PAGE2PAGE5.1正弦交流電基本概念教案課程名稱電工技術基礎項目名稱正弦交流電路教學對象中職電子技術應用專業班同步教材電工技術基礎課型新授￡復習教材主編歐小東課程性質理論教學￡實踐教學授課時間年月日授課教師計劃課時2課時教學平臺多媒體網絡教室、學習通課堂教學資源教科書、多媒體教學課件線上學習資源教學視頻、學習討論、課堂練習題、在線開放課程教學目標知識目標：（1）理解正弦交流電的產生原理，掌握正弦交流電的數學表達式；（2）掌握正弦交流電的有效值、平均值、幅值等參數的計算方法；（3）了解正弦交流電的相位、相位差、頻率等概念。能力目標：（1）能夠分析交流電信號的波形，識別其頻率、幅值、相位等關鍵特征，并理解它們之間的關系；（2）能夠準確計算交流電信號的有效值、平均值、幅值等參數，并能夠應用這些參數解決實際問題。素質目標：（1）鼓勵學生對正弦交流電的應用進行批判性思考，培養批判性思維；（2）培養學生運用交流電知識解決實際問題的能力。教學重點（1）正弦交流電的數學表達式及其物理意義，包括幅值(E-m)、角頻率(ω)、相位(φ)等參數的理解；（2）正弦交流電的有效值、平均值、幅值等參數的定義及其計算方法。教學難點交流電參數的計算：有效值、平均值等的計算涉及到復雜的數學運算，學生需要掌握這些計算方法，并理解其物理意義。教學方法自主學習法、任務驅動法、合作探究法、課前準備教師：發布任務、推送資源，在線答疑解惑。學生：接收學習任務，查找相關資料自主學習；提出疑問。線下教學過程批注Ⅰ.導入：故事導入故事背景：電子工程師小明，他正在設計一種新型的音頻設備。為了使設備能夠處理各種頻率的聲音信號，他需要深入了解正弦交流電的特性。故事目的：通過小明的經歷，激發學生對正弦交流電的興趣，并引出本節課的主題。II.新課一、弦交流電的產生法拉第發現的電磁感應現象使人類“磁生電”的夢想成真，進而研制出了交流發電機。圖5-1-1所示為簡單交流發電機的原理示意圖，可用來說明交流發電機產生正弦交流電的基本原理。在圖5-1-1（a）中，將一個可以繞固定轉動軸轉動的單匝線圈abcd放置在勻強磁場中。當線圈abcd在外力作用下，在勻強磁場中以角速度ω逆時針勻速轉動時，線圈的ab和cd邊做切割磁力線運動，線圈中產生感應電動勢。如果外電路是閉合的，閉合回路中將產生感應電流。ad和bc邊的運動不切割磁力線，不產生感應電流。圖5-1-1（b）所示為轉動線圈的截面圖。線圈abcd以角速度ω逆時針勻速轉動。設在起始時刻，線圈平面與中性面的夾角為φ0；t時刻，線圈平面與中性面的夾角為ωt+φ0。從圖中可以看出，cd邊運動速度v與磁力線方向的夾角也是(ωt+φ0)，設ab和cd邊的長度為L，磁場的磁感應強度為B，則由ab和cd邊做切割磁力線運動產生的感應電動勢為由于這兩個感應電動勢是串聯的，所以整個線圈產生的感應電動勢為式中，Em—感應電動勢的最大值，又稱振幅，Em=2BLv。可見，發電機產生的電動勢按正弦規律變化，可以向外電路輸送正弦交流電。二．正弦交流電的周期、頻率和角頻率（1）周期。線圈每轉動一周，電流都將按同樣規律變化。這種周而復始的變化，叫作周期性變化。完成一次周期性變化所用的時間，叫作周期，用T表示，單位為s。（2）頻率。正弦交流電在單位時間內（1s）完成周期性變化的次數，叫作頻率，用f表示，單位是赫［茲］，符號為Hz。頻率常用的單位還有千赫（kHz）、兆赫（MHz）、吉赫（GHz），其換算關系如下：；；周期與頻率互為倒數關系，即；頻率和周期都是反映交流電變化快慢的物理量。周期越短，頻率越高，交流電變化就越快。我國發電廠發出交流電的頻率都是50Hz，習慣上稱50Hz為“工頻”。（3）角頻率。在公式V中，ω是線圈轉動的角速度。ω指正弦交流電壓單位時間內變化的電角度，叫作角頻率。顯然，角頻率、頻率、周期有如下關系：三．正弦交流電的相位和相位差（1）相位。在公式e=Emsin(ωt+φ0)V中，電動勢的瞬時值e是由振幅Em和正弦函數sin(ωt+φ0)共同決定的。t時刻，線圈平面與中性面的夾角為(ωt+φ0)，叫作交流電的相位角（簡稱相位）。t=0時刻的相位φ0，稱為初相角（簡稱初相），它反映了正弦交流電起始時刻的狀態。初相的大小和時間起點的選擇有關，對初相的規定：初相的絕對值不允許超過π（180°）。所以凡大于π的正角就化為負角，絕對值大于π的負角化為正角，如化為，化為。相位是表示正弦交流電在某一時刻所處狀態的物理量，它不僅決定了瞬時值的大小和方向，還反映了正弦交流電的變化趨勢。（2）相位差。那么i1與i2任一時刻的相位之差就叫作相位差，用符號Δφ表示。即在實際應用中規定：相位差的絕對值不能大于π，即。根據相位差，兩個同頻率的正弦交流電的相位關系歸納為以下四種。①超前或滯后。當，且滿足時：如果，則稱i1超前i2或i2滯后i1，如圖5-1-3（a）所示；如果，則稱i2超前i1或i1滯后i2，如圖5-1-3（b）所示。②同相。當，即i1、i2同時到達0或最大值時，稱i1、i2同相，如圖5-1-3（c）所示。③反相。當，即i1、i2一個到達正的最大值，另一個到達負的最大值時，稱i1、i2反相，如圖5-1-3（d）所示。④正交。當，即i1、i2一個到達0，另一個到達最大值時，稱i1、i2正交，如圖5-1-3（e）所示。如果已知正弦交流電的振幅、頻率（或周期、角頻率）和初相（三者缺一不可），就可以用解析式或波形表示。因此，振幅、頻率（或周期、角頻率）和初相叫作正弦交流電的三要素。（3）時間差。一個正弦交流電到達0或最大值的時間與另外一個正弦交流電到達0或振幅的時間之差稱為時間差。其計算公式為時間差的單位為s，規定時間差的絕對值不能超過半個周期。四．正弦交流電的有效值和平均值（1）有效值。交流電和直流電具有不同的特點，但是從能量轉換的角度來看，二者是可以等效的。為此，引入一個新的物理量—交流電的有效值。有效值是根據電流的熱效應來定義的。正弦交流電的最大值越大，它的有效值也越大；最大值越小，它的有效值也越小。理論和實驗都可以證明，正弦交流電的最大值是有效值的倍，即；；有效值和最大值是從不同角度反映交流電強弱的物理量。通常所說的交流電的電流、電壓、電動勢，如無特殊說明都是指有效值。例如，市電電壓220V，是指其有效值為220V。交流電氣設備銘牌上所標的電壓、電流都是指有效值。值得注意的是，在選擇電器或元器件的耐壓時，必須考慮電壓的最大值。（2）平均值。如圖5-1-5所示。理論和實踐都可以證明，正弦交流電的平均值是最大值的，即；；五、任務實施小組活動：學生分組，每組繪制不同頻率和峰值的正弦交流電波形圖。討論與分享：每組展示成果，討論不同參數對波形的影響。III.例題解析略。（見教材§5-1例題2，例題4）知應會知識小結