1、叙永职高王祥远1正弦交流电【项目描述】正弦交流电是一种最简单而又最基本的交流电，具有不同于直流电的特点，有特殊的表征方法。此项目从介绍正弦交流电的产生及表征正弦交流电的方法出发，逐步分析简单的正弦交流电路、三相正弦交流电的产生、三相电源及负载的连接。其中，表征正弦交流电的三要素及简单正弦交流电路的计算方法是此次项目重点，并通过技能训练来强化这些重点知识；三相正弦交流电路是此项目的难点，通过技能训练来突破这些难点知识。本章在高考中的地位：本章是电磁感应定律的应用和延伸，也是高中物理电磁学知识的收尾。高考对交流电的产生和变压器的原理要求较高，而对电磁场的电磁波仅限于一般性认识和了解，特别注意电磁振
2、荡及 LC 回路不再列为高考要求，因而也不必在此浪费时间。复习的重点是交流电的的变化规律及其描述（包括图象） 、有效值的概念、理想变压器的原理、电能输送中相关计算等。特别是交变电流知识和力学知识的综合应用问题，要引起足够重视，如 2003 年高考“自行车头灯”问题。还有带电粒子在加有交变电压的平行金属板间的运动问题等，复习过程中，要注意适量训练，提高综合应用能力。【教学目标】应知1 了解正弦交流电的产生原理。2 掌握表征正弦交流电的三要素以及相位差的概念。3 掌握解析式、波形图、旋转矢量（相量）法 3 种表示正弦交流电的方法。4 掌握简单正弦交流电路电压与电流的关系，了解感抗、容抗的概念及串联
3、谐振的条件和特点。5 了解简单正弦交流电路的有功功率、无功功率、视在功率、功率因素的概念及提高功率因素的意义。6 掌握三相四线制电源的线电压和相电压的计算方法。7 理解三相对称负载星形联结和三角形联结时，负载相电压和线电压、负载相电流和线电流的关系应会1.能测量正弦交流电的电流与电压。叙永职高王祥远22.能对简单照明电路配电板进行安装，能铺设简单暗线电路。3.能正确连接三相负载的三角形、星形联结。【项目分配】任务一 正弦交流电基础（2 课时）任务二 正弦交流电的表示方法（2 课时）任务三 简单正弦交流电路（4 课时）任务四 RLC 串联电路（4 课时）任务五 三相正弦交流电（6 课时）任务六
4、正弦交流电路的功率（4 课时）任务一 正弦交流电基础（2 课时）一、 【教学目标】知识目标：知道正弦交流电的基本概念技能目标：1 了解正弦交流电的产生过程。2 理解并掌握正弦交流电的三要素、相位差及有效值。情感目标：通过正弦交流电的学习，培养学生对生活的热爱，激发学生对电的兴趣。二、 【教学重点】正弦交流电的三要素三、 【教学难点】1 相位差的理解及判断。2 有效值概念的理解。四、 【教学过程】（一）明确项目任务理解正弦交流电的三要素及掌握正弦交流电的表示方法（二）制定项目实施计划复习中学内容引入新课提问：叙永职高王祥远31 什么叫直流电？（大小和方向都不随时间变化的电流、电压或电动势统称为直
5、流电）2 什么叫交流电？其如何分类？（大小和方向都随时间发生变化的电流、电压或电动势统称为交流电。其分类如下：） 非 周 期 性 交 流 电 非 正 弦 交 流 电正 弦 交 流 电周 期 性 交 流 电交 流 电总结：1 随时间按正弦规律发生变化的交流电称为正弦交流电。2 交流电与直流电相比有三个主要优点：第一，交流电可以用变压器改变电压，便于远距离输电。第二，交流电机比相同功率的直流电机构造简单，造价低。第三，可以用整流装置，将交流电变换成所需的直流电。所以，实际中广泛应用交流电。3 在交流电路中，随时间变化的量用小写字母表示，不随时间变化的量用大写字母表示。一、正弦交流电的产生：如图交流
6、发电机结构与原理示意图（a） （b）由于发电机线圈 cd 边切割磁力线运动，所以其产生的感应电动势为： )sin(0tBLvecd（a） （b）5-3 交流发电机原理示意图同理，线圈 ab 边产生的感应电动势为)sin(0tBLveab所以整个线圈产生的感应电动势为 )sin()i(200tEte mcdab上式中， 称为电动势的瞬时值， 是感应电动势的最大值，又叫振幅。 是线圈eBLvEm 0平面与中性面即线圈平面与磁感线垂直时（线圈中感应电流为零）的平面的夹角， 是线圈转动的角速度，t 是线圈从 处开始计时后的转动时间。0电压和电流的公式分别为)sin(0tUum叙永职高王祥远4)sin(
7、0tIm可见，线圈中感应出来的电压和电流都是按正弦规律变化的，称之为正弦交流电。二、表征正弦交流电的基本物理量周期（频率、角频率） 、有效值（最大值） 、初相是表征正弦交流电的 3 个重要物理量，称为正弦交流电的三要素。1 正弦交流电的周期、频率和角频率（1） 周期：完成一次周期性变化所需用的时间叫做周期，用 T 表示，其单位是秒（s） 。如图 5-45-4 正弦交流电的周期（2）频率：交流电在单位时间内（1s）完成周期性变化的次数叫做频率，用字母 f 表示，其单位是赫兹，符号为 Hz。此外频率还有常用单位千赫（kHz）和兆赫(MHz)： Hzk310M6显然，周期和频率之间有倒数关系 fT1
8、我国发电厂发出交流电的频率都是 50Hz，习惯上称之为“工频” 。（3） 角频率：单位时间内电角度的变化量叫做角频率，用字母 表示，其单位是弧度每秒，符号为rad/s 。显然，角频率和周期、频率有如下关系 fT2注意：周期、频率和角频率都是反映交流电变化快慢的物理量。2.交流电的最大值和有效值(1）交流电的最大值是交流电在一个周期内其大小所能达到的最大数值。(2) 交流电的有效值是根据电流的热效应来规定的。一个直流电流与一个交流电流分别通过阻值相等的电阻，如果通电的时间相等，在电阻上产生的热量也相等，那么直流电的数值就叫做交流电的有效值。其用大写字母来表示。理论和实验表明，正弦交流电的有效值与
9、最大值的关系如下叙永职高王祥远5(3) 注意：1）有效值和最大值是从不同角度反映交流电强弱的物理量。通常所说的交流电的电流、电压、电动势的值，如不作特殊说明都是指有效值。2）在选择电器的耐压时，必须考虑电压的最大值。3. 相位和相位差1 相位：任意 t 时刻，发电机线圈平面与中性面的夹角 叫做交流电的相位。当 t = 0 时的)0t（相位，即 叫做初相位，它反映了正弦交流电起始时刻的状态。0相位是表示正弦交流电在某一时刻所处状态的物理量，它不仅决定瞬时值的大小和方向，还能反映正弦交流电的变化趋势。2 相位差：两个同频率正弦交流电，任意瞬间的相位之差就叫做相位差，用符号 表示。即0210201）
10、（）（ tt显然，两个同频率正弦交流电的相位差，就是它们的初相之差。其与时间无关。相位差的作用是判断两个同频率正弦交流电之间的相位关系，具体判断方法如下：0 时，叫做 超前211i20 时，叫做 滞后= 0 时，叫做同相21= 180 时，叫做反相0= 90 时，叫做正交21注意：前面所学的振幅、频率（或周期、角频率）和初相统称为正弦交流电的三要素。对于已知的正弦交流电，这三者缺一不可。（三）项目实施让学生对正弦交流电三要素的认识和计算（四）作业布置思考与练习 61 1,2 题（五）板书设计1 什么是周期、频率、角频率？它们的作用是什么？相互有何关系？2 什么是相位、初相位？它们有何作用？3
11、什么是相位差？它的作用是什么？如何判断同频交流电的超前与滞后？4 什么是交流电的有效值？其大小如何确定？mII70.2mmU70.2mmEE70.2叙永职高王祥远65 小结五、 【课后反思】任务二 正弦交流电的表示方法一、 【教学目标】知识目标：知道正弦交流电的三种表示方法技能目标：1、熟悉正弦交流的瞬时值表达式及波形图的表示方法2、理解正弦交流的旋转矢量的表示方法3、熟悉正弦交流的有效值相量图及运算方法情感目标：通过正弦交流电的学习，培养学生对生活的热爱，激发学生对电的兴趣。二、 【教学重点】1 正弦交流的瞬时值表达式及波形图的表示方法。2 正弦交流的有效值相量图及运算方法。三、 【教学难点
12、】波形图的表示方法四、 【教学过程】（一）明确项目任务理解正弦交流电的三要素及掌握正弦交流电的表示方法（二）制定项目实施计划教 学 内 容 参 考 教 法复习：1正弦交流电的三要素及判定方法；2相位差的定义及相关物理意义。由正弦交流电的表 示最常见解析式及波形图方法引入课题 -正弦交流电的表示方法新授：正弦交流电可以用解析式、波形图、旋转矢量（相量）图来表示一、正弦交流电的解析式表示法定义：用三角函数式表示正弦交流电随时间变化规律的方法。例：正弦交流电动势、电流及电压解析式：e(t) = Emsin(t e0)i(t) = Imsin(t i0)u(t) = Umsin(t u0)引导学生理解
13、解析式中各符号的物理含义。二、波形图表示方法可结合 u = 311sin(314t 45) V， i = 4sin(314t 90) 说明：再次强调说明只须掌握三要素即可写出解析式叙永职高王祥远7说明正弦交流电可在实验室用波形图观察到，将其在建立的直角坐标系中直观画出随时间变化的曲线，这种用正弦波形图表示正弦交流电的方法，称为波形图方法。（1）画波形图（即正弦曲线）的步骤第一步：画出一个坐标系，其横轴表示时间（t)或角度（ t） ， 纵轴表示随时间变化的趋势、电压和电流的大小。第二步：确定正弦曲线的起点，即交流电的解析式中使其值为零的时间（t)或角度（ t） 。 列如，使,即 ，得0)610s
14、in(2Vte0)61sin(t。10t第三步：在 范围内画出一个周期的正弦曲2线，该正弦曲线的振幅值就是交流电的最大值。 （图略p128）有时为了比较几个正弦量的相位关系，也可以把它们的波形图在同一个坐标系中，但纵坐标要按照不同的比例来表示。两种表示方法比较：均为直观表示法，简单明了反映正弦交流电的三要素，及任一时刻的瞬时值。缺点：难以实现加减及乘除的运算。（2）相位关系分析两个同频率正弦交流电的相位差，就是它们的初相之差。其与时间无关。相位差的作用是判断两个同频率正弦交流电之间的相位关系，具体判断方法如下：0 时，叫做 超前211i20 时，叫做 滞后= 0 时，叫做同相21= 180 时
15、，叫做反相0= 90 时，叫做正交213、旋转矢量图及相量图表示方法：（1）旋转矢量图结合图 6-1-8 所示（图略 p129）为正弦交流电 e= Emsin(t 0)的旋转矢量图，其旋转矢量以角速度 沿 逆时针方向匀速转动。可由波形图作出旋转矢量图，作图步骤如下：第一步，根据波形图的最大值（或有效值）来确定旋转矢量的长度，并以此旋转矢量作为半径画出一个圆周。第二步，将波形图 时的纵坐标点对应到旋转矢量圆周0wt引入间接表示方法矢量图及相量表示方法叙永职高王祥远8上确定一个点。第三步，确定任一时刻波形图中的点在旋转矢量图中的位置。小结：旋转矢量能体现正弦交流电的三要素，又能反映正弦量的瞬时值，
16、是一种间接完整表示正弦交流电的方法。旋转矢量的长度表示交流电的最大值（或有效值） ，旋转矢量的初相表示交流电的初相，旋转矢量的角速度表示交流电的角频率。 2正弦量的矢量图表示方法： 定义：用初始位置的矢量来表示正弦量：矢量的长度与正弦量的最大值或有效值成正比；矢量与横轴正方向的夹角等于初相。这种表示方法称正弦量的相量图表示方法。说明1表示正弦量的的矢量称为相量2表示是大写电压、电流字母上加黑点3分最大值相量、有效值相量4把同频率的几个正弦量，在同一坐标系中用相量表示的图形称相量图注意强调：同频率，最大值相量与有效值相量的区别示例：已知三正弦交流量 e(t) = 311sin(100t 60O)
17、V， i(t) = 7.07sin(100t 30O)A， u(t) = 141sin(100t - 60O)V，试画出相量图。解：相量图见右图四、相量的运算：相量图表示的意义：采用相量图表示正弦量，繁琐的三角函数加、减运算可转化为简便、直观的矢量的几何运算说明：1该方法局限于同频率正弦量的求和、差运算，不能用于不同频率的运算。2矢量的和、差运算遵循矢量的平行四边形法则。3运算过程中同频率，即频率不变原则。应用举例：两正弦电压 u1(t) = 311sin(100t 60O)V， u2(t) = 141sin(100t - 60O)V,试用相量法求两电压之和及差。分析：作出两电压有效值相量，求
18、和利用平行四边形法则，如图求两电压之差，作出与 u2反相的正弦量的相量，求该相量与 u1相量之和。学生练习：1两正弦电流 i1(t) = 14.14sin(10t 30O)A， i2(t) = 42.42sin(10t - 60O)A,试用相量法求两电流之和 i1+i2及差 i1-i2。强调对应表示方法V1 V2 -V2提示学生可仿照上例进行解题过程 ：略2练习画出上题中两电流的波形图。叙永职高王祥远9总结：正弦交流电常见直观表示方法有波形图和解析式的方法，这两种由于直观明了，常见于电路定性分析中；而矢量图及相量表示法由于作图计算的方便性，常用于辅助计算，但精确度不高。几种方法的综合使用，为我
19、们分析交流电路提供了良好的工具。仿照练习：1一正弦电压 u = 311sin(314t 30) V，电流 i = 4.24sin(314t 45) A 用有效值相量表示。解：(1) 正弦电压 u 的有效值为 U = 0.7071 311 = 220 V，初相 u = 30，所以它的相量为 U/u = 220/30 V(2) 正弦电流 i 的有效值为 I = 0.7071 4.24 = 3 A，初相 i = 45，所以它的相量为 I=I/i = 3/45 A例题分析：2把下列正弦相量用三角函数的瞬时值表达式表示，设角频率均为 ：(1) 120/37 V ； (2) 5/60 AU I解: u =
20、 sin( t 37) V，210i = 5 sin( t + 60) A3已知 i1 = sin( t 30) A， i2 = sin( t 3460) A。试求： i1 i2解: 首先用复数相量表示正弦量 i1、 i2，即3/30 A = 3(cos30 + jsin30) = 2.598 Ij1.5 A4/60 A = 4(cos60 jsin60) = 2 j3.464 2A然后作复数加法： 4.598 j1.964 = 5/23.1 A21I最后将结果还原成正弦量： i1 i2 = sin( t 23.1) A结合前节内容引导学生画相量图求解略学生练习：已知正弦电流相量 10/45
21、A，频率为 50Hz,求其电流1I瞬时值表达式，初始电流值，画出其波形图。分析：由相量可得有效值及初相，由频率可得角速度，由三要素可方便写出解析式，并由此得 t=0 时电流初始值。学生求解。总结：正弦交流电由于采用相量形式，转化为复数表示形式。注意表达式的写法，要求学生注意瞬时值表达式与相量式是对应关系，不能是等式关系叙永职高王祥远10利用复数的不同表示形式，利用复数运算规则，可以方便、快捷地进行，为正弦交流电路的计算提供了良好的途径。（三）项目实施让学生分组作图和计算（四）作业布置Page129 练习与思考题 （5）板书设计正弦交流电的表示方法1 解析式表示法2 波形图表示法3 旋转矢量图及
22、相量图表示法4 小结五、 【课后反思】任务三 简单正弦交流电路（4 课时）一、 【教学目标】知识目标：知道 R、L、C 在交流电路中特性。技能目标：1 掌握电阻、感抗、容抗物理意义及确定方法2 初步认识各元件电压与电流的相位关系情感目标：培养学生独立思考和分析的能力，养成严谨，认真的学习态度2、 【教学重点】1 电阻、感抗、容抗物理意义及确定方法2 R、L、C 在交流电路中特性3、 【教学难点】R、L、C 在交流电路中特性四、 【教学过程】（一）明确项目任务学会纯电阻，纯电感，纯电容相关计算，及相位关系。（2）制定项目实施计划教 学 内 容 参 考 教 法复习：直流电路中三种基本电路元件的伏安
23、特性引题：交流电路电路中元件：正弦交流电路注意关联参考方向新授：一、纯电阻电路：1定义：只含有电阻元件的交流电路叫做纯电阻电路。如含有白炽灯、电炉、电烙铁等电路。2电压、电流的瞬时值关系：电 阻 与 电 压 、 电 流 的 瞬 时 值 之 间 的 关 系 服 从 欧 姆 定 律 。复习直流电路欧姆定律形式，说明交流电路也同样叙永职高王祥远11需 说 明 ： 加 在 电 阻 R 上 的 正 弦 交 流 电 压 瞬 时 值 为 u = Umsin( t)，则通过该电阻的电流瞬时值为：)sin()si(mtItUui 由式得： RIm为正弦交流电流的幅值关系。正弦交流电压和电流的振幅之间满足欧姆定律
24、。3电压、电流的有效值关系将上述振幅值间欧姆定律形式，两边同时除以 ，即得到有2效值关系： RIURI 或说明：正弦交流电压和电流的有效值之间也满足欧姆定律。研究表明：纯电阻电路中的电阻要消耗电能。4相位关系对纯电阻电路的两端电压 u 与通过它的电流 i 同相，变化步调一致：介绍双踪示波器实验测定，画波形图 A 说明在交流电路中用相量图 B 表示。5小结1电阻电路两端电压、电流瞬时值、幅值及有效值间遵循欧姆定律，但一般计算通过有效值形式进行。2电压与电流同相，波形图及相量图一致。6应用举例：说明有关元件功率单独介绍例 1在纯电阻电路中，已知电阻 R = 44 ，交流电压 u = 311sin(
25、314t + 30) V，求通过该电阻的电流大小？并写出电流的解析式。画图说明：强调：大小一般指有效值解： 解析式 sin(314t + 30) A5207.I 071.RuiA，画波形图及相量图强化掌握2、纯电感电路只由这些电感线圈组成的电路就是纯电感电路由自感现象说明：电感对交流电的阻碍作用，说明交流电路表示这种阻碍作用用感抗表示1感抗1感抗的概念：反映电感对交流电流阻碍作用程度的参数叫做感抗。感抗的文字符号是 XL复习电感概念：自感现象自感系数：L 将线圈的自感磁链与电流的比值2感抗的影响因素：通过自感现象说明 f 高，电流变化快，阻碍作用大；改变自感，阻碍作用随之变化。3纯电感电路中通
26、过正弦交流电流的时候，所呈现的感抗为 举例：单位换算：叙永职高王祥远12XL=L=2fL 4单位：自感系数 L 的国际单位制是亨利(H)，常用的单位还有毫亨(mH)、微亨(H)，纳亨(nH)等，它们与 H 的换算关系为63.5MH= H1 mH = 103 H，1 H = 106 H ，1 nH = 109 H。感抗单位欧姆5扼流圈线圈在电路中的作用:用于“通直流、阻交流”的电感线圈叫做低频扼流圈，复习电感分类：线性和非线性用于“通低频、阻高频”的电感线圈叫做高频扼流圈。2电感电流与电压的关系1.电感电流与电压的大小关系: LXUIXL=L=2fL 说明电感直流特性感抗与电阻的单位相同，都是欧
27、姆()。2.电感电流与电压的相位关系:分析:自感现象中电流受阻,纯电感电路中电流滞后后于电压电感电压比电流超前 90(或 /2)，即电感电流比电压滞后 90（如图所示）3纯电感电路中的能量转换研究表明：春电感电路中的电感线圈（本身电阻忽略不计）不消耗电能，仅和电源之间进行着电能和磁场能量的转换。4小结纯电感电路一般计算通过有效值形式进行:先计算感抗,再计算电压或电流有效值。结合电感电压比电流超前 90(或 /2)确定解析式，波形图及相量图相差 90。4应用举例:例 2已知一电感 L = 80 mH，外加电压 uL = 50 sin(314t 2 65) V。试求：(1) 感抗 XL ，(2)
28、电感中的电流 IL，(3) 电流瞬时值 iL， (4)画出电压、电流有效值相量图。可波形图及相量图分析解：(1) 电路中的感抗为XL = L = 314 0.08 25 (2) A250UI(3) 电感电流 iL比电压 uL滞后 90，则)314sn(2tiL(4)由电压、电流瞬时值表达式有 叙永职高王祥远13三、纯电容电路1电容对交流电的阻碍作用反映电容对交流电流阻碍作用程度的参数叫做容抗。文字符号位 Xc容抗按下式计算容抗和电阻、电感的单位一样，也是欧姆()2电容在电路中的作用1.在电路中，用于“通交流、隔直流”的电容叫做隔直电容器；2.用于“通高频、阻低频”将高频电流成分滤除的电容叫做高
29、频旁路电容器。3电流与电压的关系：强调关联参考方向1电容电流与电压的大小关系 CXUI2电容电流与电压的相位关系电容电流比电压超前 90(或 /2)，即电容电压比电流滞后 90，其波形图及相量图，如图所示。4纯电容电路中的能量储存研究表明：纯电容电路中的电容也不消耗电能，但对它充电时能将电源的电能储存为电场能，在放电时将电场能进行释放。5比较电容、电感相位关系及相量图形式区别强调电容电压滞后电流：理解电容电压与充电关系电感电压超前电流：理解电感阻碍电流的变化6应用举例：例 3 已知一电容 C = 127 F，外加于电容两端的正弦交流电压表达式为 ，试求：(1) 容抗V)20314sin(20t
30、uXC；(2) 电流大小 IC；(3) 电流瞬时值 。Ci解：(1) (2) 5XA8.025XUI(3) 电容电流比电压超前 90，则学生画电感相量图注功率部分先不要求叙永职高王祥远14A)1034sin(28.0tiC6小结：1容具有隔直流、通交流特性，应用：直流电路相当于开路：交流电路中实现交流旁路和耦合作用2流电路容抗及电压、电流有效值关系3电感电路中电压及电流相位关系。（三）项目实施让学生分组计算（四）作业布置Page133 练习与思考题 （五）板书设计简单正弦交流电路1 纯电阻电路2 纯电感电路3 纯电容电路4 小结五、 【课后反思】任务四 RLC 串联电路一、 【教学目标】知识目
31、标：会认识电阻、电容、电感串联电路。技能目标：1 掌握串联阻抗形式及串联交流电压关系2 掌握串联阻抗性质及理解阻抗角情感目标：培养学生独立思考和分析的能力，养成严谨，认真的学习态度4、 【教学重点】1 串联 RLC 电路的阻抗形式2 串联 RLC 电路中电压、电流间关系5、 【教学难点】1 串联 RLC 电路中电压及电流相关计算。2 串联阻抗性质及阻抗角的理解四、 【教学过程】（一）明确项目任务RLC 串联电路电压，阻抗的计算（二）制定项目实施计划教 学 内 容 参 考 教 法简介实际应用无线电接收装置等电路中 R、L、C 的应用（图6-3-1）p134引题：RLC 串联电路增强学生学习兴趣叙
32、永职高王祥远15一、 R-L-C 串联电路基础定义：由电阻、电感、电容相串联构成的电路叫做 R-L-C串联电路。1.RLC 串联电路的电压如右图设电路中电流为 i = Imsin( t)，则根据R、 L、 C 的基本特性可得各元件的两端电压：uR =RImsin( t)， uL=XLImsin( t 90)，uC =XCImsin( t 90)。 根据基尔霍夫电压定律(KVL)，在任一时刻总电压 u 的瞬时值为u = uR uL uC取电流的相量方向为水平方向，作出他们的相量图，如右图所示，（1）当 XLXC 时，相量图如图 a 所示（2）当 XL 0 时，即 X L X C， 0，电压u 比
33、电流 i 超前 ，称电路呈感性；2. 容性电路：当 X 0 时 ， 即 X L X C， 0， 电 压 u比 电 流 i 滞 后 |， 称 电 路 呈 容 性 ；3. 谐振电路：当 X = 0 时，即 X L = X C， = 0，电压u 与电流 i 同相，称电路呈电阻性，电路处于这种状态时，叫做谐振状态。比较阻抗三角形说明相位差、阻抗角关系强调阻抗的模画对应三角形说明五、计算举例：在 R-L-C 串联电路中，交流电源电压 U = 220 V， 频 率 f = 50 Hz， R = 30 ， L = 445 mH， C = 32 F。试求：(1) 电路中的电流大小 I；(2) 总电压与电流的相
34、位差 ；(3) 各元件上的电压 UR、 UL、 UC。要求学生分析中要结合题意画图，并标各物理量解：(1) XL = 2fL 140 ，XC = 100 ， f1复习提问电容、电感元件容抗、感抗的求法，则50)(22CLXRZ A4.ZUI(2) ，即总电压比电流1.34arctnarctn超前 53.1，电路呈感性。(3) UR = RI = 132 V，UL = X LI = 616 V，UC = X LI = 440 V。小结：本例题中电感电压、电容电压都比电源电压大，在交流电路中各元件上的电压可以比总电压大，这是交流电路与直流电路特性不同之处。五、 R-L串联与 R-C串联电路 （补充
35、）1 R-L串联电路只要将 R-L-C串联电路中的电容 C短路去掉，即令 XC = 0， UC = 0，则有关 R-L-C串联电路的公式完全适用于 R-L串联电路举例 2：在 R-L串联电路中，已知电阻 R = 40 ，电感 L = 95.5 mH，外加频率为 f = 50 Hz、 U = 200 V的交流电压源，试求：(1)电路中的电流 I；(2) 各元件电压 UR、 UL；叙永职高王祥远17(3) 总电压与电流的相位差 解：(1) XL= 2fL 30 ， ，则502LXRZA4ZUI(2) UR = RI = 160 V， UL = X LI = 120 V，显然。2L(3) ，即总电压
36、 u比电流 i超9.3640arctnarctX前 36.9，电路呈感性。2 R-C串联电路只要将 R-L-C串联电路中的电感 L短路去掉，即令 XL = 0， UL = 0，则有关 R-L-C串联电路的公式完全适用于 R-C串联电路举例 3：在 R-C串联电路中，已知：电阻 R = 60 ，电容 C = 20 F，外加电压为 u = 141.2sin628t V。试求：(1) 电路中的电流 I；(2) 各元件电压 UR、 UC；(3) 总电压与电流的相位差 解：(1) 由电路及元件特性得： 102.4,108012XZCXC，则电流为 AI(2) UR = RI = 60 V， UC = X
37、 CI = 80 V，显然 。2C(3) ，53.1)608(arctn)arctn(CX即总电压比电流滞后 53.1，电路呈容性。总结：本节重点要理解 R、L、C 的相量模型及欧姆定律相量形式，在此基础上掌握串联电路中阻抗及阻抗角、电压电流间关系。要求学生依照上题练习六 RLC 串联谐振电路1.RLC 串联谐振的条件在 RLC 串联电路两端加上交流电压 U，在公式 中，由于ZI2222 )1()( wcLZRXCL式中， 都是频率的函数。在频率较低时，容抗大而感抗小，阻抗 较大，当 U 一定时wcl1和 Z电流较小；在频率较高时，感抗大而容抗小，阻抗 也较大，当 U 一定时电流也较小。在这两
38、Z个频率之间，总会有某一频率，在这个频率时，使得容抗和感抗恰好相等。这时阻抗最小且为叙永职高王祥远18纯电阻，所以电流最大，且与端电压同相，这就发生了串联谐振。根据上述分析，串联谐振的条件为XL=XC即 cw01或 LC0f210式中， 称为谐振频率。 、L、C 的单位分别是 Hz(赫兹） 、H（亨利） 、F（法拉）0f0f2.串联谐振的特点（1）串联谐振时，因 ，故此时阻抗值最小，其值为XCLRZ0（2）串联谐振时，因阻抗最小，在电源电压 U 一定时，电流最大，其值为UI0此时电路呈纯电阻性，电流与电源电压同相。（3）电阻两端电压等于总电压。但电感两端的电压等于电容两端的电压，其大小为总电压
39、的 Q倍，即 URIR0 QUCRLwIXCLCL 000 1式中，Q 称为串联谐振电路品质因数，其值为 Rw01Q 值一般可达 100 左右，使电感和电容上的电压比电源电压大很多倍，故串联谐振也称为电压谐振在电子技术中，对于外来的微弱信号，常常利用串联谐振在电容上获得一个与信号电压频率相同但幅度大很多倍的电压进行选台控制。（4）串联谐振时，电路中仅电阻消耗电能，而电路中的电感与电容之间只进行磁场能和电场能的交换，不消耗电能。3.利用 RLC 串联谐振进行选台的基本原理在收音机中，常利用串联谐振电路来选择电台信号，这个过程称为调谐工作原理：（见书 p136）叙永职高王祥远194.防范具有不利影
40、响的串联谐振在电力系统中，电路电阻本来就低，而串联谐振可使电流升高带来危险。由于电流流经电容和电感，也会导致这些元件两端电压过高，可能会击穿线圈和电容器的绝缘。因此，在电力系统中应避免发生串联谐振。（三）项目实施让学生分组计算（四）作业布置Page137 练习与思考题 （五）板书设计RLC 串联电路1 RLC 串联电路基础2 RLC 串联电路的电压3 RLC 串联电路的阻抗4 RLC 串联电路的性质5 RLC 串联谐振电路6 小结五、 【课后反思】任务五 三相正弦交流电路一、 【教学目标】知识目标：了解三相交流电的产生技能目标：掌握三相负载的连接及特点。情感目标：通过正弦交流电的学习，培养学生
41、对生活的热爱，激发学生对电的兴趣。二、 【教学重点】了解三相交流电的产生,掌握三相负载的连接方法.三、 【教学难点】掌握三相负载的连接方法及计算.四、 【教学过程】（一）明确项目任务能正确连接三相负载的三角形、星形联结；三相对称负载星形联结和三角形联结时，负载相电压和线电压、负载相电流和线电流的关系。（二）制定项目实施计划叙永职高王祥远20复习相关内容三相发电机的绕组主要是星形接法,三相负载有星形连接和三角形连接法,进行提问：1. 纯电感电路电压与电流的相位关系2. 纯电感电路电压与电流的相位关系三相交流电的基本概念一、三相发电机简介三相交流电动势是由三相交流发电机产生的。发电机的基本组成部分
42、是转子（磁极）和定子线圈(线圈匝数很多，嵌在硅钢片制成的铁心上，通常叫电枢）。电枢转动、而磁极不动的发电机，叫做旋转电枢式发电机。磁极转动、而电枢不动，线圈依然切割磁感线，电枢中同样会产生感应电动势，这种发电机叫做旋转磁极式发电机。不论哪种发电机，转动的部分都叫转子，不动的部分都叫定子。旋 转 电 枢 式 发 电 机 ， 转 子 产 生 的 电 流 必 须 经 过 裸 露 着 的 滑 环 和 电 刷 引 到 外 电 路 ， 如 果 电 压 很高 ， 就 容 易 发 生 火 花 放 电 ， 有 可 能 烧 毁 电 机 。 这 种 发 电 机 提 供 的 电 压 一 般 不 超 过 500 V。
43、旋转磁极式发电机克服了上述缺点，能够提供几千伏到几十千伏的电压，输出功率可达几十万千瓦。所以，大型发电机都是旋转磁极式的。发电机的转子是由蒸汽机、水轮机或其它动力机带动的。动力机将机械能传递给发电机，发电机把机械能转化为电能传送给外电路。二、交流电的产生及正弦交流电的概念1对称三相电动势振幅相等、频率相同，在相位上彼此相差 120的三个电动势称为对称三相电动势。对称三相电动势瞬时值的数学表达式为第一相(U 相)电动势： e1=Emsin( t)第二相(V 相)电动势： e2 = Emsin( t 120) 第三相(W 相)电动势： e3 = Emsin( t 120) 显然，由相量图可知，如果
44、把 3 个电动势的相量加起来，相量图为零。由波形图可知，三相对称电动势在任一瞬间的代数和为零，即有 e1 e2 e3 = 0。波形图与相量图如图所示。2相序三相电动势达到最大值(振幅)的先后次序叫做相序。 e1比 e2超前 120， e2比 e3超前 120，而 e3又比 e1超前 120，称这种相序称为 正相序或 顺相序；反之，如果 e1比 e3超前 120， e3比e2超前 120， e2 比 e1超前 120，称这种相序为负相序 或逆相序。（1）相序是一个十分重要的概念，为使电力系统能够安全可靠地运行，通常统一规定技术标准，一般在配电盘上用黄色标出 U 相，用绿色标出 V 相，用红色标出
45、 W 相。（2）将三相发电机三相绕组的末端 U2、V2、W2(相尾)连接在一点，始端 U1、V1、W1(相头)分图对称三相电动势波形图与相量图叙永职高王祥远21别与负载相连，这种连接方法叫做星形(Y 形)连接。如图所示。三、三相电源的连接（1）三相电源的星形联结方式将发电机三相绕组末端 U2、V2、W2 连接在一点，始端 U1、V1、W1 分别与负载相连，这种连接方式称为星形联结。从三相电源三个相头 U1、V1、W1 引出的三根导线叫作端线或相线，俗称火线，任意两个火线之间的电压叫做线电压。Y 形公共联结点 N 叫作中点，从中点引出的导线叫做中线或零线。由三根相线和一根中线组成的输电方式叫做三
46、相四线制(通常在低压配电中采用)。每一相都是独立的电源，均可单独给负载供电（照明电路就是其中的一相） ；只由 3 根相线所组成的输电方式称为三相三线制（在高压输电工程中采用） 。（2）相电压和线电压的关系1.每相绕组始端与末端之间的电压(即相线与中线之间的电压)叫做相电压，它们的瞬时值用 u1、 u2、 u3来表示，用通用符号 UP表示。显然这三个相电压也是对称的，3 个相电压的最大值相等，频率相同，相互之间的相位差均为 120。相电压大小(有效值)均为U1 = U2 = U3 = UP2.任意两相始端之间的电压(即火线与火线之间的电压)叫做线电压，它们的瞬时值用u12、 u23、 u31来表
47、示，用通用符号 UL 表示。形接法的相量图如图 10-3 所示。显然三个线电压也是对称的。大小(有效值)均为U12 = U23 = U31 = UL = UP 33.相电压的方向是从绕组的始端指向末端；线电压的方向按三相电源的相序来确定：如 U12 就是从 U1 端指向 V1 端，u23 就是从 V1 端指向 W1 端，W31 就是 W1 端指向 U1 端。即U12=U1-U2; U23=U2-U3; U31=U3-U1相电压与线电压的关系式为： UL = UP34.线电压是对称的，即各线电压之间的相位差都是 120，线电压比相应的相电压超前 30，如线电压 u12比相电压 u1超前 30，线电压 u23比相电压 u2超前 30，线电压 u31比相电压 u3超前30。5.通常所说的 380V、220V 电压，就是指电源为星形联结时的线电压和相电压的有效值。四、三项负载的连接方式在三相交流电路中，负载的连接方式有两种：星形联结和三角形联结1、负载的星形联结三相负载的星形联结如图所示。图三相绕组的星形接法 图 相电压与线电压的相量图图 三相负载的星形联结叙永职高王祥远22（1）线电压与相电压的关系该接法有三根火线和一根零线，叫做三相四线制电路，在这种电路中三相电源也是必须是Y 形接法，所以又叫做 YY 接法的三相电路。显然不管负载是否对称(相等)，电路中的线电
