要用平均值,Rr2Q=I2(Rr)t=E2二(nBScofn22c2.nBS,4RrQR電流通過電阻,又將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,即放出電熱.因此二中

14、七為2O4Rr定要學(xué)會用能量轉(zhuǎn)化和守恒定律來分解：從圖象看出,每個周期的前半周期是正弦圖形,其有效值為；后半周期電22壓為零.根據(jù)有效值的定義,T=-+0,得,選.RR2五、針對練習(xí)1、矩形線圈在勻強磁場中繞著垂直磁感線方向的軸勻速轉(zhuǎn)動,當線圈通過中性面時,以下說法中正確的選項是、穿過線圈的磁通量最大,線圈中的感應(yīng)電動勢最大、穿過線圈的磁通量等于零,線圈中的感應(yīng)電動勢最大、穿過線圈的磁通量最大,線圈中的感應(yīng)電動勢等于零、穿過線圈的磁通量等于零,線圈中的感應(yīng)電動勢等于零.一矩形線圈繞垂直磁場方向的軸在勻強磁場中轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生的交變電動勢22兀,由此可以判斷時,線圈平面和磁場垂直時,線圈的磁通量為零時

15、,線圈切割磁感線的有效速度最小時,第一次出現(xiàn)最大值.線圈在勻強磁場中勻角速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生的交變電流如下圖,那么.在和時刻線圈平面和磁場垂直.在和時刻線圈中的磁通量為零.從時刻到時刻線圈轉(zhuǎn)動的角度為兀.假設(shè)從時刻到時刻經(jīng)歷的時間為,那么該交變電流在的時間內(nèi)方向會改變次.一個矩形線框的面積為,在磁感應(yīng)強度為的勻強磁場中,從線圈平面與磁場垂直的位置開始計時,轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)秒,那么.線框交變電動勢的最大值為兀.線框交變電動勢的有效值為12兀.從開始轉(zhuǎn)動經(jīng)過周期,線框中的平均感應(yīng)電動勢為.感應(yīng)電動勢瞬時值為兀兀.關(guān)于交流電的有效值和最大值,以下說法正確的選項是.任何形式的交變電流的有效值和最大值都有關(guān)系典.只有正

16、弦式電流才有J2的關(guān)系 照明電壓、動力電壓,指的都是交變電流的有效值 交流電壓表和電流表測量的都是交變電流的有效值.一只窟管的起輝電壓為,把它接在的交變電源上,在一個交變電壓的周期內(nèi),窟管的發(fā)光時間為.對于如下圖的電路,以下說法正確的選項是 、端接穩(wěn)恒直流電,燈泡發(fā)亮.、端接交變電流,燈泡發(fā)亮.、端接交變電流,燈泡發(fā)亮,且將電容器電容增大時,燈泡亮度增大.、端接交變電流,燈泡發(fā)亮,且將電容器電容減小時,燈泡亮度增大.對于如下圖的電路,以下說法正確的選項是.雙刀雙擲開關(guān)接上部時,燈泡亮度較大.雙刀雙擲開關(guān)接下部時,燈泡亮度較大.雙刀雙擲開關(guān)接下部,同時將電感線圈的的鐵芯抽出,在抽出的過程中,燈泡

17、亮度變大.雙刀雙擲開關(guān)接下部,同時將電感線圈的的鐵芯抽出,在抽出的過程中,燈泡亮度變小.在圖所示的電路中,如果交變電流的頻率增大,、和燈的亮度變化情況是.、兩燈均變亮,燈變暗.燈變亮,、兩燈均變暗.、燈均變暗,燈亮度不變.等變暗,燈變亮,燈亮度不變.在電工和電子技術(shù)中使用的扼流圈有兩種：低頻扼流圈和Wj頻扼流圈.它們的區(qū)別在于低頻扼流圈的自感系數(shù)較大.高頻扼流圈的自感系數(shù)較大低頻扼流圈的能有效地阻礙低頻交變電流,但不能阻礙高頻交變電流.高頻扼流圈的能有效地阻礙高頻交變電流,但不能阻礙低頻交變電流.關(guān)于電容器通過交變電流的理解,正確的選項是.有自由電荷通過電容器中的電介質(zhì).電容不斷的充、放電,與

18、之相連的導(dǎo)線中必須有自由電荷移動,這樣就形成了電流交變電壓相同時,電容越大,電流越大交變電壓相同時,頻率越高,電流越大.對于圖所示的電路,以下說法正確的選項是“0.、兩端接穩(wěn)恒直流,燈泡將不發(fā)光二二qj.、兩端接交變電流,燈泡將不發(fā)光.、兩端由穩(wěn)恒的直流電壓換成有效值相同的交變電壓,燈泡亮度相同.、兩端由穩(wěn)恒的直流電壓換成有效值相同的交變電壓,燈泡亮度將會減弱.在電子技術(shù)中,從前一級裝置輸出的既有直流成分工作電流,又有交流成分信號電流.如果我們希望輸送到后一級裝置的只有直流成分,電容器應(yīng)該和后一級裝置；如果我們希望輸送到后一級裝置的只有交流成分,電容器應(yīng)該和后一級裝置兩空均填“串聯(lián)或“并聯(lián).將

19、22兀的交變電壓接到“,的燈泡兩端,設(shè)燈絲的電阻不隨溫度變化,試求：流過燈泡電流的最大值；燈泡發(fā)揮的實際功率.一閉合線圈在勻強磁場中做勻角速轉(zhuǎn)動,線圈轉(zhuǎn)速為,當線圈平面轉(zhuǎn)動至與磁場平行時,線圈的電動勢為.設(shè)線圈從垂直磁場瞬時開始計時,試求：該線圈電動勢的瞬時表達式；1電動勢在,末的瞬時值.48.如下圖,勻強磁場的磁感強度,矩形線圈的匝數(shù)匝,邊長ab0.2m,bc0.5m,轉(zhuǎn)動角速度w兀,轉(zhuǎn)軸在正中間.試求:()從圖示位置開始計時,該線圈電動勢的瞬時表達式；()當轉(zhuǎn)軸移動至邊(其它條件不變),再求電動勢的瞬時表達式；()當線圈作成半徑為J0.1/JT的圓形,再求電動勢的瞬時表達式.b1參考答案;?,并聯(lián)、串聯(lián).()0.32A、()；.()兀、().()兀、()不變、()不變.附：課前預(yù)習(xí)提綱、交變電流：和都隨時間做的交流電叫做交變電流.電壓和電流隨時間按變化的交流電叫正弦交流電.、交流電的產(chǎn)生：矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的中央軸勻速旋轉(zhuǎn)時,線圈中就會產(chǎn)生.、 當線圈平面垂直于磁感線時,線圈各邊都磁感線,線圈中