选修3-2 第五章 交变电流 6.三相交变电流 教案
文档属性
| 名称 | 选修3-2 第五章 交变电流 6.三相交变电流 教案 |  | |
| 格式 | rar | ||
| 文件大小 | 94.7KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2010-12-17 09:06:00 | ||
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文档简介
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*第六节 三相交变电流
●本节教材分析
三相交变电流在工农业生产和科学实验中应用广泛，我国的供电系统也是三相制.因此，三相交变电流的基本常识应该使每个学生都了解.
在三相交变电流的产X生的教学中，可利用三相发电机教具和挂图，引导学生分析每个线圈产生交流的情况和区别.可用三个大型电流表演示三个线圈中电流不同时到达峰值或零值的时间依次相差周期.要使学生明确，三相交变电流是由三个交流组成，这三个交流具有下述特点：
1.电动势的峰值相同.
2.频率（或周期）相同.
3.它们到达峰值或零值的时间依次相差周期.
可指出，三相交变电流中的每一个交流叫单相交流.
三相电路中的三相四线制、相线（火线）、中性线、零线、相电压、线电压等，在生活和生产中常会遇到，是重要的实际知识.三相交流发电机的两种接法：星形连接和三角形连接中，重要的是星形连接法.我国的供电系统多是三相四线制，要使学生了解什么叫火线、零线、相电压和线电压.应要求学生记住照明电路的相电压是220 V，线电压是380 V.
三相制供电系统的负载也有两种连接法，三角形连接法用在三相负载相同（如三相电动机）的场合，学生所遇到的大多数负载是星形连接，应该让学生了解这些连接法的特性，知道负载上的电压是多少.
三相交变电流与生产和生活联系紧密，可组织学生参观工厂，重点看输电的三相制在生产上的应用.还可组织学生参观校内、校外的输电、用电线路，使学生对所学知识掌握好，也感到亲切、实用.还可结合阅读材料，简单讲解一下直线电机与磁悬浮列车，以开阔学生眼界，激起学生的求知欲，也可指导学生阅读有关的杂志和参考书.
●教学目标
一、知识目标
1.知道三相交变电流是如何产生的.
2.知道产生三相交变电流的三个线圈中的电动势最大值和周期都相同，但它们不是同时达到最大值（或零）.
3.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.理解三相交变电流产生及其规律.
2.会用电表判定火线和零线，同时培养学生理论联系实际、应用物理知识解决实际问题的能力.
三、德育目标
1.培养学生理论联系实际的科学素质.
2.使学生体会科技对社会发展的巨大推动力.
●教学重点
三相交变电流的产生及输送方式
●教学难点
三相交流电的连接方式
●教学方法
实验法、讲解法
●教学用具
三相交流发电机模型、导线、小灯泡（3个、相同）、测电笔、CAI课件、交流电流表
●课时安排
1课时
●教学过程
一、引入新课
［师］正弦式交变电流是如何产生的？
［生］当线圈在匀强磁场中绕垂直磁场方向的轴匀速转动时，线圈里产生的是正弦交变电流.
［师］矩形线圈转到什么位置时，线圈中的电流最大？转到什么位置时，线圈中电流最小？
［生］线圈平面平行磁感线时电流最大；而线圈平面垂直磁感线时电流为零.
［师］三个完全相同的矩形线圈互成120°固定在同一转轴上，并使它们在匀强磁场中转动，这三个线圈是否产生感应电动势？这节课我们学习三相交变电流的知识.
二、新课教学
1.三相交变电流的产生
［师］出示三相发电机模型，同时利用CAI课件展出三相交流电机示意图，引导学生观察三相发电机的主要构造.
［生］三组矩形线圈互成120°固定在铁芯上.
［演示］三相交流电的产生.将三个相同的灯泡分别接到发电机的三个线圈上，匀速摇动发电机线圈，观察到什么现象？说明了什么道理？
［生］三个灯泡都发光，说明每个线圈里均产生了交变电流.
［师］像这样三个互成120°角的矩形线圈在同一匀强磁场中匀速转动，产生出三个交变电动势的发电机叫三相发电机.产生的电流叫做三相交变电流.三相交变电流有什么特点呢？请同学们观察下面的实验.
［演示］重复刚才的实验，引导学生观察三个灯泡同一时刻的亮度是否相同？最大亮度是否一样？
［生］三个灯泡同一时刻的亮度不同，但最大亮度相同.
［师］上述实验现象说明三个线圈中电动势的最大值和周期都相同，但是它们不能同时为零或同时达到最大值，依次相差周期.三相交变电流的这个特点也可以用图象来表示.
［投影］三相交变电流的图象（下图）.
2.三相交流电的连接
［师］前面实验中，使三相交流电成为三个独立的电源给三个灯供电，即三相六线制供电线路.它显示不出三相交流电的优势，实际中供电时用三相四线制或三相三线制，即星形连接或三角形连接.下面先讨论星形连接.
（1）星形连接
［师］介绍星形连接.将线圈末端和负载之间的三条导线合并在一起，用一根导线来连接，每相负载上的电压并不改变，却可以节省两条导线，这种连接方法叫星形连接，符号是Y.画出电路示意图如下图所示：
［演示］分别接通K1、K2、K3，三相负载能独立工作，并不影响其他两相.
［师］介绍火线、零线、相电压和线电压
火线——从每个线圈始端引出的导线，能使试电笔的氖泡发光，叫做火线（相线）
零线——从公共点引出的导线，通常接地，不能使试电笔的氖泡发光，叫做零线（中性线）
相电压——每个线圈两端的电压.
线电压——两条火线之间的电压.
说明：我国日常电路中，U相=220 V，U线=380 V，三相四线制同时输送两种电压，照明电路电压是220 V，动力电路电压是380 V.理论和实践证明U线=U相.
［演示］三相负载平衡时中性线中的电流.前面实验中，若在中性线上串联一个交流电流表.合上K1、K2、K3，观察交流电流表的读数.说明了什么道理？
［生］交流电流表的读数为零.说明三相负载相同时，中性线上无电流.
［师］当三相负载相同时，中性线上无电流，可以去掉中性线.在实际中，尽量使三相负载功率相同，减少中性线上的电流.
（2）三角形接法
［师］介绍三角形连接.如果把三个线圈的始端和末端依次相连，这种连接方法叫三角形连接，符号是△.电路示意图如图所示.
在三角形连接中，U线=U相.
三、小结
通过本节学习，主要学了以下几点：
1.三相交流电的产生.
2.三相交流电的连接.
（1）Y接法：日常生活中多使用此连法，特点U相=220 V，U线=380 V，U线=U相.
（2）△接法 U相=U线.
四、作业
阅读“直线电机和磁悬浮列车”
五、板书设计
六、本节优化训练设计
1.如图所示，在三相交流电源上按星形接法连接相同负载1、2、3.NN′是中性线，已知负载1上电压为220 V，电流为15 A.现以I表示中性线上的电流，U表示P、Q 两点间电压，则
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.如图所示，A、B、C是三相交流电源的三根火线，D是零线.电源的相电压为220 V，L1、L2、L3是三个“220 V 60 W”的灯泡.电键K1断开，K2和K3闭合，由于某种原因，电源的零线在图中的O′处断开，那么L2和L3两灯泡将
A.立刻熄灭 B.变得比原来亮些
C.变得比原来暗些 D.保持亮度不变
3.如图所示，在线电压380 V的三相电路中，用三个额定电压均为U0=220 V，额定功率分别为P1=100 W，P2=25 W，P3=200 W的电灯分别作A、B、C三相负载组成星形连接方式，讨论当C相负载断开和短路时所造成的影响：（1）有中性线；（2）无中性线.
参考答案：
1.D 三相交流电源上“Y”形连接相同负载时，中性线上电流为0，相电压为220 V，线电压为380 V.
2.C 当K1和中性线断开后，两灯泡L2和L3变成串联关系，两端电压为BC，两火线间的线电压为380 V，此时每个灯分得电压190 V，均小于它们的额定电压220 V.故两灯变暗.
3.解:在三相电路中，每根相线与中性线都相当于一个独立发电机供电系统，某一相的负载变化可认为对其他两相无影响.无中性线时，某一相负载的变化则会对其他造成影响.
（1）如图所示，当有中性线时，当C相负载断开或断路时，A、B两相分别由相线与中性线构成两供电回路，UA=UB==220 V.
故A、B两灯仍能正常工作.C短路时，会因电流过大而熔断C相线的保险丝.
（2）如图所示，无中性线时供电电路如图所示：
当C相负载断开后，A、B两相负载串接在两根相线间.
RA==484 Ω
RB= Ω=1936 Ω=（484×4 Ω）
两灯获得电压为：
UA=×RA=×484 V=76 V<220 V
UB=U线-UA=380 V-76 V=304 V>220 V
故B相电灯烧毁，并使A相电灯不亮.
当C相负载短路时，A、B负载依次接在A、C和B、C两根相线间，两灯电压猛增为380 V，两灯一起烧毁.（严重时还可能影响电源）
因此可见，中性线不能随便断开.
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*第六节 三相交变电流
●本节教材分析
三相交变电流在工农业生产和科学实验中应用广泛，我国的供电系统也是三相制.因此，三相交变电流的基本常识应该使每个学生都了解.
在三相交变电流的产X生的教学中，可利用三相发电机教具和挂图，引导学生分析每个线圈产生交流的情况和区别.可用三个大型电流表演示三个线圈中电流不同时到达峰值或零值的时间依次相差周期.要使学生明确，三相交变电流是由三个交流组成，这三个交流具有下述特点：
1.电动势的峰值相同.
2.频率（或周期）相同.
3.它们到达峰值或零值的时间依次相差周期.
可指出，三相交变电流中的每一个交流叫单相交流.
三相电路中的三相四线制、相线（火线）、中性线、零线、相电压、线电压等，在生活和生产中常会遇到，是重要的实际知识.三相交流发电机的两种接法：星形连接和三角形连接中，重要的是星形连接法.我国的供电系统多是三相四线制，要使学生了解什么叫火线、零线、相电压和线电压.应要求学生记住照明电路的相电压是220 V，线电压是380 V.
三相制供电系统的负载也有两种连接法，三角形连接法用在三相负载相同（如三相电动机）的场合，学生所遇到的大多数负载是星形连接，应该让学生了解这些连接法的特性，知道负载上的电压是多少.
三相交变电流与生产和生活联系紧密，可组织学生参观工厂，重点看输电的三相制在生产上的应用.还可组织学生参观校内、校外的输电、用电线路，使学生对所学知识掌握好，也感到亲切、实用.还可结合阅读材料，简单讲解一下直线电机与磁悬浮列车，以开阔学生眼界，激起学生的求知欲，也可指导学生阅读有关的杂志和参考书.
●教学目标
一、知识目标
1.知道三相交变电流是如何产生的.
2.知道产生三相交变电流的三个线圈中的电动势最大值和周期都相同，但它们不是同时达到最大值（或零）.
3.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.理解三相交变电流产生及其规律.
2.会用电表判定火线和零线，同时培养学生理论联系实际、应用物理知识解决实际问题的能力.
三、德育目标
1.培养学生理论联系实际的科学素质.
2.使学生体会科技对社会发展的巨大推动力.
●教学重点
三相交变电流的产生及输送方式
●教学难点
三相交流电的连接方式
●教学方法
实验法、讲解法
●教学用具
三相交流发电机模型、导线、小灯泡（3个、相同）、测电笔、CAI课件、交流电流表
●课时安排
1课时
●教学过程
一、引入新课
［师］正弦式交变电流是如何产生的？
［生］当线圈在匀强磁场中绕垂直磁场方向的轴匀速转动时，线圈里产生的是正弦交变电流.
［师］矩形线圈转到什么位置时，线圈中的电流最大？转到什么位置时，线圈中电流最小？
［生］线圈平面平行磁感线时电流最大；而线圈平面垂直磁感线时电流为零.
［师］三个完全相同的矩形线圈互成120°固定在同一转轴上，并使它们在匀强磁场中转动，这三个线圈是否产生感应电动势？这节课我们学习三相交变电流的知识.
二、新课教学
1.三相交变电流的产生
［师］出示三相发电机模型，同时利用CAI课件展出三相交流电机示意图，引导学生观察三相发电机的主要构造.
［生］三组矩形线圈互成120°固定在铁芯上.
［演示］三相交流电的产生.将三个相同的灯泡分别接到发电机的三个线圈上，匀速摇动发电机线圈，观察到什么现象？说明了什么道理？
［生］三个灯泡都发光，说明每个线圈里均产生了交变电流.
［师］像这样三个互成120°角的矩形线圈在同一匀强磁场中匀速转动，产生出三个交变电动势的发电机叫三相发电机.产生的电流叫做三相交变电流.三相交变电流有什么特点呢？请同学们观察下面的实验.
［演示］重复刚才的实验，引导学生观察三个灯泡同一时刻的亮度是否相同？最大亮度是否一样？
［生］三个灯泡同一时刻的亮度不同，但最大亮度相同.
［师］上述实验现象说明三个线圈中电动势的最大值和周期都相同，但是它们不能同时为零或同时达到最大值，依次相差周期.三相交变电流的这个特点也可以用图象来表示.
［投影］三相交变电流的图象（下图）.
2.三相交流电的连接
［师］前面实验中，使三相交流电成为三个独立的电源给三个灯供电，即三相六线制供电线路.它显示不出三相交流电的优势，实际中供电时用三相四线制或三相三线制，即星形连接或三角形连接.下面先讨论星形连接.
（1）星形连接
［师］介绍星形连接.将线圈末端和负载之间的三条导线合并在一起，用一根导线来连接，每相负载上的电压并不改变，却可以节省两条导线，这种连接方法叫星形连接，符号是Y.画出电路示意图如下图所示：
［演示］分别接通K1、K2、K3，三相负载能独立工作，并不影响其他两相.
［师］介绍火线、零线、相电压和线电压
火线——从每个线圈始端引出的导线，能使试电笔的氖泡发光，叫做火线（相线）
零线——从公共点引出的导线，通常接地，不能使试电笔的氖泡发光，叫做零线（中性线）
相电压——每个线圈两端的电压.
线电压——两条火线之间的电压.
说明：我国日常电路中，U相=220 V，U线=380 V，三相四线制同时输送两种电压，照明电路电压是220 V，动力电路电压是380 V.理论和实践证明U线=U相.
［演示］三相负载平衡时中性线中的电流.前面实验中，若在中性线上串联一个交流电流表.合上K1、K2、K3，观察交流电流表的读数.说明了什么道理？
［生］交流电流表的读数为零.说明三相负载相同时，中性线上无电流.
［师］当三相负载相同时，中性线上无电流，可以去掉中性线.在实际中，尽量使三相负载功率相同，减少中性线上的电流.
（2）三角形接法
［师］介绍三角形连接.如果把三个线圈的始端和末端依次相连，这种连接方法叫三角形连接，符号是△.电路示意图如图所示.
在三角形连接中，U线=U相.
三、小结
通过本节学习，主要学了以下几点：
1.三相交流电的产生.
2.三相交流电的连接.
（1）Y接法：日常生活中多使用此连法，特点U相=220 V，U线=380 V，U线=U相.
（2）△接法 U相=U线.
四、作业
阅读“直线电机和磁悬浮列车”
五、板书设计
六、本节优化训练设计
1.如图所示，在三相交流电源上按星形接法连接相同负载1、2、3.NN′是中性线，已知负载1上电压为220 V，电流为15 A.现以I表示中性线上的电流，U表示P、Q 两点间电压，则
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.如图所示，A、B、C是三相交流电源的三根火线，D是零线.电源的相电压为220 V，L1、L2、L3是三个“220 V 60 W”的灯泡.电键K1断开，K2和K3闭合，由于某种原因，电源的零线在图中的O′处断开，那么L2和L3两灯泡将
A.立刻熄灭 B.变得比原来亮些
C.变得比原来暗些 D.保持亮度不变
3.如图所示，在线电压380 V的三相电路中，用三个额定电压均为U0=220 V，额定功率分别为P1=100 W，P2=25 W，P3=200 W的电灯分别作A、B、C三相负载组成星形连接方式，讨论当C相负载断开和短路时所造成的影响：（1）有中性线；（2）无中性线.
参考答案：
1.D 三相交流电源上“Y”形连接相同负载时，中性线上电流为0，相电压为220 V，线电压为380 V.
2.C 当K1和中性线断开后，两灯泡L2和L3变成串联关系，两端电压为BC，两火线间的线电压为380 V，此时每个灯分得电压190 V，均小于它们的额定电压220 V.故两灯变暗.
3.解:在三相电路中，每根相线与中性线都相当于一个独立发电机供电系统，某一相的负载变化可认为对其他两相无影响.无中性线时，某一相负载的变化则会对其他造成影响.
（1）如图所示，当有中性线时，当C相负载断开或断路时，A、B两相分别由相线与中性线构成两供电回路，UA=UB==220 V.
故A、B两灯仍能正常工作.C短路时，会因电流过大而熔断C相线的保险丝.
（2）如图所示，无中性线时供电电路如图所示：
当C相负载断开后，A、B两相负载串接在两根相线间.
RA==484 Ω
RB= Ω=1936 Ω=（484×4 Ω）
两灯获得电压为：
UA=×RA=×484 V=76 V<220 V
UB=U线-UA=380 V-76 V=304 V>220 V
故B相电灯烧毁，并使A相电灯不亮.
当C相负载短路时，A、B负载依次接在A、C和B、C两根相线间，两灯电压猛增为380 V，两灯一起烧毁.（严重时还可能影响电源）
因此可见，中性线不能随便断开.
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