交变电流教材分析及教学建议

若电动势按正弦规律变化 e Em sinωt
当负载为电灯等纯电阻用电器时
则电流按正弦规律变化
i
e R
r
Im
sin ωt
任一瞬时欧姆定律仍成立
u iR Um ImR
负载电压按正弦规律变化 u Um sinωt
将一个纯电阻元件与 交流电源相连
描述交流电的物理量
1、最大值（峰值）： Em Um Ｉm
平均值： E N t
例.如图表示一交流的电流随时间变 化的图像,求该电流的有效值。
I 2RT
1 2
I12 RT
1 2
I
2 2
RT
42
I
1 2
(I12
I
2 2
)
3 2
1 2
(4
2)2 (3
2)2 5A
电感器在交流电路中的作用
实验探究：纯电感元件对交流电路的影响
取直流电源的电压与 交流电电压的__有_效__值_ 相等
理论探究——交流电的产生
研究方法：先研究特殊位置，再研究一般位置
（3）线圈平面与中性面夹角为θ 时：
D(C)
v
v
A(B)
e
2NBL1
L2
2
sin
NBS sin
其中，当θ=0 °时，e=0; 当θ=90 °时，e=Em;
体会特殊和一般的关系
画图体会Ф、 ⊿ Ф/ ⊿t及e的关系
b
c
c
a
d
kA
L
我国生产和生活用交流电的周期 T＝__0_._0_2__s，频率f= ___50____Hz， 角速度ω＝_１__０_０__π_rad/s，在1s内电流 的方向变化______10_0___次。
４、有效值： E U I
（1）定义：
根据电流的热效应来规定，让交流电和 直流通过同一电阻，在相同时间 内产生的热 量相等，则这个直流电的电流和电压值就分 别称为相应交流电电流和电压的有效值。
Ф
ωt
0
t
ΔΦ
Δt
π
3π
2
π
4
2π ωt
0
T
T
3T
Tt
424若源自个物理量如 Ф 随时间按余弦规律变化
那么它的变化率如 ΔФ/Δt 就随时间按正
弦规律变化
整理小结:两个特殊位置
1、中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置叫 做中性面。
2、线圈经过中性面时,穿过线圈的磁通量最大,
但磁通量的变化率为零( ab和cd边都不切割磁感线)，
利用俯视 图分析
提问：线圈处于何 位置时，感应电动 势最大？
v
利用侧视
图分析
A(B)
D(C)
v
锻炼空间想象能力
理论探究——交流电的产生
研究方法：先研究特殊位置，再研究一般位置
v
（1）B∥S时，e最大
e
2
NBL1
L2
2
A(B)
D(C)
v
NBS D(C)
（2）B⊥S时， e=0
此面称为中性面
v
v A(B)
交变电流教材分析及教学建议
东城区教师研修中心 2014 2,20
考试说明对本章内容的要求
内容
要求
交流发电机及其产生正弦式电流的原理、 交 Ⅱ 变电流的图像和三角函数表达式、最大值 和
有效值
电阻、电感、电容对交变电流的作用
Ⅰ
变压器和原理、原副线圈电压电流的关系 Ⅰ
电能的输送
Ⅰ
实验：示波器的使用；传感器的使用
令 Em NBS
则 e Em sinωt
其中，Em为电动势的最大值(峰值) e为电动势在时刻t的瞬时值
交流电的变化规律（表述）
2、用图像的方法描述：
以线圈经过中性面开始计时，线圈中的感应电 动势 e 随时间 t 变化的图线为正弦曲线
e
Em
π
3π
2
π
4
2π ωt
0
T
T
3T
Tt
Em
4
2
4
体会Ф、 ⊿ Ф/ ⊿t及e的关系
本章主要内容
1、正弦交变电流的产生和表述 2、描述交流电的物理量 3、示波器的使用 4、电容器在交流电路中的作用 5、电感器在交流电路中的作用 6、变压器 7、电能的输送
本章知识的地位和作用
电场
磁场
电磁 感应
交变流 电
闭合 电路
理论探究——交流电的产生
研究方法：对照实际模型，将立体图转化为平面图分析
电感器在交流电路中的作用
实验探究：纯电感元件对交流电路的影响 进一步探究得出结论：
决定电感器对交流电阻碍大小的因素有 两个：一是交变电流的频率，二是线圈本 身的性质，即线圈匝数、横截面积，有无 铁芯等因素
电感对交变电流阻碍作用的大小称为感 抗．
电感器在交流电路中的作用
理论分析：通过线圈的电流大小和方向变化 ，都会引起通过线圈的磁通量发生变化， 从而产生感应电动势，这种现象就是自感 现象．根据楞次定律，自感电动势所引起 的感应电流总是要使它产生的磁场阻碍线 圈内原有磁场的变化，所以自感电动势对 线圈中电流的变化有阻碍作用，这样就形 成了对交变电流的阻碍作用，电感对交变 电流阻碍作用的大小就称为感抗．
（2）正弦交流电的有效值与最大值的关系：
E Em 2
I Im 2
(3)说明：
A、以上关系式只适用于正弦或余弦交 流电；
B、交流用电器的额定电压和额定电流 指的是有效值；
C、交流电流表和交流电压表的读数是 有效值
D、对于交流电若没有特殊说明的均指 有效值
（4）注意：峰值（最大值）、有效值、
平均值在应用上的区别。 A、在求交流电的功、功率或电热时必 须用交流电的有效值。 B、求通过某导体截面的电量一定要用 平均值。
Em NBS
２、瞬时值： u i e
３、周期和频率：
T和f的物理意义：表征交流电变化的快慢。
（1）周期： 交变电流完成一次周期性变化所需的时间。
（2）频率：一秒内完成周期性变化的次数。 （3）角频率：线圈在匀强磁场中转动的角速度。
（4）关系：
f 1 T
2 2f
T
一个周期内电流方向改变两次。
线圈中的电动势为零,方向要改变。
线圈经过与中性面垂直位置(即线圈平面与磁感 线平行)时，穿过线圈的磁通量为零，但磁通量的
变化率最大（ ab和cd边都垂直切割磁感线），线
圈中的电动势最大，方向不变。
3、线圈经过中性面时,电流将改变方向,线圈转 动一周,两次经过中性面，电流方向改变两次。
将一个纯电阻元件与 交流电源相连
分 以线圈经过中性面开始计时， 析 在t时刻线圈中的感应电动势
(ab和cd边切割磁感线 )
e 2NBL ωL sinωt 2
NBSω sinωt
v//=vcosωt v=vsinωt
交流电的变化规律（表述）
1、用函数方法表述：
以线圈经过中性面开始计时，在 t 时刻线圈中
的感应电动势为 e NBS sin t
B
b
K L
A
a
B
c
b
b
a
d
a
k
A
L
c
KA
L
d
B
b
c
a
d
kA
L
B
Ф
ωt
0
t
ΔΦ
Δt
π
3π
2
π
4
2π ωt
0
T
T
3T
Tt
4
2
4
学生练习推导 设N匝正方形
线圈的边长为L,在匀强磁场B 中绕垂直于磁场的对称轴以角 速度ω匀速转动,如图所示,ab和 cd边垂直于纸面,转轴为O.试推 导感应电动势大小的变化规 律公式。