人教版高中物理选修2-1 《三相交变电流》教案

三相交变电流

教学目的

1．使学生了解三相交流电的产生及其特点．

2．使学生了解三相交流电路的连接方法．

教具

单相交流电的产生示教模型；三相交流发电机模型；灵敏电流计；交流电压表；三相电路示教板；电池；小灯泡；安培表；伏特表等．

教学过程

一、复习单相交流电的产生

出示单相交流电的产生示教模型，依据模型简述交流电的产生及交流电的特点．

提问：

1．在交流电产生的过程中，矩形线圈转到什么位置时线圈中的电流最大？什么位置电流为零？（线圈平面平行磁感线：中性面）

2．两个完全相同的交流发电机，其矩形线圈也以相同的转速匀速转动，那么这两个发电机所产生的交变电动势有何异同？（交变电动势的频率、最大值相同；达到最大值时刻不同）

3．如果把三个相同的矩形线圈固定在同一轴上，并使之在匀强磁场中转动，这三个线圈是否都产生电动势？为什么？（产生，穿过每个线圈回路的磁通量都发生变化）

二、新课教学

1．三相交流电的产生．

利用“提问3”引入新课·出示三相交流模型发电机，简介其构造后，演示三相交变电流的产生：将三个灵敏电流计分别接到发电机的三个线圈上，摇动发电机的线圈，三个灵敏电流计都将摆动．归纳实验现象说明：三个线圈均能产生交变电动势（电流计指针来回摆动）．引导学生比较单、三相交流发电机的异同．

（1）单相交流发电机和三相交流发电机．

单相发电机：只有一个线圈，产生一个交变电动势．

三相发电机：有三个互成120°的线圈，产生三个交变电动势．每个线圈产生交变电动势的原理跟单相发电机的原理相同．

（2）三相交变电流的特点．

重做三相交变电流产生的演示实验，摇动线圈尽量均匀．让学生仔细观察三个电流计指针摆动的情况，并让学生思考：三个电流计指针摆动情况有何异同？它们所反映的三个交变电动势有何异同？

引导学生分析：三个交变电动势的频率相同、最大值相同、达到最大值的时刻依次

落后三分之一周期的原因．

（3）三相交变电流的图象．

先依据单相交变电流的图象画出A相交变电动势的图象，然后让学

的B和C相交变电动势的图象．

图象直观地表达了三相交变电流各相电动势的异同．

（4）三相交变电流的供电．

依据教材图18-22所示的电路介绍三相六线制供电电路．该电路使三相交流电成为三个独立的电源给各自的负载供电，显示不出三相交流电供电的优越性．实际供电中是用四条或三条导线供电．

2．星形连接．

由三相六线供电演变为三相四线供电，需要帮助学生解决以下问题：三相交流电使用公共的中线时，各相电流怎样形成通路？各相之间会不会产生相互影响的现象？

为此，增加以下的演示实验．按图1组成电路（制成示教板）．图中①～⑧均为香

蕉插头的插空，接线A1B1、A2B2的两端均有香蕉插头．接通电路使灯泡正常发光．在接电路的情况下，用带插头的导线连接A1A2、B1B2，此过程中灯泡仍正常发光，且电流表读数不变．最后拆除A1B1，灯泡仍正常发光，且先后开关电键K1、K2都能分别控制电路的通断．实验说明两个电路公用一根导线，每个电路仍然是独立的，互不影响．（1）星形连接（符号：Y，亦称Y形接法）．

根据演示实验，引入星形连接电路．出示三相电路示教板，并按图2组成电路，演示三相四线供电电路．电源用三相交变电流模型发电机，或用三相变压器．分别开关电

键K1、K2、K3，三相负载均能独立工作，并不影响其它两相．

（2）火线和零线．

火线：亦称相线．能使试电笔的氖泡发光．从每个线圈始端引出的导线．

零线：亦称中性线，从三个线圈末端公共点引出的导线通常是接地的．不能使试电笔的氖泡发光．

演示：用试电笔区分交流市电的火线与零线．

（3）相电压与线电压．

相电压：每个线圈两端的电压．

线电压：两条相线间的电压．

演示实验：验证相、线电压的关系．利用三相电路演示实验装置．用两个示教交流电压表同时测相、线电压的值，它们的值符合：

例题交流市电电压为220V，它是三相四线供电制一相的相电压，

（利用演示实验说明三相三线供电制的可能性及其供电条件．实验仍用三相电路示教板，但需三相负载相同，并在中性线上串联一个交流电流表．当三相同时供电时，电流表的读数为零．实验说明三相负载平衡时，中性线上无电流，可以去掉．

3．三角形连接．（符号是△）

接法：发电机的三个线圈始端和末端依次相连．

特点：U线=U相．

三、作业

课外作业：用试电笔（最好自制）区分家中插座的零、火线并检查开关是否接在火线上．

教学分析

本节教材虽非重点内容，但三相交流电在日常生活用电和工农业生产用电中被普遍地采用，使学生了解一些三相交流电的常识是很必要的．三相交流电是三个相位不同的交流电源组合供电，这跟学生习惯的单个电源独立供电的情况不同，使学生在学习这些知识时遇到困难．几个独立电路公用一段输电线，各电路之间是否产生相互影响？通过公共输电线的电流跟各独立电路的电流有什么关系？理解这些问题要以叠加原理为基础．学生尚不具备这些基础知识，所以在教学中通过实验说明几个电路公用一段输电线不会产生相互影响，彼此仍然是独立的．同时，实验也能给学生以感性认识，以便理解叠加原理．

相电压与线电压的关系，可用数学方法予以证明，但要涉及三相交变电流的瞬时值表达式．教材本身没有介绍三相交变电流的瞬时值，所以教学中就利用实验结果，给出了星形接法的线、相电压的关系：

资料

三相四线制线电压与相电压的关系．

设：三相交变电流A相的瞬时值为u A=u m sinωt则B、C两相电压

由于A、B、C三相尾端相接，则A、B两相线间的线电压：u AB=u A-u B，所以：

比较u AB和u A，可知线电压最大值是相电压最大值的