高二物理集体备课教案

物理组高二集体备课教案

第一节交变电流的产生

教学目的：l、交变电流的产生即变化规律。

2、会用公式和图像表示交变电流。

3、培养学生观察实验能力和思维能力。

教学准备：交流发电机模型、演示电流表、

教学过程：

一、知识回顾

如何产生感应电流？

二、新课教学：

1、交变电流的产生

[演示1]：出示手摇发电机模型，并连接演示电流表

当线圈在磁场中转动时，电流表的指针随着线圈的转动而摆动，线圈

每转动一周指针左右摆动一次。

表明：电流强度的大小和方向都做周期性的变化，这种电流叫交流电。

2、交变电流的变化规律

[演示2]：矩形线圈在匀强磁场中匀速转动的四个过程

分析：线圈bc、da始终在平行磁感线方向转动，因而不产生感应电动势，只起导线作用。

（1）线圈平面垂直于磁感线（a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900时（b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900时（c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900时，处于图d位置，ab、cd边的瞬时速度方向，跟线圈经过图（b）位置时的速度方向相反，产生的感应电动势方向也跟在（图b）位置相反。

（5）再转过900线圈处于起始位置（e 图），与a 图位置相同，线圈中没有感应电动势。

小结：线圈平面每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次，因此线圈转动一周，感应电流的方向改变两次。

提出问题：线圈中的感应电动势的大小如何变化呢？

在场强为B 的匀强磁场中，矩形线圈边长为L ，逆时针绕中轴匀速转动，角速度为ω，从中性面开始计时，经过时间t 。

线圈转动的线速度为v=ωL/2，转过的角度为θ=ωt ， 此时ab 边线速度v 以磁感线的夹角也等于ωt ，这时ab 边中的感应电动势为e ab 同理，cd 边切割磁感线的感应电动势为e cd ：

就整个线圈来看，因ab 、cd 边产生的感应电势方向相同，是串联，所以

当线圈平面跟磁感线平行时，即ωt=π/2，这时感应电动势最大值εm =BS ω 感应电动势的瞬时表达式为e= εm sin ωt

可见在匀强磁场中，匀速转动的线圈中产生的感应电动势是按正弦规律变化的。即感应电动势的大小和方向是以一定的时间间隔做周期性变化。当线圈跟外电路组成闭合回路时，设整个回路的电阻为R ，则电路的感应电流的瞬时值为表

达式

感应电流瞬时值表达式 i=I m sin ωt 这种按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流

t

Bl t l Bl BLV e cd ωωωωsin 2

1

sin 22===t

BS t Bl e ωωωωsin sin 2==t

BS t Bl e ωωωωsin sin 2

==t R

R e i m

ωsin ε==t

Bl t l Bl BLV e ab ωωωωsin 21sin 22

===

3、交流电的图像

交流电的变化规律还可以用图像来表示，在直角坐标系中，横轴表示线圈平面跟中性面的夹角（或者表示线圈转动经过的时间t），纵坐标表示感应电动势e （感应电流I）。

4、交流发电机

（1）发电机的基本组成：①用来产生感应电动势的线圈（叫电枢）②用来产生磁场的磁极

（2）发电机的基本种类①旋转电枢式发电机（电枢动磁极不动）②旋转磁极式发电机（磁极动电枢不动）无论哪种发电机，转动的部分叫转子，不动的部分叫定子

第二节 表征交变电流的物理量

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。

教学准备：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：

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，但切割边都未切割磁感线，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：从中性面开始计时，则e=NBS ωsin ωt 。用εm

表示峰

值NBS ω 则e=ε

m sin ωt

在纯电阻电路中,电流I=

R

R e m

ε=sin ωt=I m sin ωt ，电压u=U m sin ωt 。 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x 表示，e i u ②峰值：即最大的瞬时值 用大写字母表示，U m Ｉm εm εm = nsB ω Ｉm =εm / R

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

εm =NBS ω，即仅由匝数N ，线圈面积S ，磁感强度B 和角速度ω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ε=2

m

ε I=

2

m I U=

2

m U 。

注意：正弦交流的有效值和峰值之间具有ε=

2m

ε，U=

2

2m

m I I U =

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I=I m

。

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t

n ??Φ

=ε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πωnBs T Bs n 22

2=

?=，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。

①、周期T ：s . ②、频率f ③、角频率ω单位：rad/s.

④、角速度、频率、周期，的关系 ω=2πf=T

π

2

第三节电感和电容对交变电流的影响

教学目的：

1、理解为什么电感电容对交变电流有阻碍作用

2、知道感抗、容抗与那些因素有关

教学过程：

一、知识回顾：

1、电流的最大值和有效值间的关系

2、交变电流的周期及频率间的关系

二、新课教学：

1、电感器对交变电流的阻碍作用

⑴原理：将交变电流通入电感线圈，由于线圈中的电流大小和方向都时刻变化，根据电磁感应原理，电感线圈中必产生自感电动势，以阻碍电流的变化，因此交流电路的电感线圈对交变电流有阻碍作用。

⑵影响电感器对交变电流阻碍作用大小的因素：感抗的大小与线圈的自感系数和交流电的频率。

⑶电感器在电路中的作用：通直流，阻交流；通低频，阻高频。

“通直流，阻交流”这是对两种不同类型的电流而言的，因为（恒定）直流电的电流不变化，不能引起自感现象，交流电的电流时刻改变，必有自感电动势产生来阻碍电流的变化。“通低频，阻高频”这是对不同频率的交流而言的，因为交变电流的频率越高，电流变化越快，自感作用越强，感抗也就越大。

⑷应用：扼流圈

扼流圈是利用电感阻碍交变电流的作用制成的电感线圈。分低频扼流圈和高频扼流圈两类：

低频扼流圈

构造：线圈绕在铁芯上，匝数多，自感系数大，电阻较小

作用：通直流，阻交流

高频扼流圈

构造：线圈绕在铁氧体上，匝数少，自感系数小（铁芯易磁化使自感系数增大，铁氧体不易磁化，自感系数很小）

作用：通低频，阻高频

2、电容器对交变电流的阻碍作用

⑴原理：当电源电压推动电路中形成电流的自由电荷向某一方向做定向移动的时候，电容器两极板上积累的电荷要反抗自由电荷向这个方向做定向移动，因此交流电路的电容对交变电流有阻碍作用。

⑵影响电容器对交变电流阻碍作用大小的因素：电容器的电容和交流的频率。

频率一定，则电

容器充（放）电时间

一定，又因电压一

定，根据Q=CU可

知，C大的电容充入

（或放出）的电量

多，因此充电（或放电）的的速率就大，所以电流也就越大，容抗越小；而C 一定时，电容器充入（或放出）的电量一定，频率越高，电容器充（放）电的时间越短，充电（或放电）的速率越大，容抗也越小。

⑶电容器在电路中的作用：通交流，隔直流；通高频，阻低频。

电容器对直流相当于断路，利用电容器“隔直流、通交流”性质可分离直流信号和交流信号，如图1所示，该电路就起到“隔直流，通交流”的作用；

在电子技术中，从某一装置输出的电流常常既有高频成分，又有低频成分，若在下一级电路的输入端并联一个电容器，就可只把低频成分的交流信号输送到下一级装置，如图2所示，具有这种“通高频，阻低频”用途的电容器叫高频旁路电容器。

3、难点辨析：为什么交变电流能够通过电容器？

电容器的两级板之间是绝缘的，不论是恒定电流还是交变电流，自由电荷都不能通过两极板之间的绝缘体（电介质）。通常所说的交变电流“通过”

电容器，并非有自由电荷穿过了电容器，而是在交流电源的作用下，当电压升高时，电容器充电，电容器极板上的电荷量增多，形成充电电流，当电压降低时，电容器放电，电容器极板上的电荷量减少，形成放电电流，由于电容器反复不断地充电和放电，使电路中有持续的交变电流，表现为交变电流“通过”了电容器。

4、电阻、电感器、电容器对对交变电流阻碍作用的区别与联系

第四节 变压器

教学目的：l 、了解变压器的构造，理解变压器的工作原理。

2、掌握变压器的变流比和变压比。

3、了解几种常见的变压器。

教学准备：可拆迁变压器、学生电源、演示电流表、 教学过程： 一、知识回顾

1、产生电磁感应现象的条件。

2、法拉第电磁感应定律。 二、新课教学： 1．变压器的构造

原线圈、 副线圈、 铁心 2．变压器的工作原理

在原、副线圈上由于有交变电流而发生的互相感应现象，叫做互感现象，互感现象是变压器工作的基础。 3．理想变压器

磁通量全部集中在铁心内，变压器没有能量损失，输入功率等于输出功率。 4．理想变压器电压跟匝数的关系：

U 1/U 2= n 1/n 2

说明：对理想变压器各线圈上电压与匝数成正比的关系，不仅适用于原、副圈只有一个的情况，而且适用于多个副线圈的情况。即有3

3

2211n U n U n U =

==……。这是因为理想变压器的磁通量全部集中在铁心内。因此穿过每匝线圈的磁通量的变化率是相同的，每匝线圈产生相同的电动势，因此每组线圈的电动势与匝数成正比。在线圈内阻不计的情况下，每组线圈两端的电压即等于电动势，故每组电压都与匝数成正比。 5．理想变压器电流跟匝数的关系

I 1/I 2= n 2/n 1 （适用于只有一个副线圈的变压器） 说明：原副线圈电流和匝数成反比的关系只适用于原副线圈各有一个的情况，一旦有多个副线圈时，反比关系即不适用了，可根据输入功率与输出功率相

等的关系推导出：U 1I 1= U 2I 2+ U 3I 3+U 4I 4+……再根据U 2=12n n U 1 U 3=13n n U 1 U 4=1

4n n

U 4……可得出：

n 1I 1=n 2I 2+ n 3I 3+ n 4I 4+…… 6．注意事项

（1）当变压器原副线圈匝数比(

2

1

n n )确定以后,其输出电压U 2是由输入电压U 1决定的(即U 2=

1

2

n n U 1)但若副线圈上没有负载 , 副线圈电流为零输出功率为零 , 则输入 功率为零,原线圈电流也为零,只有副线圈接入一定负载,有了一定的电流,即有了一定的输出功率，原线圈上才有了相应的电流（I 1=

1

2

n n I 2），同时有了相等的输入功率，（P 入=P 出）所以说：变压器上的电压是由原线圈决定的，而电流和功率是由副线圈上的负载来决定的。

五电能的输送

教学目的：

1、了解电能输送过程。

2、知道高压输电的道理。

3、培养学生运用物理规律和公式分析实际问题的能力。

教学过程：

一、知识回顾

讲述:前面我们学习了电磁感应现象和发电机,通过发电机我们可以大量地生产电能。比如,葛洲坝电站通过发电机把水的机械能转化为电能,发电功率可达271.5万千瓦,这么多的电能当然要输到用电的地方去,今天,我们就来学习输送电能的有关知识。

二、新课教学

(1)输送电能的过程

提问:发电站发出的电能是怎样输送到远方的呢?如:葛洲坝电站发出的电是怎样输到武汉、上海等地的呢?很多学生凭生活经验能回答:是通过电线输送的。在教师的启发下学生可以回答:是通过架设很高的、很粗的高压电线输送的。

(2)远距离输电为什么要用高电压?

提问:为什么远距离输电要用高电压呢?学生思考片刻之后,教师说:这个实际问题就是我们今天讨论的重点。

分析和讨论的思路是:输电→导线(电阻)→发热→损失电能→减小损失。

讲解:输电要用导线,导线当然有电阻,如果导线很短,电阻很小可忽略,而远距离输电时,导线很长,电阻大不能忽略。列举课本上的一组数据。电流通过很长的导线要发出大量的热,请学生计算:河南平顶山至湖北武昌的高压输电线电阻约400欧,如果通的电流是1安,每秒钟导线发热多少?学生计算之后,教师讲述:这些热都散失到大气中,白白损失了电能。所以,输电时,必须设法减小导线发热损失。

提问:如何减小导线发热呢?

分析:由焦耳定律Q=I2Rt,减小发热Q有以下三种方法:一是减小输电时间t,二是减小输电线电阻R,三是减小输电电流I。

提问:哪种方法能被实际使用呢?

讨论:第一种方法等于停电,没有实际价值。第二种方法从材料、长度、粗细三方面来说都有实际困难。适用的超导材料还没有研究出来。排除了前面两种方法,就只能考虑第三种方法了。从焦耳定律公式Q=I2Rt可以看出,第三种办法是很有效的:电流减小一半,损失的电能就降为原来的四分之一。通过后面的学习,我们将会看到这种办法也是很可行的。

讲解:另一方面,输电就是要输送电能,输送的功率必须足够大,才有实际意义。

提问:怎样才能满足上述两个要求呢?

分析:根据公式P=UI,要使输电电流I减小,而输送功率P不变(足够大),就必须提高输电电压U。

(3)变压器能把交流电的电压升高(或降低)

讲解:在发电站都要安装用来升压的变压器,实现高压输电。但是我们用户使用的是低压电,所以在用户附近又要安装降压的变压器。

讨论:高压电输到用电区附近时,为什么要把电压降下来?(一是为了安全,二是用电器只能用低电压。)

(4)引导学生看课本的最后两个自然段,了解我国输电电压,知道输送电能的优越性。

3.小结:输电过程、高压输电的道理。