第六章  正弦交流电

【课题名称】 实训项目七  正弦交流电的识别、测量与测试

【课时安排】

      2课时（90分钟）

【教学目标】

      1．熟悉电工实验实训室工频电源的配置。

      2．会用万用表测量交流电压。

      3．了解试电笔的构造，学会试电笔的使用。

      4．了解函数信号发生器、钳形电流表等仪器仪表。

【教学重点】

      重点：正弦交流电的测量、识别和测试

【教学难点】

      难点：正弦交流电的正确测量

【关键点】

      万用表、试电笔的正确使用

【教学方法】

     实践操作法、做中学、理论联系实际法、多媒体展示、个别辅导

【教具资源】

     实验室实训室、示波器、万用表、试电笔、钳形电流表、函数信号发生器

【教学过程】

一、导入新课

教师可结合多媒体，例举交流电在工厂动力设备、家庭照明线路中的广泛应用，从中引出本节课的学习内容——正弦交流电的识别、测量与测试。

二、讲授新课

任务一  正弦交流电的识别

教师活动1：教师可带领学生到学校电工实验实训室，并组织学生识别正弦交流电的符号和大小。

学生活动1：学生可实地参观学校电工实验实训室工频电源的配置，在教师的引导下把配置情况填入相应的技训表中。

教师活动2：教师可结合多媒体展示用示波器观察到的正弦交流电波形，让学生对正弦交流电有一个直观的感性认识。

学生活动2：学生可通过观察展示的正弦交流电波形，对交流电有一个感性认识，并初步了解示波器的功能。

知识点：电工实验实训室工频电源的配置一般有以下三种交流电源。

              三相交流电源：“AC”或“～”，380V，50Hz

单相交流电源：“AC” 或“～”，220V，50Hz

可调的交流电源：“AC” 或“～”，3V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等，50Hz

任务二  正弦交流电的测量

1．正弦交流电压的测量

教师活动：教师可测量220V交流电压为例，结合多媒体课件，边示范边讲解万用表测量交流电压的操作方法与步骤。

学生活动：学生可仔细观察教师的示范操作过程，边总结边练习使用万用表测三相交流电源电压、单相交流电源电压和可调交流电源电压。

注意：使用万用表测交流电压时，在测量过程中，红、黑表笔不需要考虑正、负极性。

2．正弦交流电流的测量

教师活动：教师可结合多媒体课件，演示万用表交流电流档或钳形电流表测量交流电流的操作方法与过程。

学生活动：学生可仔细观察教师的演示或多媒体课件，学习用万用表交流电流档或钳形电流表测量交流电流的操作方法与过程。

提示：工程上通常使用钳形电流表来测量线路中的电流。钳形电流表是一种测量交流电流的专用仪表，其最大特点是，可在不断开线路的情况下测量线路中的电流。

任务三  交流电的测试

教师活动1：教师可实物展示试电笔，利用多媒体讲解试电笔各部分组成、作用。

学生活动1：学生可每人或两人一组准备一个试电笔，在教师的引导与讲解下，学生结合试电笔实物学习、认识试电笔各部分组成及其作用。

教师活动2：教师可边示范边讲解试电笔的操作方法。

学生活动2：学生可在教师的讲解和引导下，用试电笔练习测试220V交流电相线与中性线，并把测试过程与现象填入相应的技训表中。

知识点：

1．试电笔：试电笔又称电笔，是一种用来测试导线、开关、插座等电器是否带电的工具。试电笔由氖泡、电阻、弹簧、笔身和笔尖等组成。

2．操作方法：使用试电笔时，必须以手指触及笔尾的金属体，使氖管小窗背光向自己。使用时不能用手接触前面的金属部分。当用试电笔测带电体时，电流经带电体、测电笔、人体、地形成回路，只要带电体与大地之间的电位超过60V，测电笔中的氖管就发光。低压试电笔测试范围为60～500V之间。

任务四  实训小结

教师活动：教师可引导学生总结“正弦交流电的识别、测量与测试”的操作方法与步骤、收获与体会，并检查任务完成情况、仪器仪表的使用情况、安全文明操作以及团队协作精神。

学生活动：学生可在教师的引导下自行总结测量交流电压与电流的操作过程、注意事项及收获与体会，并根据要求进行自我评价。

【课题名称】 6.1  正弦交流电的基本概念

【课时安排】

      1课时（45分钟）

【教学目标】

      1．理解正弦交流电的基本概念。

      2．了解正弦交流电的瞬时值与波形图

【教学重点】

      重点：正弦交流电的基本概念

【教学难点】

      难点：正弦交流电瞬时值概念的理解

【关键点】

      明确正弦交流电同直流电的区别

【教学方法】

      直观演示法、讲授法、谈话法、理论联系实际法、多媒体演示法

【教具资源】

     多媒体课件、示波器、信号发生器

【教学过程】

    一、导入新课

教师可用示波器或多媒体演示直流电压和正弦交流电压的波形，引导学生分析正弦交流电与直流电波形各自的特点。从而引出本节课的学习内容——正弦交流电。

二、讲授新课

教学环节1：正弦交流电的基本概念

教师活动：教师可利用多媒体或用示波器演示正弦交流电的波形；引导学生说说电压或电流随时间变化的规律

学生活动：学生可根据多媒体展示或示波器演示的波形图，在教师的引导下总结正弦交流电与直流电的区别，进一步了解非正弦交流电的基本概念，同时可联系已经学过的知识进行拓展。

知识点：

正弦交流电：大小和方向都随时间按正弦规律作周期性变化的交流电。

非正弦交流电：大小和方向随时间不按正弦规律变化的，如矩形波、三角波等。

教学环节2：正弦交流电的瞬时值与波形图

教师活动：教师可利用多媒体或用示波器演示正弦交流电的波形，说明在任一瞬间，交流电都有确定的大小和方向。

学生活动：学生可在教师的引导下学习瞬时值的概念和表示方法。

知识点：

1．瞬时值：交流电的电压或电流在变化过程的任一瞬间，都有确定的大小和方向，叫做交流电的瞬时值。交流电的瞬时值通常用小写字母表示，如u、i、e、p等分别表示电压、电流、电动势、功率的瞬时值。

2．波形图：在直角坐标系中，用横坐标表示时间t，纵坐标表示交流电的瞬时值，把某一时刻t和与之对应的u或i作为平面直角坐标系中的点，用光滑的曲线把这些点连接起来，就得到交流电u或i随时间变化的曲化，即波形图。通过波形图可以直观地了解电压或电流随时间变化的规律。

三、课堂小结

教师与学生一起回顾本节课的学习内容，引导学生总结如下：

1．正弦交流电的基本概念。

2．交流电瞬时值与波形图。

四、课堂练习

    教材中思考与练习第1、2题

五、课后作业

“学习辅导与练习”同步训练中的6.1

【课题名称】 6.2 正弦交流电的基本物理量与测量

【课时安排】

      2课时（90分钟）

【教学目标】

      1．理解最大值、有效值的概念，明确其测量方法，掌握它们之间的关系。

      2．理解周期、频率和角频率的概念，明确其测量方法，掌握它们之间的关系。

      3．理解相位、初相和相位差的概念，掌握它们之间的关系。

【教学重点】

      重点：正弦交流电的三要素

【教学难点】

      难点：角频率和相位概念的理解

【关键点】

     看懂三要素与波形图之间的关系

【教学方法】

      直观演示法、讲授法、谈话法、理论联系实际法、多媒体演示法

【教具资源】

      示波器、多媒体课件、万用表、钳形电流表、频率计

【教学过程】

    一、导入新课

教师可利用多媒体展示正弦交流电压波形图，然后引导学生同直流电相比，要完整地描述交流电，必须从变化范围、变化快慢和变化的起点三方面来进行，从而引出本节课的学习内容——正弦交流电的基本物理量与测量。

二、讲授新课

教学环节1： 正弦交流电的最大值和有效值

教师活动：教师可利用展示的正弦交流电压波形图，讲解最大值和有效值的概念、正确表示方法及它们之间的关系，同时说明最大值和有效值在实际应用中的重要意义。然后利用实物或多媒体演示，讲解测量交流电压和交流电流大小的仪器和方法。

学生活动：学生可根据正弦交流电压波形图，在教师的引导下学习最大值和有效值的基本概念、表示方法及它们之间的关系，同时学习交流毫伏表、钳形电流表、万用表和示波器等仪器仪表测量交流电的方法。

知识点：

1．最大值：正弦交流电在一个周期内所能达到的最大数值，称为交流电的最大值，又称振幅、幅值或峰值，通常用带下标m的大写字母表示。最大值可以用来表示正弦交流电变化的范围。

2．有效值：交流电的有效值是根据电流的热效应来规定的。让交流电和直流电分别通过同样阻值的电阻，如果它们在同一时间内产生的热量相等，就把这一直流电的数值叫做这一交流电的有效值，分别用I、U、E来表示电流、电压、电动势的有效值。

3．有效值与最大值之间的关系为

有效值＝最大值

提示：

各种使用交流电的电气设备上所标的额定电压和额定电流的数值指的是有效值；一般的交流电流表和交流电压表测量的数值，也都是指有效值。如通常说照明电路的电压是220V，便指的是有效值。

教学环节2：正弦交流电的周期、频率和角频率

教师活动：教师可利用正弦交流电压波形图，讲解频率、周期和角频率的基本概念、表示方法及它们之间的关系，并给学生以一定的练习。然后可通过实物或多媒体演示，讲解测量频率所需的仪器和方法。

学生活动：学生可在教师的引导下，通过认真听讲与练习，学习并掌握频率、周期和角频率的基本概念、表示方法及它们之间的关系，并进行适当的练习。同时在教师的指导下学习测量频率所需的仪器和方法。

知识点：

1．周期：正弦交流电完成一次周期性变化所需要的时间，称为正弦交流电的周期，通常用字母T表示，单位是秒，符号为S。

2．频率：正弦交流电在1秒内完成周期性变化的次数，称为正弦交流电的频率，通常用f表示，单位是赫（兹），符号为Hz。频率的常用单位还有千赫（kHz）和兆赫（MHz）。1 kHz＝103Hz， 1 MHz＝106Hz

3．周期、频率与角频率之间的关系为：f＝，＝＝2pf

  提示：

   我国供电系统中，交流电的频率是50Hz，习惯上称为“工频”，周期为0.02s。世界多数国家交流电频率都是50Hz，如欧盟各国等，但也有不少国家如美国、加拿大、日本等交流电的频率为60Hz。

教学环节3： 正弦交流电的相位、初相和相位差

教师活动：教师可利用正弦交流电压波形图，讲解相位、初相和相位差的基本概念、表示方法及它们之间的关系，并给学生以一定的练习。

学生活动：学生可在教师的引导下，通过认真听讲与练习，学习并掌握相位、初相和相位差的基本概念、表示方法及它们之间的关系，并进行适当的练习。

知识点：

1．相位：相当于角度的量wt+j0对于确定交流电的大小和方向起着重要作用，称为正弦交流电的相位。

2．初相：t＝0时的相位，称为初相位，简称初相，用字母j0表示。

3．相位差：两个同频率的正弦交流电的相位之差称为正弦交流电的相位差，用Dj表示。即Dj＝（wt+j01）-（wt+j02）＝j01-j02，可见，两个同频率的交流电的相位差等于它们的初相之差。相位差确立了两个正弦量之间的相位关系（超前或滞后）。特殊的相位关系有：同相、反相和正交。

4．正弦交流电的三要素：有效值（或最大值）、频率（或周期、角频率）和初相。

三、课堂小结

教师与学生一起回顾本节课的学习内容，引导学生总结如下：

1．正弦交流电的最大值、有效值及它们之间的关系。

2．正弦交流电的周期、频率、角频率及它们之间的关系。

3．正弦交流电的相位、初相和相位差。

4．交流电压、交流电流与频率的测量。

5．正弦交流电的三要素。

四、课堂练习

    教材中思考与练习第1、2题

五、课后作业

“学习辅导与练习”同步训练中的6.2

【课题名称】 6.3 正弦交流电的表示法

【课时安排】

      1课时（45分钟）

【教学目标】

      1．理解正弦交流电的旋转矢量表示法。

      2．了解正弦交流电解析式、波形图、矢量图的相互转换。

【教学重点】

      重点：矢量图的画法

【教学难点】

      难点：旋转矢量概念的理解

【关键点】

      能够正确把握矢量图与解析式、波形图之间的转换

【教学方法】

      直观演示法、讲授法、谈话法、多媒体演示法

【教具资源】

      手电筒、多媒体课件、直流电源、小灯泡、开关、连接导线若干

【教学过程】

    一、导入新课

教师可从复习正弦交流电的三要素与瞬时值表达式（解析式）及波形图之间的关系出发，让学生明白解析式和波形图是正弦交流电的两种基本表示方法，它们都能完整地反映正弦交流电的三要素，但为了方便对同频率的正弦交流电进行加、减运算，在本节中将引入矢量图表示法。

二、讲授新课

教学环节1： 解析式与波形图表示法

教师活动：教师可通过复习的形式，让学生自行回忆总结正弦交流电解析式和波形图的表示方法，从而给出较完整的解析式和波形图的概念，并加以适当的练习。

学生活动：学生可通过回忆，复习正弦交流电解析式和波形图的表示方法，并了解解析式和波形图较完整的概念，做一些练习加以巩固。

知识点：

1．解析式表示法：用正弦函数式表示正弦交流电随时间变化的关系的方法称为解析式表示法。其表达式为瞬时值＝最大值sin（角频率t+j0）。

2．波形图表示法：用正弦曲线表示正弦交流电随时间变化的关系的方法，简称波形图。

注意点：

通过波形图可以解读初相位的正负，如果波形图的起点在纵坐标的正方向，即起点为正值，则初相为正；如果波形图的起点在纵坐标的负方向，即起点为负值，则初相为负。

教学环节2： 矢量图表示法

教师活动：教师可通过多媒体演示正弦量的旋转矢量表示法，引导学生理解旋转矢量、旋转矢量的起始位置及有效值矢量表示法，同时提供适当的练习。

学生活动：学生可在教师的引导下，结合多媒体演示，学习并理解旋转矢量、旋转矢量的起始位置，掌握有效值矢量表示法，并做一些练习。

知识点：

旋转矢量：是一个在直角坐标系中绕原点旋转的矢量，它是相位随时间变化的矢量。旋转矢量通常用大写字母上加黑点的符号来表示。

提示：

正弦交流电可以用解析式、波形图和矢量图表示。解析式是正弦交流电常见的表示方法，波形图比较直观。矢量图是分析同频率正弦交流电路的常用工具。

三、课堂小结

教师与学生一起回顾本节课的学习内容，引导学生总结如下：

1．正弦交流电的三种表示法。

2．有效值矢量图的画法。

四、课堂练习

    教材中思考与练习第1、2题

五、课后作业

1．“学习辅导与练习”同步训练中的6.3

    2．阅读教材中的交流发电机，请说说交流发电机的结构与工作原理。

【课题名称】实训项目八  函数信号发生器、示波器和毫伏表的使用

【课时安排】

      2课时（90分钟）

【教学目标】

1．学会函数信号发生器、示波器和毫伏表的使用。

2．掌握用示波器观测正弦交流电压的幅值与周期，并能正确读数。

3．掌握用毫伏表测量交流信号的有效值的操作方法。

【教学重点】

用示波器测量正弦交流电压的幅值与周期，并正确读数。

【教学难点】

      难点：正确读数

【关键点】

      函数信号发生器、示波器、毫伏表的正确使用

【教学方法】

      多媒体展示法、直观演示法、实践操作法、做中学、个别指导

【教具资源】

     各种直流电源、函数信号发生器、示波器、毫伏表

【教学过程】

任务一  认识函数信号发生器、示波器和毫伏表的操作面板

1．函数信号发生器

教师活动：教师可结合函数信号发生器实物，利用多媒体讲解函数信号发生器的功能，并一一介绍其操作面板上各个旋钮或开关的使用方法。

学生活动：学生可每人或两人一组准备一个函数信号发生器，在教师的引导与讲解下，学生结合函数信号发生器实物学习、认识函数信号发生器面板各部分的组成及其使用方法。

2．示波器

教师活动：教师可结合示波器实物，利用多媒体讲解示波器的功能，并一一介绍其操作面板上各个旋钮或开关的使用方法。

学生活动：学生可每人或两人一组准备一个示波器，在教师的引导与讲解下，学生结合示波器实物学习、认识示波器面板各部分组成及其使用方法。

3．毫伏表

教师活动：教师可结合毫伏表实物，利用多媒体讲解毫伏表的功能，并一一介绍其操作面板上各个旋钮或开关的使用方法。

学生活动：学生可每人或两人一组准备一个毫伏表，在教师的引导与讲解下，学生结合毫伏表实物学习、认识毫伏表面板各部分组成及其使用方法。

任务二  用示波器观测正弦交流电波形并正确读数

教师活动：教师可以观测“3V、1KHz”正弦交流电压为例，现场示范或利用多媒体展示用示波器测正弦交流电波形的正确操作方法与步骤，并引导学生能正确读出正弦交流电波形的幅值和周期。然后要求学生自行观测“6V、50Hz”正弦交流电压的波形、周期与频率，把观测结果填入相应的技训表中。

学生活动：学生可在教师的组织与引导下学习用示波器测正弦交流电波形的正确操作方法与步骤，学会正确读数，并按要求进行实际操作，把观测结果填入相应的技训表中。

任务三  用毫伏表测量交流信号的有效值

教师活动：教师可以测量“3V、1KHz”正弦交流电压为例，现场示范或利用多媒体展示用毫伏表测量正弦交流电波形的正确操作方法与步骤，并引导学生能正确读出正弦交流电波形的有效值。然后要求学生自行测量“5V、1KHz”的正弦交流电压的有效值，把观测结果填入相应的技训表中。

学生活动：学生可在教师的组织与引导下学习用毫伏表测量正弦交流电压有效值的正确操作方法与步骤，学会正确读数，并按要求进行实际操作，把观测结果填入相应的技训表中。

任务四  实训小结

教师活动：引导学生总结用示波器测幅值和周期、用毫伏表测量交流信号的有效值的操作方法、注意事项及收获与体会，并检查任务完成情况、仪器仪表的使用情况、安全文明操作以及团队协作精神。

学生活动：在教师的引导下自行总结测量幅值、周期和有效值的操作过程、注意事项及收获与体会，并根据要求进行自我评价。