高中物理第4章远距离输电第1节三相交变电流教学案鲁科版选修3-2(new)

三相交变电流-鲁科版选修3-2教案一、课程概述本课程是鲁科版高中物理选修3-2中的一部分，主要涵盖三相交变电流方面的内容。

在此课程中，学生将学习三相交变电流的产生、传输和应用。

通过学习此课程，学生将了解三相交变电流的基本性质、特点和使用方法。

二、教学目标在此课程中，学生将学习以下知识：1.掌握三相交变电流的产生和传输的原理；2.了解三相交变电流的基本性质和特点；3.了解三相交变电流在电力系统中的应用；4.培养学生实验和操作的能力。

三、教学内容本课程主要包括以下内容：1. 三相交变电流的产生和传输学生将学习三相交变电流的产生和传输的原理。

通过此课程，学生将了解三相电流的基本性质、特点和公式，以及三相变压器和三相感应电机的原理。

2. 三相交变电流的基本性质和特点学生将了解三相交变电流的基本性质和特点，包括相电压、相电流、线电压、线电流和功率等概念。

通过此课程，学生将学习不同类型的三相电路和三相不平衡负载电路。

3. 三相交变电流在电力系统中的应用学生将了解三相交变电流在电力系统中的应用。

通过此课程，学生将了解三相发电机和三相变压器在电力系统中的应用，以及三相交变电流在家庭和工业中的应用。

4. 实验和操作学生将进行实验和操作。

通过此课程，学生将实验三相电压和电流的测量，以及三相感应电机的实验。

四、教学方法1.投影仪展示在教学过程中，可以使用投影仪展示相关的图示图案，帮助学生更好地理解和掌握课程内容。

2.实验操作在教学过程中，可以让学生进行实验和操作，以帮助学生加深对于课程内容的理解。

3.课堂讨论在教学过程中，可以进行课堂讨论，以帮助学生更好地理解和掌握课程内容。

五、教学重点和难点本课程的教学重点和难点如下：1.三相交变电流的产生和传输的原理；2.三相交变电流的基本性质和特点；3.三相交变电流在电力系统中的应用。

六、教学评估学生将进行以下教学评估：1.学生作业学生将完成一些与课程相关的作业。

2.实验报告学生将撰写实验报告。

1.线电压:火线与火线之间的电压,一般为380V ;2.相电压:火线与中线之间的电压,一般为220V .知识点一：三相交流电发电机、三相交流电的产生及特点5.瞬时值表达式三个绕组(A X 、B Y 、C Z )中产生的感应电动势可用函数分别表示为 sin A m e E wt =；2sin()3B m e E wt π=-；4sin()3C m e E wt π=- 6.e -t 图象:三相交变电流的e -t 图象如图所示.*注：(1)三相交变电流的每一相电流的变化规律跟前面学过的正弦式交变电流完全相同.(2)三相电流间的相位关系决定了表达式和图象的关系.(3)三相交流发电机由于电枢的特殊连接关系,对外供电时电压(及电流)不是简单地相加或相减的关系.【典例1】请将左边的三相交流发电机的电源绕组连接方式与右边两个接法简图用笔划线对应起来。

【答案】-----；-------。

即横连【拓展】电源绕组的星形接法中，电源的相电压与线电压的关系是什么？电源绕组的三角形接法中，电源的相电压与线电压的关系是什么？【解析】（1）把三相电源三个绕组的末端a ’、b ’、c ’连接在一起，成为一公共点o ，从始端a 、b 、c 引出三条端线，这种接法称为“星形接法”又称“Y 形接法”.如图所示.从每相绕组始端引出的导线叫做“相线”，又称“火线”.图中的o 称为“中性点”.从中性点引出的导线称为“中性线”，简称“中线”.这种具有中线的三相供电系统称为“三相四线制”.每相相线与中线间的电压称为“相电压”，其有效值分别用Vao 、Vbo 、Vco ）表示.每两根相线之间的电压称为“线电压”，其有效值分别用Vab 、Vbc 、Vca 表示.相电压的正方向规定为自始端到中性点.线电压的正方向，例如Vab 的正方向，规定为自始端a 到始端b.星形接法，相电压和线电压显然是不同的，且各相电压之间的相位不同，故在计算相电压和线电压之间的关系时应用矢量方法计算.如有Vab =2Vaocos 30°； Vbc =2Vbocos 30°；Vca =2Vcocos 30°；表示了相电压和线电压之间方向和数量关系. (2) 将一相绕组的末端与另一相绕组的始端相接，组成一封闭三角形，再由绕组间彼此连接的各点引出三根导线作为连接负载之用.这样的连接法称为“三角形接法”，也称“△接法”.如图所示.由图中可见，在△接法中，端线之间的线电压也就是电源每相绕组的相电压，因此有Vab =Vaa ’; Vbc =Vbb ’; Vca =Vcc ’. 【答案】（1）U 线3相=380V ； （2）U 线=U 相=220V【典例2】三相交流发电机的三个线圈中A 相的电压为u ＝311sin 100πtV ，那么（ ）A .三个线圈中交流电的频率都是50HzB .在t ＝0时，其他两个线圈的输电电压为零C .若按Y 形接法，任意两线间的电压的最大值为380VD .若按△形接法，任意两线间的电压的有效值为220V 【解答】正确答案是A 、D .【点拨】三相交流发电机的每个线圈的频率、电压的有效值(或最大值)均相同，但由于不同步，所以任一时刻的瞬时值不同.在两种连接方式中线电压和相电压的关系不同.【典例3】比较三相交流发电机的三个线圈发出的三相交变电压,下列说法正确的是( )A .最大值、周期及达到最大值的时刻均相同B .最大值、周期均相同,但达到最大值的时刻依次相隔1/6周期C .最大值、周期均相同,但达到最大值的时刻依次相隔1/3周期D .最大值、周期及达到最大值的时刻均不相同【解析】选C .由三相交流电的特点可知三个线圈产生的三相电压最大值和周期相同,而达到最大值的时刻依次落后T /3,故选C . 【典例4】下列关于三相交流发电机的说法正确的是( ) A .三相交流发电机与单相交流发电机一样,主要组成部分是电枢线圈和磁极B .三相交流发电机可分为旋转磁极式和旋转电枢式两类C .三相交流发电机发出三相交变电流,但只能使用其中一相交变电流D .三相交流发电机也可以当做三个单相交流发电机,分别单独向外传送三组单相交变电流【解析】选A 、B 、D .由三相交流发电机的原理和分类可知A 、B 正确.三相交流发电机能同时产生出三相独立的交变电流,每相交变电流都能单独使用,故D 正确,C 错误.【典例5】下列关于三相交变电流的产生原理,说法正确的是( ) A .发电机中3个绕组具有相同的匝数和绕向,互成600角 B .在转动过程中,每个绕组产生的感应电动势的最大值和周期都相同C .在转动过程中,每个绕组产生的感应电动势的有效值及瞬时值都相同D .发电机的三个绕组在转动过程中达到最大值的时间依次落后T /3 【答案】选BD .知识点二：电源与负载的连接方式 电源与负载的连接方式 1.连接方式及特点2.相线、中线的区分通常用黄、绿、红三色分别表示相序为A 、B 、C 的相线,用黑色标记中线.3.线电压、相电压大小:通常情况下,相电压为220V ,线电压为380V. *注：(1)三相四线制中的中线不同于用电器设备的接地线.前者有电流通过,后者只在电器漏电时起保护作用.(2)严禁家庭照明电路中私自将接地线当零线使用.【典例1】（1）对称的负载星型接法中，负载电压与相电压和线电压有什么关系？相电流与线电流的关系是什么？（2）对称的负载三角形接法中，相电流与线电流有什么关系？ 【答案】（1）负载的星型接法中，若电源为Y 形连接，则负载的电压应等于相电压，并为线电压的1/3，线电流应等于相电流，即I 线=I 相；若电压为△形连接，则负载的电压应为线电压的1/3，又相电压等于线电压，故有3U 负=U 线=U 相，即有I 线=3I 相 (2)负载的三角形接法中，不管电源为Y 形连接还是△形连接，负载的电压应等于线电压，且都有线电流等于相电流的3倍，即 I 线=3I 相。

4．1《三相交变电流》学案【学习目标】1、知道三相交变电流是如何产生的．了解三相交变电流是三个相同的交流电组成的．2、了解三相交变电流的图象，知道在图象中三个交变电流在时间上依次落后1／3周期．3、知道产生三相交变电流的三个线圈中的电动势的最大值和周期都相同，但它们不是同时达到最大值<或为零）．b5E2RGbCAP4、了解三相四线制中相线<火线）、中性线、零线、相电压、线电压等概念．5、知道什么是星形连接、三角形连接、零线、火线、线电压及相电压．【学习重点】三相交变电流及负载的连接【知识要点】1．三相交流发电机：在同一磁场中有三个互成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Array跟单相发电机的原理相同．p1EanqFDPw2．三相交变电流的产生．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3． 电源与负载的连接方式1>、线圈的星形连接<Y 接法）在实际应用中，三相发电机的三组线圈常照图加以连接。

这钟接法叫星形连接。

从每组线圈始端 A 、B 、 C 引出输电线叫相线<或叫火线），每相线圈的末端X 、Y 、Z 连成公共点O ，叫中住点。

从中性点引进的输电线叫中线<因它常接地，又叫零线）。

每根线圈两端点之间的电压叫相电压，用U 相表示，每两根相线之间的电压叫线电压，用U 线表示。

DXDiTa9E3d 三相四线制。

U 线=31/2 U 相2>、三角形接法<△接法）照图那样连接，再接到三相电源上。

这利联法称之为三角形接法。

在这种接中，各相负较正好接于两根相线间，所以每根上的电压就等于线电压。

RTCrpUDGiT 每根负载中的电流只要用线电压除以负载的阻抗便可得到。

在负载的三角形接法中，线电流与相电流是不相等的，如果我们将各相电流的正方向表示在图中，那么在相线 A 中流过的线电流IA=i1－i3，如果负载完全对称不难证明A 中线电流的有效值为任一相中电流有效值的／3倍，其余一样。

3.1交变电流的特点教学过程教法运用教学过程一、引入新课我们知道恒定电流，它的大小和方向都不随时间改变。

交流电源提供的电流的大小和方向随时间做周期性变化，我们称这种电流为交变电流，俗称交流电。

[师问] 交变电流与恒定电流比较具有不同的特点，用那些量来描述交变电流呢？由学生恒定电流和交变电流的图像感性认识不同的电流。

教师提示如下关键点①电流的大小的变化②电流方向的变化引导学生比较直流电和交流电。

以达到感性和理性认识的结合。

教学过程教法运用２．交变电流的最大值（峰值）和有效值（1）交变电流最大值（峰值）（Im 、Em 、Um ）：指交变电流各个参量一个周期内所能达到的最大值。

表示交变电流的强弱或电压的高低。

实际中需要考虑。

例如：电容器接在交流电路中，应需要知道交变电压的最大值，电容器的额定电压应高于交变电压的最大值，否则电容器有可能被击穿。

（2）交变电流有效值（I 、E 、U ）： [思考与讨论]如图所示的电流通过一个R=1Ω的电阻，它不是恒定电流。

(a)、怎样计算通电1s 内电阻R 中产生的热量?解析：图象反映的交变电流可以分为4段。

前半个周期中，0---0.2S 内，可看成电流大小为1A 的恒定电流，0.2S---0.5S 内，可看成电流大小为2A 的恒定电流.后半个周期的电流与前半个周期方向相反，但产生热量相同。

交流电的热量：（b ）如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通过电阻R ，也能在1s 内产生同样的热，这个电流是多大?结合［思考与讨论］进行自主探究式学习JJ Rt I Rt I Q 8.22)3.0122.011(2)(222221211=⨯⨯⨯+⨯⨯=⨯+=教学过程教法运用恒定电流的热量：[教师指出]1） 有效值：（抓三个相同）让交流与恒定电流通过相同的电阻，如果它们在一个周期内内产生的热量相等，把恒定电流的值叫做这个交变电流的有效值。

2） 正弦交流电有效值与最大值之间的关系[说明]① 交流用电设备上所标的额定电压和额定电流是有效值；交流电压表和交流电流表的示数是有效值；交变电流的数值在无特别说明时都是指有效值。

第1节 三相交变电流一、三相交流发电机 1．发电机组成、分类2．绕组特点三个绕组具有相同的匝数、绕向，互成120°角。

二、三相交变电流的产生1．产生：三个相同的线圈固定在一个铁芯上，线圈平面互成120°角，铁芯匀速转动时，就相当于三个线圈在磁场里切割磁感线，就产生三相交变电流。

2．特点：三个交变电动势的最大值和周期都相同，但是它们达到最大值(或零值)的时刻不同，依次落后13个周期。

三、电源与负载的连接方式 1．常用的两种连接方式三相四线制星形接法、三相三线制星形接法。

2．线电压和相电压(1)线电压：火线与火线之间的电压，一般为380 V 。

(2)相电压：火线与中线之间的电压，一般为220 V 。

1.三相交流发电机内安装3组独立的互成120°角的线圈，能同时产生出三相独立的交变电流。

2．发电机的三相绕组通常采用三相四线制连接方式，若三相负载完全对称则中线电流为零，可取消中线采用三相三线制。

3．三相电源的星形接法中火线与中线之间的电压是相电压，火线与火线之间的电压是线电压，线电压与相电压之间的关系是U 线＝3U 相。

1．自主思考——判一判(1)三相交流发电机的三个线圈发出的三相交变电压，最大值、周期及达到最大值的时刻均相同。

(×) (2)三相交流发电机的三个线圈发出的三相交变电压，最大值、周期均相同，但达到最大值的时刻依次相隔13周期。

(√)(3)在三相交变电流中相电压和线电压一定相等。

(×) (4)若三个负载相同，则一般可用三相三线制星形接法。

(√) 2．合作探究——议一议(1)三相的“相”是什么意思？三相交流发电机和单相发电机有何相同点和不同点？ 提示：①相，就是电源组；三相，就是3个电源组。

②单相发电机只有一组线圈，只产生一相交变电动势。

三相交流发电机有三组互成120°的线圈，产生三相独立的交变电流，但是每组线圈产生交变电动势的原理跟单相发电机的原理相同，都是靠线圈和磁场发生相对运动，利用电磁感应现象产生交变电流。

第一节三相交变电流三维教学目标一、知识目标1、知道三相交变电流是如何产生的．了解三相交变电流是三个相同的交流电组成的．2、了解三相交变电流的图象，知道在图象中三个交变电流在时间上依次落后1／3周期．3、知道产生三相交变电流的三个线圈中的电动势的最大值和周期都相同，但它们不是同时达到最大值（或为零）．4、了解三相四线制中相线（火线）、中性线、零线、相电压、线电压等概念．5、知道什么是星形连接、三角形连接、零线、火线、线电压及相电压．二、能力目标1、培养学生将知识进行类比、迁移的能力．2、使学生理解如何用数学工具将物理规律建立成新模型3、训练学生的空间想象能力的演绎思维能力．4、努力培养学生的实际动手操作能力．三、情感目标1、通过了解我国的电力事业的发展培养学生的爱国热情2、让学生在学习的过程中体会到三相交流电的对称美教学过程一、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。

鲁科版选修(3-2)第一节《交变电流的特点》教案年级高一学科物理（一）导入新课复习提问：法拉第电磁感应定律的内容是什么？学生活动电路中感应电动势大小跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比，启发引导：一个矩形闭合线框在磁场中绕垂直于磁场方向的轴转动，情况将如何？如图3-10-1：线框边长 ab=dc=L1ad=bc=L2OO′为过ad、bc中点的轴．从图示位置开始计时，经过时间t，线圈转过角度θ=ωt，此时ab线圈产生总电动势e=ab+ dc=BL1L2ωsinωt记作e=E m sinωt记作i=I m sinωte 和i 随t 按正弦规律变化．（二）讲授新课【投影】问题四：猜想在线圈中产生的感应电流的大小、方向是确定的吗？若不是，应该是什么样的？【学生回答】不是，可能是周期性变化的【过渡】究竟同学的猜想是否正确呢，下面我们用矩形线圈在磁场中旋转来验证这一猜想。

【演示一】将线圈和电流表串联起来，转动线圈，为了便于观察，将线圈半圈半圈地转，注意观察现象，进行总结。

【总结】现象：电流表的指针时而向左，时而向右摆动。

说明电流的特点：电流大小、方向都要发生变化。

【演示二】线圈转动一周，指针左右摆动一次，线圈转动两周，指针左右摆动两次。

【总结】说明在连续转动线圈的过程中，通过电流计的电流周期性变化。

【讲解】我们把这种大小、方向都随时间作周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流电。

交变电流在我们的日常生活、工作中起着重要的作用。

那么矩形线圈在匀强磁场中转动为什么可以产生交变电流呢？这就是我们本节课所要研究的第一个问题——交变电流的产生。

【板书】第一节 交变电流 【投影】【讲解】3只画了一匝线圈，它的ab 边连在金属滑环K 上，cd 边连在滑环L 上；两个滑环通过金属片做的电刷A 、B 和外电路相连，将线圈中产生的电流引到外电路，让线圈沿逆时针方向转动，在线圈逆时针匀速转动过程中，哪些边在切割磁感线？【学生回答】在线圈逆时针匀速转动过程中，ab 边和cd 边在切割磁感线【讲解】正确。