高中物理：交变电流教材分析

• 电阻相同时间内产生的 • 焦耳热相等时，称直流 • 电的电压(或电流强度) • 为交流电电压(或电流 • 强度) 的有效值．
有效值：跟交流热效应相等的恒定电流的值 叫做交流的有效值。（计算一个周期就行）
E Em 2
I Im 2
只适用于正弦式的交流电
U Um 2
2.通过例题强调：求热量时用有效值 求电荷量时用平均值
高压输电的意义
有关参考知识
(一)交流输电 存在的问题
电缆输电时,心线与地间有较小的容抗 并网供电各个电站相位要同相
1.直流输电技术难点:
换流(交、直流电的互换）
(1).输电前要将交流变为直流
整流
(2).输电后要将直流再还原为交流
逆变
2.直流输电首先应用在海底电缆输电问题
(二).有关变压器: 1.理想变压器的线圈看作一个电感元件,忽略其导线的电
本章实验素材特别丰富，如何通过这一些实 验，让学生提高物理学习的兴趣，这是值得我们去 探索的问题。
二.知识结构与课时安排
第一单元：交变电流
一课时
描述正弦交流电的物理量 一课时
第二单元：电感、电容对交流电的影响
一课时
第三单元：变压器 电能的输送 习题
一课时 一课时 一课时
三.教学建议
一单元：交变电流 1.实验导入 手摇发电机模型 ①小灯泡一闪一闪发光(电流大小在变) ②直流电流表指针左右摆动（电流方向在变） ③用示波器观察电压电流的波形
r
400V
用户
r
若采用10kv高压送电，用户得到的
电功率、电压又是多大？
用电器
Ｐ损＝Ｉ２Ｒ＝Ｒ（Ｐ送／Ｕ送 ） ２ ≠Ｕ送２／Ｒ
增加一个演示
S
S
为减小导线的能量损失采用高压输电
发电机 升压变压器
远程输电线 用户用电器
降压变压器
演示实验:
实验名称、器材
章节
实验目的
变压器原理：变压器、低 压交、直流电源、小灯泡、 交流电压表
信号发生器
2.电容的作用: 实验: (1)电容对直流的阻碍作用
(2)频率越高、电容越大，容抗越小 原因: 由于交流电对电容频繁充、放电造成
信号发生器
3.总结 4.应用举例:
电感(感抗):通直流，阻交流; 通低频，阻高频
电容(容抗):通交流，阻直流; 通高频，阻低频
演示实验:
实验名称、器材 演示的章节 演示的目的
一单元：交变电流 4.交流发电机在不同位置的特点，以及与图象的对应
e
0
T/4
T/2
3T/4
Tt
中性面 的特点：磁通量、感应电动势和磁通量的变化率 平行面
4.由于开始计 时(t=0),线圈位置(初相位)不同, 出现正弦与余弦的表达式
e
e
0
t0
t
e =Emsinωt Em= nBSω
e =Emcosωt
三单元：变压器与电能的输送
1. 变压器的构造和原理
输入 端
t
输出 端
交流 电源 U1
负 U2载
2.理想变压器忽略能 量损失(无铜损、无 铁损、无磁损) : 认 为效率100%(实际中 小型变压器在80—
90%) P原= P副
原线圈 n1
铁芯
副线圈 n2
3.电压比公式建议由理论探究得出:
I1
I2
E1=n1/ t E2=n2/ t
（4）从图示位置起转动900的 过程中通过R的电荷量。
有关参考知识：
1.发电机模型一般是两个磁极,每转一周，周期性变化一次 实际发电机通常是四磁极（多极），每转一周周期性变化两 次，得到相同频率的交流电时,可以降低转子的角速度
50Hz交流电发电机其 转子 1，500r/min
50Hz交流电发电机 其转子 3，000r/min
阻,就要使其感抗远大于线圈电阻.感抗与电流的频率、自 感系数有关.加大交流电的频率;加大电感（铁心截面积加 大、匝数增多），都可使变压器线圈获得足够大的感抗.
因此大型变压器每伏匝数较少(例如:3kW的调压器初 级输入电压为220V,线圈为220匝,1V1匝;实验室用的变压器 初级线圈为1100匝,1V5匝);铁心质量越好匝数也可适当减 少;飞机上为减小变压器尺寸,用提高交流电频率的办法,同 理在收音机中高频变压器的匝数很少.
3.瞬时值、最大值、有效值的符号：
电动势 电压
电流
瞬时值
e
u
i
最大值
Em
Um
Im
有效值
E
U
I
例1、如图表示一交流的电流随时间变化的图 像，此交变电流的有效值是多大？
42
3 2
例2、图中两交变电流通过相同的电阻R。求： （1）分别写出它们的有效值、周期和频率。 （2）计算它们在R上产生的功率之比。
0．98 A 180 W
例2、如图所示，理想变压器原
副线圈接有相同的灯泡A、B且
×
都正常发光，原副线圈匝数比为 2：1，交变电源电压是U，则B
U
A
×B
灯两端的电压是 （ ）
A、U/2 B、2U C、U/5
D、2U/5
D
5. 知道如何减少输电线上功率损失
问题：在远距离输电线路中，每根输电线电阻为 r=1Ω，要输送400kw电功率，若用400V低压送电， 输电线上消耗多少功率？用户能得到多少功率？用 户能得到多大电压？
例3、如图所示，线圈的面积是0.05㎡，共有100匝； 线圈电阻为1Ω，外接电阻R＝9Ω，匀强磁场的磁感应 强度为B＝1／πT，当线圈以300r/min的转速匀速旋 转时，求：
(1)若从线圈处于中性面开始计时，写出线 圈中感应电动势的瞬时表达式；
(2)电路中电压表和电流 表示数各是多少。
（3）线圈每转过一周，外力所 做的功。
多组副线圈推广:
Ux = nx Uy ny
由功率推导电流比公式: （只适用于一组副圈）
I1 = n2 I2 n1
多个副线圈 n1I1 n2I2 n3I3
4.了解几种常用变压器: (1)自耦变压器 (2)电流互感器 (3)电压互感器
例1、如图所示，一个变压器(可视为理想变压器) 的 原 线 圈 接 在 220V 的 市 电 上 ， 向 额 定 电 压 为 1.80×104V的霓虹灯供电，使它正常发光．为了 安全，需在原线圈回路中接入熔断器，使副线圈 电路中电流超过12mA时，熔丝就熔断． (1)熔丝的熔断电流是多大? (2)当副线圈电路中电流为10mA时．变压器的输 入功率是多大?
2.强调物理模型
闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的 转轴匀速转动，在线圈中就会产生正弦交流电。
O
a
d
a
B O
b
c
b
Oˊ
d B Oˊ
c
一单元：交变电流 3. 电动势瞬时值的推导 ①常规推导方法：
②导数推导法：
Φ =BScosωt
e1 =BSωsinωt
Φ
0
t
N匝：e =NBSωsinωt
e
0
t
变压器每伏匝数若太少,相对导线的电阻的作用将明显 增加(将有较大的铜损),就要消耗功率,使变压器发热,甚至烧 毁变压器,所以设计变压器时不仅要考虑匝数比,还要考虑 每1V绕多少匝
2.变压器铁心为防止涡流通常由相互间绝缘的硅钢片 穿插成,为防止漏磁形状有“口”形、“日”形、“ ” 形,为提高变压器的效率铁心用导磁率高的硅钢片;半导体 收音机中，小变压器使用“坡莫”合金片(一种铁镍合金); 高频变压器则使用铁淦氧(俗称“磁心”)
可拆变压器、低压交流电 源、小灯泡、交流电压表
第四节 变压器可改变交 流电压的高低
第四节
电压比公式
变压器、交流电源、小灯 第四节 原、副线圈的电
泡、交流电压表、电流表
压、电流的变化关系
互感器、自耦调压器、钳 第四节 简介分析它们工作
形电流表
原理
变压器、交流电源、灯 第五节 输电的能量损失与
泡、输电线（电阻丝）
《交变电流》教材分析
一.本章概述
本章是《电磁感应》的延续，是电磁感应理论 知识的应用，跟科学技术和生活实际有密切的关系。 涉及电工技术（交流发电机、变压器）、电子技术 （电感元件）和电磁测量（传感器）等各个方面。
新教材在结构上大体继承了原教材的基本结构 和线索，对此，不会造成教学不适应的问题。但这 一章概念多，空间关系复杂，推理能力和数学能力 要求比较高。教学中一定要遵循循序渐进的原则。
对值都为最大。
例2、 交流发电机工作时的电动势的变化规律为 e=EmSinωt，如果转子的转速n提高一倍，其它 条件不变，则电动 势的变化规律将变化为：
A.e=EmSin2ωt C. e=2EmSin4ωt
B. e=2EmSin2ωt D. e=2EmSinωt
1.有效值的引入与理解：
• 甲、乙图中电炉烧水，设壶材料同、水质量相等、水 的初温相同．同时加热，若在相同时间内使两壶水烧 开．即直流电在电阻上产生的焦耳热与交流电在相同
三峡电厂发电机的多极转子
Байду номын сангаас
2.大型发电机线圈中电流很大，为了不使大的电流通 过电刷，实际发电机都是磁铁(电磁铁)旋转（为转子）, 而线圈是固定的（定子）.
磁铁旋转式发 电机模型
二单元.电感、电容对交流电的影响
教学注意点: 通过实验现象; 分析本质; 总结结论
1.电感作用: 实验: (1)电感对交流的阻碍作用 (2)频率越高、自感系数越大，感抗越大 原因: 由于自感现象对交流的阻碍造成
不计磁损，每一匝的/ t相同
U1 n1
n2 U2
E1/n1= E2/n2
原线圈回路有：U1− E1=I1r1≈ 0 副线圈回路有：E2=U2 +I2r2 ≈U2