第二节 表征交变电流的物理量

教学设计方案

表征交变电流物理量

教学目的：

　　l、掌握表征交变电流大小物理量．

　　2、理解有效值的定义并会用它解决相关问题．

　　3、掌握表征交变电流变化快慢的物理量．

教学重点：表征交流电的几个物理量，特别是“有效值”

教学难点：有效值的理解

教学方法：启发式综合教学法

教学用具：幻灯片、交流发电机模型、演示电流表、

教学过程：

一、知识回顾

（一）、交变电流：

　　大小和方向都随时间作周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流．如图所示（b）、（c）、（e）所示电流都属于交流，其中按正弦规律变化的交流叫正弦交流．如图（b）所示．而（a）、(d)为直流，其中（a）为恒定电流．

（二）、正弦交流的产生及变化规律．

　　1、产生：当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生的交流是随时间按正弦规律变化的．即正弦交流．

　　2、中性面：匀速旋转的线圈，位于跟磁感线垂直的平面叫做中性面．这一位置穿过线圈的磁通量最大，但各边都未切割磁感线，或者说这时线圈的磁通量变化率为零，线圈中无感应电动势．

　　3、规律：

　　（1）函数表达式： 匝面积为 的线圈以角速度 转动，从中性面开始计时，则 ．用 表示峰值 ,则 在纯电阻电路中，

　　电流： ．

　　电压： ．

　　（2）图象表示：

　　

二、新课教学：

1、表征交变电流大小物理量

　　①瞬时值：对应某一时刻的交流的值，用小写字母表示， ， ， ．

　　②峰值：即最大的瞬时值用大写字母表示， , ， ．

, ．

　　注意：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线方向的轴匀速转动时，所产生感应电动势的峰值为 ，即仅由匝数 ，线圈面积 ，磁感强度 和角速度 四个量决定．与轴的具体位置，线圈的形状及线圈是否闭合都是无关的．

　　③有效值：

　　ⅰ、意义：描述交流电做功或热效应的物理量

　　ⅱ、定义：跟交流热效应相等的恒定电流的值叫做交流的有效值．

　　ⅲ、正弦交流的有效值与峰值之间的关系是 ； .

　　注意：正弦交流的有效值和峰值之间具有 ； 的关系，非正弦（或余弦）交流无此关系，但可按有效值的定义进行推导，如对于正负半周最大值相等的方波电流，其热效应和与其最大值相等的恒定电流是相同的，因而其有效值即等于其最大值．即 ．

　　ⅳ、交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值；交流电流表和交流电压表的读数是有效值．对于交流电若没有特殊说明的均指有效值．

　　ⅴ、在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值．

　　④峰值、有效值、平均值在应用上的区别．

　　峰值是交流变化中的某一瞬时值，对纯电阻电路来说，没有什么应用意义．若对含电容电路，在判断电容器是否会被击穿时，则需考虑交流的峰值是否超过电容器的耐压值．

　　交流的有效值是按热效应来定义的，对于一个确定的交流来说，其有效值是一定的．而平均值是由公式 确定的，其值大小由某段时间磁通量的变化量来决定，在不同的时间段里是不相同的．如对正弦交流，其正半周或负半周的平均电动势大小为：

，而一周期内的平均电动势却为零．在计算交流通过电阻产生的热功率时，只能用有效值，而不能用平均值．在计算通过导体的电量时，只能用平均值，而不能用有效值．

　　在实际应用中，交流电器铭牌上标明的额定电压或额定电流都是指有效值，交流电流表和交流电压表指示的电流、电压也是有效值，解题中，若题示不加特别说明，提到的电流、电压、电动势都是指有效值．

２、表征交变电流变化快慢的物理量

　　①周期 ：电流完成一次周期性变化所用的时间．单位：s.

　　②频率 ：一秒内完成周期性变化的次数．单位：Ｈ_Z.

　　③角频率 ：就是线圈在匀强磁场中转动的角速度．单位：rad/s.

　　④、角速度、频率和周期的关系：

3、疑难辨析

　　交流电的电动势瞬时值和穿过线圈面积的磁通量的变化率成正比．当线圈在匀强磁场中匀速转动时，线圈磁通量也是按正弦（或余弦）规律变化的，若从中性面开始计时， 时，磁通量最大， 应为余弦　　函数，此刻变化率为零（切线斜率为零）， 时，磁通量为零，此刻变化率最大（切线斜率最大），因此从中性面开始计时，感应电动势的瞬时表达式是正弦函数，如上图（a）（b）所示分别是 和

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