2019-2020年高二物理 （人教大綱版）第二冊 第十七章 交變電流 六、三相交變電流(第一課時).doc

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2019-2020年高二物理 （人教大綱版）第二冊 第十七章 交變電流 六、三相交變電流(第一課時) ●本節(jié)教材分析 三相交變電流在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實驗中應(yīng)用廣泛，我國的供電系統(tǒng)也是三相制.因此，三相交變電流的基本常識應(yīng)該使每個學(xué)生都了解. 在三相交變電流的產(chǎn)X生的教學(xué)中，可利用三相發(fā)電機教具和掛圖，引導(dǎo)學(xué)生分析每個線圈產(chǎn)生交流的情況和區(qū)別.可用三個大型電流表演示三個線圈中電流不同時到達峰值或零值的時間依次相差周期.要使學(xué)生明確，三相交變電流是由三個交流組成，這三個交流具有下述特點： 1.電動勢的峰值相同. 2.頻率（或周期）相同. 3.它們到達峰值或零值的時間依次相差周期. 可指出，三相交變電流中的每一個交流叫單相交流. 三相電路中的三相四線制、相線（火線）、中性線、零線、相電壓、線電壓等，在生活和生產(chǎn)中常會遇到，是重要的實際知識.三相交流發(fā)電機的兩種接法：星形連接和三角形連接中，重要的是星形連接法.我國的供電系統(tǒng)多是三相四線制，要使學(xué)生了解什么叫火線、零線、相電壓和線電壓.應(yīng)要求學(xué)生記住照明電路的相電壓是220 V，線電壓是380 V. 三相制供電系統(tǒng)的負載也有兩種連接法，三角形連接法用在三相負載相同（如三相電動機）的場合，學(xué)生所遇到的大多數(shù)負載是星形連接，應(yīng)該讓學(xué)生了解這些連接法的特性，知道負載上的電壓是多少. 三相交變電流與生產(chǎn)和生活聯(lián)系緊密，可組織學(xué)生參觀工廠，重點看輸電的三相制在生產(chǎn)上的應(yīng)用.還可組織學(xué)生參觀校內(nèi)、校外的輸電、用電線路，使學(xué)生對所學(xué)知識掌握好，也感到親切、實用.還可結(jié)合閱讀材料，簡單講解一下直線電機與磁懸浮列車，以開闊學(xué)生眼界，激起學(xué)生的求知欲，也可指導(dǎo)學(xué)生閱讀有關(guān)的雜志和參考書. ●教學(xué)目標 一、知識目標 1.知道三相交變電流是如何產(chǎn)生的. 2.知道產(chǎn)生三相交變電流的三個線圈中的電動勢最大值和周期都相同，但它們不是同時達到最大值（或零）. 3.知道什么是星形連接、三角形連接、零線、火線、線電壓及相電壓. 二、能力目標 1.理解三相交變電流產(chǎn)生及其規(guī)律. 2.會用電表判定火線和零線，同時培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際、應(yīng)用物理知識解決實際問題的能力. 三、德育目標 1.培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的科學(xué)素質(zhì). 2.使學(xué)生體會科技對社會發(fā)展的巨大推動力. ●教學(xué)重點 三相交變電流的產(chǎn)生及輸送方式 ●教學(xué)難點 三相交流電的連接方式 ●教學(xué)方法 實驗法、講解法 ●教學(xué)用具 三相交流發(fā)電機模型、導(dǎo)線、小燈泡（3個、相同）、測電筆、CAI課件、交流電流表 ●課時安排 1課時 ●教學(xué)過程 一、引入新課 ［師］正弦式交變電流是如何產(chǎn)生的？ ［生］當線圈在勻強磁場中繞垂直磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動時，線圈里產(chǎn)生的是正弦交變電流. ［師］矩形線圈轉(zhuǎn)到什么位置時，線圈中的電流最大？轉(zhuǎn)到什么位置時，線圈中電流最?。? ［生］線圈平面平行磁感線時電流最大；而線圈平面垂直磁感線時電流為零. ［師］三個完全相同的矩形線圈互成120固定在同一轉(zhuǎn)軸上，并使它們在勻強磁場中轉(zhuǎn)動，這三個線圈是否產(chǎn)生感應(yīng)電動勢？這節(jié)課我們學(xué)習(xí)三相交變電流的知識. 二、新課教學(xué) 1.三相交變電流的產(chǎn)生 ［師］出示三相發(fā)電機模型，同時利用CAI課件展出三相交流電機示意圖，引導(dǎo)學(xué)生觀察三相發(fā)電機的主要構(gòu)造. ［生］三組矩形線圈互成120固定在鐵芯上. ［演示］三相交流電的產(chǎn)生.將三個相同的燈泡分別接到發(fā)電機的三個線圈上，勻速搖動發(fā)電機線圈，觀察到什么現(xiàn)象？說明了什么道理？ ［生］三個燈泡都發(fā)光，說明每個線圈里均產(chǎn)生了交變電流. ［師］像這樣三個互成120角的矩形線圈在同一勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生出三個交變電動勢的發(fā)電機叫三相發(fā)電機.產(chǎn)生的電流叫做三相交變電流.三相交變電流有什么特點呢？請同學(xué)們觀察下面的實驗. ［演示］重復(fù)剛才的實驗，引導(dǎo)學(xué)生觀察三個燈泡同一時刻的亮度是否相同？最大亮度是否一樣？ ［生］三個燈泡同一時刻的亮度不同，但最大亮度相同. ［師］上述實驗現(xiàn)象說明三個線圈中電動勢的最大值和周期都相同，但是它們不能同時為零或同時達到最大值，依次相差周期.三相交變電流的這個特點也可以用圖象來表示. ［投影］三相交變電流的圖象（下圖）. 2.三相交流電的連接 ［師］前面實驗中，使三相交流電成為三個獨立的電源給三個燈供電，即三相六線制供電線路.它顯示不出三相交流電的優(yōu)勢，實際中供電時用三相四線制或三相三線制，即星形連接或三角形連接.下面先討論星形連接. （1）星形連接 ［師］介紹星形連接.將線圈末端和負載之間的三條導(dǎo)線合并在一起，用一根導(dǎo)線來連接，每相負載上的電壓并不改變，卻可以節(jié)省兩條導(dǎo)線，這種連接方法叫星形連接，符號是Y.畫出電路示意圖如下圖所示： ［演示］分別接通K1、K2、K3，三相負載能獨立工作，并不影響其他兩相. ［師］介紹火線、零線、相電壓和線電壓 火線——從每個線圈始端引出的導(dǎo)線，能使試電筆的氖泡發(fā)光，叫做火線（相線） 零線——從公共點引出的導(dǎo)線，通常接地，不能使試電筆的氖泡發(fā)光，叫做零線（中性線） 相電壓——每個線圈兩端的電壓. 線電壓——兩條火線之間的電壓. 說明：我國日常電路中，U相=220 V，U線=380 V，三相四線制同時輸送兩種電壓，照明電路電壓是220 V，動力電路電壓是380 V.理論和實踐證明U線=U相. ［演示］三相負載平衡時中性線中的電流.前面實驗中，若在中性線上串聯(lián)一個交流電流表.合上K1、K2、K3，觀察交流電流表的讀數(shù).說明了什么道理？ ［生］交流電流表的讀數(shù)為零.說明三相負載相同時，中性線上無電流. ［師］當三相負載相同時，中性線上無電流，可以去掉中性線.在實際中，盡量使三相負載功率相同，減少中性線上的電流. （2）三角形接法 ［師］介紹三角形連接.如果把三個線圈的始端和末端依次相連，這種連接方法叫三角形連接，符號是△.電路示意圖如圖所示. 在三角形連接中，U線=U相. 三、小結(jié) 通過本節(jié)學(xué)習(xí)，主要學(xué)了以下幾點： 1.三相交流電的產(chǎn)生. 2.三相交流電的連接. （1）Y接法：日常生活中多使用此連法，特點U相=220 V，U線=380 V，U線=U相. （2）△接法 U相=U線. 四、作業(yè) 閱讀“直線電機和磁懸浮列車” 五、板書設(shè)計 六、本節(jié)優(yōu)化訓(xùn)練設(shè)計 1.如圖所示，在三相交流電源上按星形接法連接相同負載1、2、3.NN′是中性線，已知負載1上電壓為220 V，電流為15 A.現(xiàn)以I表示中性線上的電流，U表示P、Q 兩點間電壓，則 A.I=15 A U=440 V B.I=45 A U=380 V C.I=0 U=440 V D.I=0 U=380 V 2.如圖所示，A、B、C是三相交流電源的三根火線，D是零線.電源的相電壓為220 V，L1、L2、L3是三個“220 V 60 W”的燈泡.電鍵K1斷開，K2和K3閉合，由于某種原因，電源的零線在圖中的O′處斷開，那么L2和L3兩燈泡將 A.立刻熄滅 B.變得比原來亮些 C.變得比原來暗些 D.保持亮度不變 3.如圖所示，在線電壓380 V的三相電路中，用三個額定電壓均為U0=220 V，額定功率分別為P1=100 W，P2=25 W，P3=200 W的電燈分別作A、B、C三相負載組成星形連接方式，討論當C相負載斷開和短路時所造成的影響：（1）有中性線；（2）無中性線. 參考答案： 1.D 三相交流電源上“Y”形連接相同負載時，中性線上電流為0，相電壓為220 V，線電壓為380 V. 2.C 當K1和中性線斷開后，兩燈泡L2和L3變成串聯(lián)關(guān)系，兩端電壓為BC，兩火線間的線電壓為380 V，此時每個燈分得電壓190 V，均小于它們的額定電壓220 V.故兩燈變暗. 3.解:在三相電路中，每根相線與中性線都相當于一個獨立發(fā)電機供電系統(tǒng)，某一相的負載變化可認為對其他兩相無影響.無中性線時，某一相負載的變化則會對其他造成影響. （1）如圖所示，當有中性線時，當C相負載斷開或斷路時，A、B兩相分別由相線與中性線構(gòu)成兩供電回路，UA=UB==220 V. 故A、B兩燈仍能正常工作.C短路時，會因電流過大而熔斷C相線的保險絲. （2）如圖所示，無中性線時供電電路如圖所示： 當C相負載斷開后，A、B兩相負載串接在兩根相線間. RA==484 Ω RB= Ω=1936 Ω=（4844 Ω） 兩燈獲得電壓為： UA=RA=484 V=76 V<220 V UB=U線-UA=380 V-76 V=304 V>220 V 故B相電燈燒毀，并使A相電燈不亮. 當C相負載短路時，A、B負載依次接在A、C和B、C兩根相線間，兩燈電壓猛增為380 V，兩燈一起燒毀.（嚴重時還可能影響電源） 因此可見，中性線不能隨便斷開.