正弦交流电教案.docx
- 文档编号:84678
- 上传时间:2023-04-28
- 格式:DOCX
- 页数:11
- 大小:231.45KB
正弦交流电教案.docx
《正弦交流电教案.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《正弦交流电教案.docx(11页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
正弦交流电教案
课题:
正弦交流电的基本概念
一、教学目标
1、了解正弦交流电的产生。
2、理解正弦量解析式、波形图、三要素、有效值、相位、相位差的概念。
3、掌握正弦量的周期、频率、角频率的关系掌握同频率正弦量的相位比较。
二、教学重点、难点分析
重点:
1、分析交流电产生的物理过程。
使同学了解线圈在磁场中旋转一周的时间内,电流的大小及方向是怎样变化的。
2、掌握正弦量的周期、频率、角频率的关系,掌握同频率正弦量的相位比较。
3、交流电有效值的概念。
难点:
1、交流电的有效值。
三、教具
手摇发电机模型、电流表、小灯泡。
电化教学设备。
四、教学方法
讲授法,多媒体课件。
五、课时计划:
4课时
六、教学过程
Ⅰ.知识回顾
提问:
什么条件下会产生感应电流?
根据电磁感应的知识,设计一个发电机模型。
学生设计:
让矩形线框在匀强磁场中匀速转动。
II.新课
一、交流电的产生(第一、二课时)
1、演示实验
如图5-3所示作演示实验,演示交流电的产生。
展示手摇发电机模型,介绍主要部件(对应学生设计的发电机原理图),进行演示。
第一次发电机接小灯泡。
当线框缓慢转动时,小灯泡不亮;当线框快转时,小灯泡亮了,却是一闪一闪的。
第二次发电机接电流表。
当线框缓慢转动时电流计指针摆动;仔细观察,可以发现:
线框每转一周,电流计指针左右摆动一次。
表明电流的大小和方向都做周期性的变化,这种电流叫交流电。
2、分析——交流电的变化规律
投影显示(或挂图):
矩形线圈在匀强磁场中匀速转动的四个过程。
(1)线圈平面垂直于磁感线(甲图),ab、cd边此时速度方向与磁感线平行,线圈中没有感应电动势,没有感应电流。
(教师强调指出:
这时线圈平面所处的位置叫中性面。
中性面的特点:
线圈平面与磁感线垂直,磁通量最大,感应电动势最小为零,感应电流为零。
)
(2)当线圈平面逆时针转过90°时(乙图),即线圈平面与磁感线平行时,ab、cd边的线速度方向都跟磁感线垂直,即两边都垂直切割磁感线,这时感应电动势最大,线圈中的感应电流也最大。
(3)再转过90°时(丙图),线圈又处于中性面位置,线圈中没有感应电动势。
(4)当线圈再转过90°时,处于图(丁)位置,ab、cd边的瞬时速度方向,跟线圈经过图(乙)位置时的速度方向相反,产生的感应电动势方向也跟在(图乙)位置相反。
(5)再转过90°线圈处于起始位置(戊图),与(甲)图位置相同,线圈中没有感应电动势。
分析小结:
线圈abcd在外力作用下,在匀强磁场中以角速度ω匀速转动时,线圈的ab边和cd边作切割磁感线运动,线圈产生感应电动势。
如果外电路是闭合的,闭合回路将产生感应电流。
ab和cd边的运动不切割磁感线时,不产生感应电流。
设在起始时刻,线圈平面与中性面的夹角为
,t时刻线圈平面与中性面的夹角为
。
分析得出,cd边运动速度v与磁感线方向的夹角也是
,设cd边长度为L,磁场的磁感应强度为B,则由于cd边作切割磁感线运动所产生的感应电动势为
同理,ab边产生的感应电动势为
由于这两个感应电动势是串联的,所以整个线圈产生的感应电动势为
(式5-1)
式中,
是感应电动势的最大值,又叫振幅。
可见,发电机产生的电动势是按正弦规律变化,可以向外电路输送正弦交流电。
二、正弦交流电的周期、频率和角频率(第三、四课时)
如图2所示,为交流电发电机产生交流电的过程及其对应的波形图。
1、周期
交流电完成一次周期性变化所用的时间,叫做周期。
也就是线圈匀速转动一周所用的是时间。
用T表示,单位是s(秒)。
在图2中,横坐标轴上有0到T的这段时间就是一个周期。
2、频率
交流电在单位时间(1s)完成得周期性变化的次数,叫做频率。
用字母f表示,单位是赫[兹],符号为Hz。
常用单位还有千赫(kHz)和兆赫(MHz),换算关系如下:
周期与频率的关系:
互为倒数关系,即
(式5-2)
注意:
我国发电厂发出的交流电都是50Hz,习惯上称为“工频”。
世界各国所采用的交流电频率并不相同,有兴趣的同学可以查阅相关资料。
(例如:
美国、日本采用的市电频率均为60Hz,110V。
)
周期与频率都是反映交流电变化快慢的物理量。
周期越短、频率越高,那么交流电变化越快。
3、角频率
ω是单位时间内角度的变化量,叫做角频率。
在交流电解析式
中,ω是线圈转动的角速度。
角频率、频率和周期的关系:
(式5-3)
【例题1】(略,见教材5-1例题1)
通过练习加深对正弦交流电周期、频率、角频率的认识,以及上述三个参数与波形图之间的联系。
二、相位和相位差
1、相位
t=T时刻线圈平面与中性面的夹角为
,叫做交流电的相位。
相位是一个随时间变化的量。
当t=0时,相位
,
叫做初相位(简称初相),它反映了正弦交流电起始时刻的状态。
注意:
初相的大小和时间起点的选择有关,习惯上初相用绝对值小于π的角表示。
相位的意义:
相位是表示正弦交流电在某一时刻所处状态的物理量,它不仅决定瞬时值的大小和方向,还能反映出正弦交流电的变化趋势。
2、相位差
两个同频正弦交流电,任一瞬间的相位之差就叫做相位差,用符号φ表示。
即:
(式5-4)
如图3所示。
可见,两个同频率的正弦交流电的相位差,就是初相之差。
它与时间无关,在正弦量变化过程中的任一时刻都是一个常数。
它表明了两个正弦量之间在时间上的超前或滞后关系。
在实际应用中,规定用绝对值小于π的角度(弧度值)表示相位差。
以图3所示为例:
常用表述
i1滞后i2或者i2超前i1
i1与i2同相
i1超前i2或者i2滞后i1
i1与i2正交
i1与i2反相
注意:
如果已知正弦交流电的振幅、频率(或者周期、角频率)和初相(三者缺一不可),就可以用解析式或波形图将该正弦交流电唯一确定下来。
因此,振幅、频率(或周期、角频率)、初相叫做正弦交流电的三要素。
【例题2】(略,见教材5-1例题2)
注:
通过例题讲解,课堂练习加强学生对“相位随时间变化,而相位差仅于初相有关,不随时间变化的认识。
”
三、交流电的有效值
一个直流电流与一个交流电流分别通过阻值相等的电阻,如果通电的时间相同,电阻R上产生的热量也相等,那么直流电的数值叫做交流电的有效值。
注意:
交流电有效值的概念是从能量角度进行定义的。
电流、电压、电动势的有效值,分别用大写字母I、U、E来表示。
如果正弦交流电的最大值越大,它的有效值也越大;最大值越小,它的有效值也越小。
理论和实验都可以证明,正弦交流电的最大值是有效值的
倍,即
(式5-5)
有效值和最大值是从不同角度反映交流电流强弱的物理量。
通常所说的交流电的电流、电压、电动势的值,不作特殊说明的都是有效值。
例如,市电电压是220V,是指其有效值为220V。
提示:
在前面的学习中,我们曾经提到:
在选择电器的耐压时,必须考虑电路中电压的最大值;选择最大允许电流时,同样也是考虑电路中出现的最大电流。
例如:
耐压为220V的电容,不能接到电压有效值为220V的交流电路上,因为电压的有效值为220V,对应最大值为311V,会使电容器因击穿而损坏。
III.例题讲解,巩固练习
略(见教材§5-1例题)
IV.小结
1、线圈在匀强磁场中旋转,线圈所围面积的磁通量发生变化,产生感应电动势,外电路闭合时,有交变电流。
线圈每旋转一周,两次经过中性面,电流方向改变两次;线圈两次与中性面垂直时达到峰值。
如此产生的交流电安正弦规律变化。
2、正弦交流电的解析式,以及振幅、频率(或周期、角频率)、初相等。
3、交流电有效值的概念是从能量角度加以定义,即交流电与直流电在热效应相等的条件下,直流电的电压(电流强度)值为交流电压(电流强度)的有效值。
V.作业
略。
课题:
旋转矢量
一、教学目标
1、了解正弦量的旋转矢量表示法。
2、掌握正弦量解析式、波形图、矢量图的相互转换。
二、教学重点、难点分析
重点:
1、正弦量的旋转矢量表示。
2、正弦量的解析式、波形图、旋转矢量表示及其之间的联系。
难点:
同重点。
三、教具:
电化教学设备。
四、教学方法 讲授法,多媒体课件。
五、课时计划:
2课时 总第6课时
六、教学过程
Ⅰ.导入
通过讲解§5-1节课后习题,复习正弦交流电的基本概念(振幅、周期(频率、角频率)、初相、相位差)。
上一节的学习中提到,要完整表示正弦交流电的特性至少需要知道振幅、频率(或周期、角频率)、初相。
知道了以上三要素,我们可以很容易的写出正弦交流电的解析式。
本节的内容就是来讨论有哪几种方法可以用来表述正弦交流电。
II.新课
一、解析法
用三角函数式表示正弦交流电随时间变化的关系,这种方法叫解析法。
正弦交流电的电动势、电压和电流的解析式分别为
只要给出时间t的数值,就可以求出该时刻e,u,i相应的值。
二、波形图
在平面直角坐标系中,将时间t或角度ωt作为横坐标,与之对应的e,u,i的值作为纵坐标,作出e,u,i随时间t或角度ωt变化的曲线,这种方法叫图像法,这种曲线叫交流电的波形图,它的优点是可以直观地看出交流电的变化规律。
三、旋转矢量
旋转矢量不同于力学中的矢量,它是随时间变化的矢量,它的加、减运算服从平行四边形法则。
如何用旋转矢量表示正弦量?
以坐标原O为端点做一条有向线段,线段的长度为正弦量的最大值Im,旋转矢量的起始位置与x轴正方向的交角为正弦量的初相
,它以正弦量的角频率ω为角速度,绕原点O逆时针匀速转动,即在任意时刻t旋转矢量与x周正半轴的交角为
。
则在任一时刻,旋转矢量在纵轴上的投影就等于该时刻正弦量的的瞬时值。
如图1所示,表示了某一时刻旋转矢量与对应的波形图之间的关系。
用旋转矢量表示正弦量的优点:
(1)方便进行加、减运算,旋转矢量的加、减运算服从平行四边形法则。
(2)旋转矢量既可以反映正弦量的三要素(振幅、频率、初相),又可以通过它在纵轴上的投影求出正弦量的瞬时值。
(3)在同一坐标系中,运用旋转矢量法可以处理多个同频率旋转矢量之间的关系。
(分析:
同频旋转矢量在坐标系中以同样的角速度旋转,各旋转矢量之间的交角反映彼此之间的相位差。
相位差不变,相对位置保持不变,各个旋转矢量是相对静止的。
因此,将它们当作静止情况处理,并不影响分析和计算的结果。
)
注意:
只有正弦量才能用旋转矢量表示,只有同频率正弦量才能借助于平行四边形法则进行旋转矢量的加、减运算。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 正弦 交流电 教案