【教案】高中物理教案设计与知识点解析2 22页

5．1交变电流教学目标（一）知识与技能1．使学生理解交变电流的产生原理，知道什么是中性面。2．掌握交变电流的变化规律及表示方法。3．理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准确含义。（二）过程与方法1．掌握描述物理量的三种基本方法（文字法、公式法、图象法）。2．培养学生观察能力，空间想象能力以及将立体图转化为平面图形的能力。3．培养学生运用数学知识解决物理问题的能力。（三）情感、态度与价值观通过实验观察，激发学习兴趣，培养良好的学习习惯，体会运用数学知识解决物理问题的重要性教学重点、难点重点交变电流产生的物理过程的分析。难点交变电流的变化规律及应用。教学方法演示法、分析法、归纳法。教学手段手摇单相发电机、小灯泡、示波器、多媒体教学课件、示教用大的电流表教学过程（一）引入新课出示单相交流发电机，引导学生首先观察它的主要构造。演示：将手摇发电机模型与小灯泡组成闭合电路。当线框快速转动时，观察到什么现象?这种大小和方向都随时间做周期性变化电流，叫做交变电流。（二）进行新课1、交变电流的产生为什么矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时线圈里能产生交变电流？多媒体课件打出下图。当abcd线圈在磁场中绕OO′轴转动时，哪些边切割磁感线?ab与cd。当ab边向右、cd边向左运动时，线圈中感应电流的方向沿着a→b→c→d→a方向流动的。当ab边向左、cd边向右运动时，线圈中感应电流的方向如何?感应电流是沿着d→c→b→a→d方向流动的。线圈平面与磁感线平行时，ab边与cd边线速度方向都跟磁感线方向垂直，即两边都垂直切割磁感线，此时产生感应电动势最大。线圈转到什么位置时，产生的感应电动势最小?精品学习资料可选择pdf第1页，共22页-----------------------\n当线圈平面跟磁感线垂直时，ab边和cd边线速度方向都跟磁感线平行，即不切割磁感线，此时感应电动势为零。利用多媒体课件，屏幕上打出中性面概念：（1）中性面——线框平面与磁感线垂直的位置。Δ（2）线圈处于中性面位置时，穿过线圈Φ最大，但=0。Δt（3）线圈越过中性面，线圈中I感方向要改变。线圈转一周，感应电流方向改变两次。2．交变电流的变化规律设线圈平面从中性面开始转动，角速度是ω。经过时间t，线圈转过的角度是ωt，ab边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于ωt，如右图所示。设ab边长为L1，bc边长L2，磁感应强度为B，这时ab边产生的感应电动势多大?L21eab=BL1vsinωt=BL1·ωsinωt=BL1L2sinωt22此时整个线框中感应电动势多大?e=eab+ecd=BL1L2ωsinωt若线圈有N匝时，相当于N个完全相同的电源串联，e=NBL1L2ωsinωt，令Em=NBL1L2ω，叫做感应电动势的峰值，e叫做感应电动势的瞬时值。根据部分电路欧姆定律，电压的最大值Um=ImR，电压的瞬时值U=Umsinωt。电动势、电流与电压的瞬时值与时间的关系可以用正弦曲线来表示，如下图所示：3．几种常见的交变电波形（三）课堂总结、点评本节课主要学习了以下几个问题：1．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生正弦式交变电流。2．从中性面开始计时，感应电动势瞬时值的表达式为e=NBSωsinωt，感应电动势的最大值为Em=NBSω。精品学习资料可选择pdf第2页，共22页-----------------------\n3．中性面的特点：磁通量最大为Φm，但e=0。（四）实例探究交变电流的图象、交变电流的产生过程【例1】一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示。下面说法中正确的是（）A．t1时刻通过线圈的磁通量为零B．t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大C．t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大D．每当e转换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大交变电流的变化规律【例2】在匀强磁场中有一矩形线圈，从中性面开始绕垂直于磁感线的轴以角速度ω匀速转动时，产生的交变电动势可以表示为e=Emsinωt。现在把线圈的转速增为原来的2倍，试分析并写出现在的交变电动势的峰值、交变电动势的瞬时值表达式，画出与其相对应的交变电动势随时间变化的图象。分析物理图象的要点：一看：看“轴”、看“线”、看“斜率”、看“点”、看“截距”、看“面积”、看“拐点”，并理解其物理意义。二变：掌握“图与图”“图与式”和“图与物”之间的变通关系。三判：在此基础上进行正确的分析和判断。综合应用【例3】如图所示，匀强磁场的磁感应强度B=2T，匝数n=6的矩形线圈abcd绕中心轴OO′匀速转动，角速度ω=200rad/s。已知ab=0.1m，bc=0.2m，线圈的总电阻R=40Ω，试求：（1）感应电动势的最大值，感应电流的最大值；（2）设时间t=0时线圈平面与磁感线垂直，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式；（3）画出感应电流的瞬时值i随ωt变化的图象；（4）当ωt=30°时，穿过线圈的磁通量和线圈中的电流的瞬时值各是多大？π（5）线圈从图示位置转过的过程中，感应电动势的平均值是2多大？解析：精品学习资料可选择pdf第3页，共22页-----------------------\n5．2描述交变电流的物理量教学目标（一）知识与技能1．理解什么是交变电流的峰值和有效值，知道它们之间的关系。2．理解交变电流的周期、频率以及它们之间的关系。知道我国生产和生活用电的周期（频率）的大小。（二）过程与方法能应用数学工具描述和分析处理物理问题。（三）情感、态度与价值观让学生了解多种电器铭牌，介绍现代科技的突飞猛进，激发学生的学习热情教学重点、难点重点交变电流有效值概念。难点交变电流有效值概念及计算。教学方法实验、启发教学手段多媒体课件电源、电容器、灯泡“6V，0.3A”、幻灯片、手摇发电机教学过程（一）引入新课矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，在线圈中产生了正弦交变电流。如何描述交变电流的变化规律呢？可以用公式法描述。从中性面开始计时，得出瞬时电动势：e=Emsinωt瞬时电流：i=Imsinωt瞬时电压：u=Umsinωt其中Em=NBSω交变电流的大小和方向都随时间做周期性变化，只用电压、电流描述不全面。这节课我们学习表征正弦交变电流的物理量。（二）进行新课1．周期和频率请同学们阅读教材，回答下列问题：（1）什么叫交变电流的周期？（2）什么叫交变电流的频率？（3）它们之间的关系是什么？（4）我国使用的交变电流的周期和频率各是多大？交变电流完成一次周期性的变化所用的时间，叫做交变电流的周期，用T表示。交变电流在1s内完成周期性变化的次数，叫做交变电流的频率，用f表示。1T=f我国使用的交变电流频率f=50Hz，周期T=0。02s。精品学习资料可选择pdf第4页，共22页-----------------------\n2．交变电流的峰值（Em，Im，Um）交变电流的峰值是交变电流在一个周期内所能达到的最大数值，可以用来表示交变电流的电流或电压变化幅度。［演示］电容器的耐压值将电容器（8V，500μF）接在学生电源上充电，接8V电压时电容器正常工作，接16V电压时，几分钟后闻到烧臭味，后听到爆炸声。电容器的耐压值是指能够加在它两端的最大电压，若电源电压的最大值超过耐压值，电容器可能被击穿。但是交变电流的最大值不适于表示交变电流产生的效果，在实际中通常用有效值表示交变电流的大小。思考与讨论：0～0.2s、0.2～0.5s、0.5～0.8s、0.8～1s这四个阶段电流大小不变化，分别计算出热量，2然后加起来。由QIRt解得Q12.0J；Q22.1J；Q32.1J；Q42.0J所以，1s内电阻R中产生的热量为Q2.02.12.12.08.2J2Q由QIRt解得，I8.2A=1.67ARt2．有效值（E、I、U）让交变电流和直流电通过同样的电阻，如果它们在相同时间内产生热量相等，把直流电的值叫做交变电流的有效值。通常用大写字母U、I、E表示有效值。正弦交变电流的最大值与有效值有以下关系：ImUmI==0.707ImU==0.707Um22［强调］（1）各种使用交变电流的电器设备上所示值为有效值。（2）交变电流表（电压表或电流表）所测值为有效值。（3）计算交变电流的功、功率、热量等用有效值。（三）课堂总结、点评本节课主要学习了以下几个问题：1．表征交变电流的几个物理量：周期和频率、峰值和有效值。12．交变电流的周期与频率的关系：T=。f3．正弦式交变电流最大值与有效值的关系：精品学习资料可选择pdf第5页，共22页-----------------------\nImUmI=，U=。22（四）实例探究【例1】表示交变电流随时间变化图象如图所示，则交变电流有效值为（）A．52AB．5AC．3.52AD．3.5A综合应用【例2】交流发电机矩形线圈边长ab=cd=0.4m，bc=ad=0.2m，共50匝，线圈电阻r=1Ω，线圈在B=0.2T的匀强磁场中，绕垂直磁场方向的轴100OO′以r/s转速匀速转动，外接电阻9Ω，如图所示。求：（1）电压表读数；（2）电阻R上电功率。5．3电感和电容对交变电流的影响教学目标（一）知识与技能1．理解为什么电感对交变电流有阻碍作用。2．知道用感抗来表示电感对交变电流阻碍作用的大小，知道感抗与哪些因素有关。3．知道交变电流能通过电容器.知道为什么电容器对交变电流有阻碍作用。4．知道用容抗来表示电容对交变电流的阻碍作用的大小.知道容抗与哪些因素有关。（二）过程与方法1．培养学生独立思考的思维习惯。2．培养学生用学过的知识去理解、分析新问题的习惯。（三）情感、态度与价值观培养学生有志于把所学的物理知识应用到实际中去的学习习惯。教学重点、难点重点1．电感、电容对交变电流的阻碍作用。2．感抗、容抗的物理意义。难点1．感抗的概念及影响感抗大小的因素。2．容抗概念及影响容抗大小的因素。教学方法实验法、阅读法、讲解法。教学手段双刀双掷开关、学生用低压交直流电源、灯泡（6V、0.3A）、线圈（用变压器的副线圈）、3电容器（“10μF、15V”与“200μF、15V”）2个、两个扼流圈、投影片、投影仪精品学习资料可选择pdf第6页，共22页-----------------------\n教学过程（一）引入新课在直流电路中，影响电流跟电压关系的只有电阻。在交变电流路中，影响电流跟电压关系的，除了电阻外，还有电感和电容。电阻器、电感器、电容器是交变电流路中三种基本元件。这节课我们学习电感、电容对交变电流的影响。（二）进行新课1．电感对交变电流的阻碍作用［演示］电阻、电感对交、直流的影响。实验电路如下图甲、乙所示：演示甲图，电键分别接到交、直流电源上，引导学生观察两次灯的亮度灯的亮度相同。说明电阻对交流和直流的阻碍作用相同。演示乙图，电键分别接到交、直流电源上，引导学生观察两次灯的亮度电键接到直流上，亮度不变；接到交流上时，灯泡亮度变暗。说明线圈对直流电和交变电流的阻碍作用不同。线圈对直流电的阻碍作用只是电阻；而对交变电流的阻碍作用除了电阻之外，还有电感.为什么会产生这种现象呢？由电磁感应的知识可知，当线圈中通过交变电流时，产生自感电动势，阻碍电流的变化。电感对交变电流阻碍作用的大小，用感抗来表示。感抗的大小与哪些因素有关？请同学们阅读教材后回答。感抗决定于线圈的自感系数和交变电流的频率。线圈的自感系数越大，自感作用就越大，感抗就越大；交变电流的频率越高，电流变化越快，自感作用越大，感抗越大。线圈在电子技术中有广泛应用，有两种扼流圈就是利用电感对交变电流的阻碍作用制成的。出示扼流圈，并介绍其构造和作用。（1）低频扼流圈构造：线圈绕在闭合铁芯上，匝数多，自感系数很大。作用：对低频交变电流有很大的阻碍作用。即“通直流、阻交流”。（2）高频扼流圈构造：线圈绕在铁氧体芯上，线圈匝数少，自感系数小。作用：对低频交变电流阻碍小，对高频交变电流阻碍大。即“通低频、阻高频”。2．交变电流能够通过电容器［演示］电容对交、直流的影响。实验电路如图所示：精品学习资料可选择pdf第7页，共22页-----------------------\n开关S分别接到直流电源和交变电流源上，观察现象接通直流电源，灯泡不亮；接通交变电流源，灯泡亮了。说明了直流电不能够通过电容器，交变电流能够“通过”电容器。电容器的两极板间是绝缘介质，为什么交变电流能够通过呢？用CAI课件展示电容器接到交变电流源上，充、放电的动态过程。强调自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘介质，只是当电源电压升高时电容器充电，电荷向电容器的极板上集聚，形成充电电流；当电源电压降低时电容器放电，电荷从电容器的极板上放出，形成放电电流。电容器交替进行充电和放电，电路中就有了电流，表现为交流通过了电容器。3．电容器对交变电流的阻碍作用［演示］电容器对交变电流的影响将刚才实验电路中“1000μF，15V”的电容器去掉，观察灯泡的亮度，说明了什么道理？灯泡的亮度变亮了。说明电容器对交变电流也有阻碍作用。的确是这样。物理上用容抗来表示电容器对交变电流阻碍作用的大小。容抗跟哪些因素有关呢？请同学们阅读教材后回答。容抗决定于电容器电容的大小和交变电流的频率.电容越大，在同样电压下电容器容纳电荷越多，因此充放电的电流越大，容抗就越小；交变电流的频率越高，充放电进行得越快，充放电电流越大，容抗越小.即电容器的电容越大，交变电流频率越高，容抗越小。电容器具有“通交流、隔直流”“通高频、阻低频”的特点。介绍电感、电容的广泛存在。（三）课堂总结、点评本节课主要学习了以下几个问题：1．由于电感线圈中通过交变电流时产生自感电动势，阻碍电流变化，对交变电流有阻碍作用.电感对交变电流阻碍作用大小用感抗来表示.线圈自感系数越大，交变电流的频率越高，感抗越大，即线圈有“通直流、阻交流”或“通低频，阻高频”特征.2．交变电流“通过”电容器过程，就是电容器充放电过程.由于电容器极板上积累电荷反抗自由电荷做定向移动，电容器对交变电流有阻碍作用.用容抗表示阻碍作用的大小.电容器的电容越大，交流的频率越高，容抗越小.故电容器在电路中有“通交流、隔直流”或“通高频、阻低频”特征。（四）实例探究电感对交变电流的影响【例1】如图所示电路中，L为电感线圈，R为灯泡，电流表内阻为零。电压表内阻无限大，交流电源的电压u=2202sin10πtV。若保持电压的A有效值不变，只将电源频率改为25Hz，下列说法中正确的RuVL精品学习资料可选择pdf第8页，共22页-----------------------\n是（）A．电流表示数增大B．电压表示数减小C．灯泡变暗D．灯泡变亮电感和电容对交变电流的影响【例2】图所示是电视机电源部分的滤波装置，当输入端输入含有直流成分、交流低频成分的电流后，能在输出端得到较稳定的直流电，试分析其工作原理及各电容和电感的作用。L输输（五）巩固练习C1C2入出1．关于低频扼流圈，下列说法正确的是A．这种线圈的自感系数很小，对直流有很大的阻碍作用B．这种线圈的自感系数很大，对低频电流有很大的阻碍作用C．这种线圈的自感系数很大，对高频交流的阻碍作用比低频交流的阻碍作用更大CD．这种线圈的自感系数很小，对高频交流的阻碍作用很大而对低u频交流的阻碍作用很小RV2．在图所示电路中，u是有效值为200V的交流电源，C是电容器，R是电阻.关于交流电压表的示数，下列说法正确的是（）A．等于220VB．大于220VC．小于220VD．等于零L3．在图所示的电路中，a、b两端连接的交流电源既含高频a交流，又含低频交流；L是一个25mH的高频扼流圈，C是一个100pF的电容器，R是负载电阻，下列说法中正确的是CR（）A.L的作用是“通低频，阻高频”bB.C的作用是“通交流，隔直流”C.C的作用是“通高频，阻低频”D.通过R的电流中，低频电流所占的百分比远远大于高频交流所占的百分比4．如图所示，交变电流电压的瞬时表达式u=311sin157tV时，三个电流表的示数相同，若电源电压改为u′=sin314tV时，则（）A1A．电流表的示数减小LA2AB．电流表的示数增大1C．电流表A3的示数不变CA25．4变压器RA3教学目标（一）知识与技能精品学习资料可选择pdf第9页，共22页-----------------------\n1．知道变压器的构造，了解变压器的工作原理。2．理解理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系，能应用它分析解决有关问题。（二）过程与方法在探究变压比和匝数比的关系中培养学生运用物理理想化模型分析问题、解决问题的能力。（三）情感、态度与价值观1．使学生体会到能量守恒定律是普遍适用的。2．培养学生实事求是的科学态度。教学重点、难点重点探究变压比和匝数比的关系。难点探究变压比和匝数比的关系。教学方法实验探究法、阅读法、讲解法。教学手段学生电源、可拆变压器、交流电压表、交流电流表、灯泡教学过程（一）引入新课在实际应用中，常常需要改变交流的电压.大型发电机发出的交流，电压有几万伏，而远距离输电却需要高达几十万伏的电压。各种用电设备所需的电压也各不相同。电灯、电饭煲、洗衣机等家用电器需要220V的电压，机床上的照明灯需要36V的安全电压。一般半导体收音机的电源电压不超过10V，而电视机显像管却需要10000V以上的高电压。交流便于改变电压，以适应各种不同需要。变压器就是改变交流电压的设备。这节课我们学习变压器的有关知识。（二）进行新课1．变压器的原理思考与讨论：按上图所示连接好电路，接通电源，观察灯泡是否发光。两个线圈并没有直接接触，灯泡为什么亮了呢？这个实验说明了什么？当一个线圈中同交变电流时，变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场在另一个线圈中激起感生电场，从而产生感生电动势，灯泡中有了感应电流，故灯泡发光。实验说明，通过互感现象，电源的能量可以从一个线圈传输给另一个线圈。变压器就是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈构成的。精品学习资料可选择pdf第10页，共22页-----------------------\n一个线圈跟电源连接，叫原线圈（初级线圈），另一个线圈跟负载连接，叫副线圈（次级线圈）。两个线圈都是绝缘导线绕制成的。铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成。画出变压器的结构示意图和符号，如下图所示：互感现象时变压器工作的基础。在原线圈上加交变电压U1，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量。这个交变磁通量既穿过原线圈，也穿过副线圈，在原、副线圈中都要引起感应电动势。如副线圈是闭合的，在副线圈中就产生交变电流，它也在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中同样引起感应电动势。副线圈两端的电压就是这样产生的。所以，两个线圈并没有直接接触，通过互感现象，副线圈也能够输出电流。变压器线圈两端的电压与匝数有何关系呢？下面我们通过实验来探究。目的：探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系器材：可拆变压器，学生电源，多用电表，导线若干实验步骤：（1）按图示电路连接电路1（2）原线圈接低压交流电源6V，保持原线圈匝数n1不变，分别取副线圈匝数n2=n1，2n1，2n1，用多用电表交流电压档分别测出副线圈两端的电压，记入表格。1（3）原线圈接低压交流电源6V，保持副线圈匝数n2不变，分别取原线圈匝数n1=n2，2n2，2n2，用多用电表交流电压档分别测出副线圈两端的电压，记入表格。U1＝6V实验次数123456原线圈匝n1n1n1n2n2n2数n1副线圈匝11n1n12n1n2n22n2数n222副线圈输出电压U2结论（4）总结实验现象，得出结论。注意事项：（1）连接好电路后，同组同学分别独立检查，然后由老师确认，电路连接无误才能接通电源。（2）注意人身安全。只能用低压交流电源，电源电压不能超过12V精品学习资料可选择pdf第11页，共22页-----------------------\n（3）使用多用电表交流电压档测电压时，先用最大量程测试，然后再用适当的挡位进行测量。U1n12．电压与匝数的关系U2n2电流通过变压器线圈是会发热，铁芯在交变磁场的作用下也会发热。所以，变压器工作U1n1时存在能量损失。没有能量损失的变压器叫做理想变压器。，只适用于理想变压U2n2器。实际上变压器的工作效率都很高，在一般的计算中，可以把实际变压器视为理想变压器。理想变压器原线圈的输入功率与副线圈的输出功率有什么关系？因为理想变压器没有能量损失，所以P出=P入若理想变压器只有一个副线圈，则原副线圈中的电流I1与I2有什么关系？据P出=U2I2，P入=U1I1及P出=P入得：U2I2=U1I1I1U2n2则：I2U1n1上式是理想变压器只有一个副线圈时，原副线圈中的电流比公式。如果副线圈的电压高于原线圈的电压，这样的变压器叫升压变压器；如果副线圈的电压低于原线圈的电压，这样的变压器叫降压变压器。升压变压器，n2＞n1，降压变压器，n2＜n1。升压变压器，I2I1。在绕制升压变压器原副线圈时，副线圈导线应比原线圈导线粗一些好，还是细一些好？降压变压器呢？因为升压变压器，I2I1，所以副线圈导线要比原线圈导线粗一些。课后请大家阅读教材47页“科学漫步”，了解互感器的工作原理和应用。（三）课堂总结、点评本节课主要学习了以下内容：1．变压器主要由铁芯和线圈组成。2．变压器可改变交变电的电压和电流，利用了原副线圈的互感现象。3．理想变压器：没有能量损失的变压器，是理想化模型。有U1N1I1N2P输出=P输入U2N2I2N1（四）实例探究理想变压器基本规律【例1】一个正常工作的理想变压器的原副线圈中，下列的哪个物理量不一定相等（）A．交流的频率B．电流的有效值C．电功率D．磁通量变化率理想变压器的综合应用【例2】如图所示为一理想变压器，K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈两端的电压，I1为原线圈中的电流，则（）精品学习资料可选择pdf第12页，共22页-----------------------\nA．保持U1及P的位置不变，K由a合到b时，I1将增大B．保持U1及P的位置不变，K由b合到a时，R消耗功率减小C．保持U1不变，K合在a处，使P上滑，I1将增大D．保持P的位置不变，K合在a处，若U1增大，I1将增大【例3】如图所示，接于理想变压器的四个灯泡规格相同，且全部正常发光，求三个线圈的匝数比n1∶n2∶n3.（五）巩固练习1．理想变压器的原线圈的匝数为110匝，副线圈匝数为660匝，若原线圈接在6V的电池上，则副线圈两端电压为（）A.36VB.6VC.1VD.0V2．当理想变压器副线圈空载时，副线圈的（）A.负载电阻为0B.输出电流为0C.两端电压为0D.输出功率为03．理想变压器原、副线圈的电流为I1、I2，电压为U1、U2，功率为P1、P2，关于它们的关系，正确的是（）A.I2由I1决定B.U2与负载有关C.P1由P2决定D.U1由U2决定4．一理想变压器原线圈接交流、副线圈接电阻，下列哪些方法可使输入功率增加为原来的2倍（）A.次级线圈的匝数增加为原来的2倍B.初级线圈的匝数增加为原来的2倍C.负载电阻变为原来的2倍D.副线圈匝数和负载电阻均变为原来的2倍5．用理想变压器给负载R供电，下列哪些办法可以减小变压器原线圈中的电流A．增加原线圈的匝数B．增加副线圈的匝数C．减小负载电阻R的数值D．增加负载电阻R的数值6．在图所示的电路中，理想变压器的变压比为2∶1，四个灯泡完全相同，若已知灯泡L3和L4恰能正常工作，那么（）A.L1和L2都能正常工作B.L1和L2都不能正常工作C.L1和L2中只有一个能正常工作D.条件不足，无法判断7．如图所示，理想变压器的原、副线圈分别接有相同的白炽灯，原、副线圈的匝数比为n1∶n2=2∶1，电源电压为U，求B灯两端的电压UB为多少?精品学习资料可选择pdf第13页，共22页-----------------------\n8．如图中所示，理想变压器B的原线圈跟副线圈的匝数比n1∶n2=2∶1，交流电源电压U1=220V，F为熔断电流为I0=1.0A的保险丝，负载为一可变电阻.（1）当电阻R=100Ω时，保险丝能否被熔断?（2）要使保险丝不被熔断，电阻R的阻值应不小于多少?变压器输出的电功率不能超过多少?5．5电能的输送教学目标（一）知识与技能1．知道“便于远距离输送”是电能的优点，知道输电过程。2．知道降低输电损耗的两个途径。3．了解电网供电的优点和意义。（二）过程与方法通过思考、讨论、阅读，培养学生阅读、分析、综合和应用能力（三）情感、态度与价值观1．培养学生遇到问题要认真、全面分析的科学态度。2．介绍我国远距离输电概况，激发学生投身祖国建设的热情。教学重点、难点重点找出影响远距离输电损失的因素，使学生理解高压输电可减少功率与电压损失。难点理解高压输电原理，区别导线上的输电电压U和损失电压ΔU。教学方法自学讨论法、阅读法、讲解法。教学手段多媒体课件教学过程（一）引入新课人们常把各种形式的能（如水流能、燃料化学能、核能）先转化为电能再进行传输，这是因为电能可以通过电网来传输，那么电能在由电厂传输给用户过程中要考虑什么问题？这节课我们就来学习远距离输电的知识，请同学们认真仔细地阅读教材，回答老师提出的下列问题（二）进行新课1．降低输电损耗的两个途径1、输送电能的基本要求是什么？输送电能的基本要求是：可靠、保质、经济。可靠，是指保证供电线路可靠地工作，少有故障和停电。保质，就是保证电能的质量，即电压和频率稳定。经济是指输电线路建造和精品学习资料可选择pdf第14页，共22页-----------------------\n运行的费用低，电能损耗小。2、远距离大功率输电面临的困难是什么？在输电线上有功率损失。3、输电线上功率损失的原因是什么？功率损失的表达式是什么？降低输电损耗的两个途径是什么？由于输电线有电阻，当有电流流过输电线时，有一部分电能转化为电热而损失掉了。这是输电线上功率损失的主要原因。2设输电电流为I，输电线的电阻为r，则功率损失为ΔP=Ir.2根据功率损失的表达式ΔP=Ir可知，要减少输电线上的功率损失，有两种方法：其一是减小输电线的电阻；其二是减小输电电流。4、如何减小输电线的电阻呢？l根据电阻定律可知r=ρ，要减小输电线的电阻r，可采用下述方法：S①减小材料的电阻率ρ.银的电阻率最小，但价格昂贵，目前选用电阻率较小的铜或铝作输电线.②减小输电线的长度l不可行，因为要保证输电距离.③增加导线的横截面积，可适当增大横截面积。太粗不可能，既不经济又架设困难。．．．．．．5、如何减小输电线中的电流呢？阅读并回答教材49页“思考与讨论”中的问题。在输电功率一定的条件下，根据P=UI可知，要减小输电线中的电流I，必须提高输电电压U，这就是采用高压输电的道理。6、以上两个途径中，哪一个对于降低输电线路的损耗更有效？举例说明。采用高压输电。在输电电流一定的情况下，线路电阻减为原来的一半，线路中损耗的功1率减为原来的。在线路电阻一定的情况下，电压提高一倍，线路中的电流减为一半，而21损耗的功率减为原来的。47、大型发电机发出的电压不符合远距离输电的要求，怎么办？而到达目的地的电压也不符合用户的要求，怎么办？在发电机处用升压变压器升高电压，在用户处用降压变压器降低电压.投影片展示我国远距离高压输电情况及远距离高压输电的原理。如下图所示。设发电机的输出功率为P，则功率损失为2ΔP=I2R用户得到的功率为P用=P-ΔP.输电线路上的电压损失为：ΔU=I2R，则U3=U2-ΔU.8、目前，我国常用的远距离输电采用的电压有哪几种？有110kV、220kV、330kV，输电干线采用500kV的超高压，西北电网正在建设750kV精品学习资料可选择pdf第15页，共22页-----------------------\n的线路。9、是不是输电电压越高越好？为什么？不是。电压越高，对输电线路和变压器的要求越高，建设费用越高。实际输送电能时，要综合考虑，如输送功率的大小、距离的远近、技术和经济要求等，要依照不同情况选择合适的输电电压。2．电网供电10、采用电网供电的优点是什么？可以在能源产地使用大容量发电机组，降低一次能源的输送成本，获得最大的经济效益。同时，电网可以减少断电的风险，调剂不同地区电力供需平衡，保障供电质量。例某交流发电机输出功率为5×10.5W，输出电压为U=1.0×10.3V，假如输电线的总电阻R=10Ω，在输电线上损失的电功率等于输电功率的5%，用户使用电压U=380V.（1）画出输电线路的示意图（下图）。（标明各部分的符号）（2）所用升压和降压变压器的原、副线圈的匝数比是多少？（使用的变压器是理想变压器）（三）课堂总结、点评通过本节学习，主要学习以下问题：1．降低输电损耗的两个途径：减小线路电阻和减小输电电流。减小输电电流是最有效的途径。22U损P总远距离输电线路上，P损=Ir=，其中（I=）。采用高压输电可以达到减小输电rU电流的目的。2．电网供电的优点（四）实例探究高压输电的优点【例1】远距离输送交变电流都采用高压输电。我国西北电网正在建设750kV线路。采用高压输电的优点是（）A．可节省输电线的铜材料B．可根据需要调节交流电的频率C．可减少输电线上的能量损耗D．可加快输电的速度远距离输电的过程【例2】某小型水电站发电机输出的电功率为100kW，输出电压250V，现准备向远处输电，所用输电线的总电阻为8Ω，要求输电时在输电线上损失的电功率不超过输送电功率的5%，用户获得220V电压.求应选用匝数比为多大的升压变压器和降压变压器？（理想变压器）精品学习资料可选择pdf第16页，共22页-----------------------\n（五）巩固练习1．在远距离输电过程中，为减少输电线路上的电能损失，可采用的最佳方法是（）A．使输电线粗一些B．减短输电线长度C．减少通电时间D．采用高压输电2．远距离输送一定功率的交变电流，若输电电压提高到原来的n倍，则下列说法中正确的是（）A．输电线上的电流变为原来的n倍2B．输电线上的电压损失变为原来的1/nC．输电线上的电功率损失变为原来的1/n2D．若输电线上的电功率损失不变，输电线路长度可变为原来的n倍3．下列关于减小远距离输电导线上热损耗的说法中，正确的是（）2UA．因为热功率P=，所以应降低输送电压，增大输电导线电阻，才能减小输电导R线上的热损耗B．因为热功率P=IU，所以应采用低电压、小电流输电，才能减小输电导线上的热损耗2C．因为热功率P=IR，所以可采用减小输电线电阻或减小输送电流的方法来减小输电导线上的热损耗D．以上说法均不正确4．发电厂发电机的输出电压为U1，发电厂至学校的输电导线的总电阻为R，通过导线的电流为I，学校得到的电压为U2，则输电导线上损耗的功率可表示为（）22U1(U1U2)2A．B．C．IRD．I（U1-U2）RR第五章交变电流一、知识梳理1．交变电流的产生：线圈在匀强磁场中绕_______于磁场的轴匀速转动，产生按_______规律变化的电流。线圈转至中性面时，穿过线圈的磁通量______，而感应电动势________。2．表征交变电流的物理量：周期T，频率f，关系_________；峰值：Em、Im、Um；有效值：E、I、U3．正弦交变电流的变化规律：瞬时值表达：e=______________，i=______________，u=____________峰值：Em=__________；正弦交变电流有效值与峰值的关系：E=__________，I=____________，U=_____________4．电感电容对交变电流的影响：电感作用：________________________；电容作用：________________________5．理想变压器：原理：______________；原副线圈输入输出功率的关系：__________；精品学习资料可选择pdf第17页，共22页-----------------------\n电压与匝数的关系：_________；电流与匝数的关系：只有一个副线圈时，___________；有多个副线圈时，________________6．远距离输电：导线上的功率损失P_________________；导线上的电压损失U______________二、专题讲练专题一交变电流的四值交变电流的四值是指：瞬时值、峰值、有效值、平均值1、瞬时值：反映不同时刻交变电流的大小和方向，正弦交流瞬时值表达式为：eEmsint，iImsint。应当注意必须从中性面开始。生活中用的市电电压为220V，其峰值为______V，频率为____HZ，所以其电压瞬时值的表达式为u=__________V。针对练习1、有一正弦交流电源，电压有效值U=120V，频率为f=50Hz向一霓虹灯供电，若霓虹灯的激发电压和熄灭电压均为U0=602V，试估算在一个小时内，霓虹灯发光时间有多长？针对练习2、交流发电机的线圈从平行磁场的位置开始匀速转动，与它并联的电压表的示数为14.1V，那么当线圈转过30°时交流电压的瞬时值为_________V。2．峰值：它是瞬时值的_____值，它反映的是交变电流大小的变化范围，当线圈平面跟磁感线平行时，交流电动势最大，Em______（转轴垂直于磁感线）。电容器接在交流电路中，则交变电压的峰值不能超过电容器的耐压值。针对练习3、一只氖管的起辉电压为50V，把它接在u=50sin314tV的交变电源上，在一个交变电压的周期内，氖管的发光时间为（）A．0.02sB．0.01sC．0.015sD．0.005s3、有效值：交变电流的有效值是根据电流的______规定的：让交流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相同的时间内产生的____相等，就把这一直流的数值叫做这一交流的有效值。正弦交流电的有效值跟最大值之间的关系是：U_______，I_________对于非正弦交变电流的有效值以上关系不成立，应根据定义来求。通常所说交流电压、电流是用电压表、电流表测得的，都是指________。用电器上所标电压、电流值也是指______。在计算交变电流通过导体产生热量、热功以及确定保险丝的熔断电流时，只能用_________。针对练习4、通过某电阻的周期性交变电流的图象如图所示。求该交变电流的有效值I。精品学习资料可选择pdf第18页，共22页-----------------------\n4、平均值：它是指交流电图象中图线与横轴所围成的面积值跟时间的比值。其量值可用法拉第电磁感应定律EN·来求，特殊地，当线圈从中性面转过t290度的过程中，有EEm。计算平均值切忌用算术平E1E2均法即E求解。平均值不等于有效值。2针对练习5、如图所示，求线圈由图示位置转过60°角的过程中，通过线圈某一横截面的电量。针对练习6、交流发电机转子有n匝线圈，每匝线圈所围面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，匀速转动的角速度为ω，线圈内电阻为r，外电路电阻为R。当线圈由图中实线位置匀速转动90°到达虚线位置过程中，求：⑴通过R的电荷量q为多少？⑵R上产生电热QR为多少？⑶外力做的功W为多少？专题二感抗和容抗（统称电抗）1、感抗表示电感对交变电流的阻碍作用，其特点是“通直流，阻交流”、“通低频，阻高频”。2、容抗表示电容对交变电流的阻碍作用，其特点是“通交流，隔直流”、“通高频，阻低频”。针对练习7、左右两个电路都是从左端输入信号，从右端输出信号。左图中输入的是高频、低频混合的交流信号，要求只输出低频信号；右图C2中输入的是直流和低频交流的混合信号，要求只C1输出低频交流信号。那么C1、C2中哪个该用大电容？哪个该用小电容？精品学习资料可选择pdf第19页，共22页-----------------------\n针对练习8、对于如图所示的电路，下列说法正确的是（）A．双刀双掷开关S接上部时，灯泡亮度较大B．双刀双掷开关S接下部时，灯泡亮度较大C．双刀双掷开关S接下部，同时将电感线圈的L的铁芯抽出，在抽出的过程中，灯泡亮度变大D．双刀双掷开关S接下部，同时将电感线圈的L的铁芯抽出，在抽出的过程中，灯泡亮度变小专题三理想变压器1．理想变压器的电压变化规律为U1/U2＝________2．输入输出功率关系：________3．只有一个副线圈的理想变压器的电流变化规律I1/I2＝__________4．变压器的电压决定电压；电流决定电流；功率决定功率针对练习9、理想变压器初级线圈和两个次级线圈的匝数分别为n1=1760匝、n2=288匝、n3=8000匝，电源电压为U1=220V。n2上连接的灯泡的实际功率为36W，测得初级线圈的电流为I1=0.3A，求通过n3的负载R的电流I3。n2L220Vn1n3R针对练习10、在变电站里，经常要用交流电表去监测电网上的强电流，所用的器材叫电流互感器。如下所示的四个图中，能正确反应其工作原理的是（）零线火线零线零线A.B.C.D.AAAA精品学习资料可选择pdf第20页，共22页-----------------------\n针对练习11、如图所示，理想变压器的原、副线圈分别接有相同的白炽灯，原、副线圈的匝数比为n1∶n2=2∶1，电源电压为U，求B灯两端的电压UB为多少?针对练习12、如图，为一理想变压器，K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈两端的电压，I1为原线圈中的电流强度，则A.保持U1及P的位置不变，K由a合到b时，I1将增大B.保持U1及P的位置不变，K由b合到a时，R消耗的功率减小C.保持U1不变，K合在a处，使P上滑，I1将增大D.保持P的位置不变，K合在a处，若U1增大，I1将增大专题四远距离输电远距离输电的示意图如图所示：包括发电机、两台变压器、输电线等效电阻和负载电阻。并按照规范在图中标出相应的物理量符号。一般设两个变压器的初、次级线圈的匝数分别为、n1、n1′,n2、n2′，相应的电压、电流、功率也应该采用相应的符号来表示。从图中应该看出功率之间的关系是：P1=P1′，P2=P2′，P1′=Pr=P2。U1n1U2n2电压之间的关系是：,,U1UrU2。U1n1U2n2I1n1I2n2电流之间的关系是：,,I1IrI2。I1n1I2n2可见其中电流之间的关系最简单，I1,Ir,I2中只要知道一个，另两个总和它相等。因此求输电线上的电流往往是这类问题的突破口。输电线上的功率损失和电压损失也是需要特别注意的。分析和计算时都必须用22U1PrIrr,UrIrr，而不能用Pr。r针对练习13、在远距离输电时，要考虑尽量减少输电线上的功率损失。有一个坑口电站，输送的电功率为P=500kW，当使用U=5kV的电压输电时，测得安装在输电线路起点和精品学习资料可选择pdf第21页，共22页-----------------------\n终点处的两只电度表一昼夜示数相差4800度。求：⑴这时的输电效率η和输电线的总电阻r。⑵若想使输电效率提高到98%，又不改变输电线，那么电站应使用多高的电压向外输电？针对练习14、发电机输出功率为100kW，输出电压是250V，用户需要的电压是220V，输电线电阻为10Ω.若输电线中因发热而损失的功率为输送功率的4%，试求：（1）在输电线路中设置的升、降压变压器原副线圈的匝数比.（2）画出此输电线路的示意图.（3）用户得到的电功率是多少？针对练习15、学校有一台应急备用发电机，内阻为r=1Ω，升压变压器匝数比为1∶4，降压变压器的匝数比为4∶1，输电线的总电阻为R=4Ω，全校22个教室，每个教室用“220V，40W”的灯6盏，要求所有灯都正常发光，则：⑴发电机的输出功率多大？⑵发电机的电动势多大？⑶输电线上损耗的电功率多大？~精品学习资料可选择pdf第22页，共22页-----------------------