交变电流教案(改).docx

选修3・2 §5. 1《交变电流》
教学目标
知识与技能：
（1）使学生理解交变电流的产生原理，知道什么是中性面。

（2）掌握交变电流的变化规律及表示方法。

（3）理解交变电流的瞬时值和最人值及屮性而的准确含义。

过程与方法：
（1）掌握描述物理量的三种棊木方法（文字法、公式法、图彖法）。

（2）培养学生观察能力，空间想象能力以及将立体图转化为平面图形的能力。

（3）培养学生运用数学知识解决物理问题的能力。

情感、态度与价值观：
培养学牛理论联系实际的思想
教学重点：交变电流产生的物理过程的分析
教学难点：交变电流的变化规律及应用
教学过程：
新课导入：电磁感应的重要应川就是产牛了交变电动势和交变电流，使电流町以远距离的传输进入我们T家力户。

新课教学:
（-）探究手摇交流发电机输出电流的特点:
实验：用手摇交流发电机对小灯泡供电
现象：电流计指针来回摆动
结论：电流的方向是周期变化的
现象：电流计指针摆动幅度不同
结论：电流的大小是不断变化的小结：手摇交流发电机的输出电流的大小和方向都随时间做周期性的变化。

人小和方向都随时间做周期性变化的电流叫交变电流，简称交流（AC）方向不随时间变化的电流称为直流（DC）
大小、方向均不随时间变化的电流叫恒定电流。

（二）探究交变电流的产生原理：
交流发电机的构造：
磁极，线圈，铜环，电刷
当线圈转动时，线圈的边要切割磁感线，因此会产生感应电动势和感应电流；哪些边切割磁感线？(ab 和
cd)
问题讨论：
(1) 在转动过程中，哪个位置线圈中没有电流，哪个位置线圈中电流最大?
线圈平面与磁 感线垂直时， 没有感应电流
物理学屮把线圈平面垂点与磁感线的位置成为屮
性面。

结论：线圈平面与屮性面重合时，感应电流最小；线圈平面与屮性面垂直时电流最大。

2、你能判断岀线圈从中性而开始逆吋针转动一周中，线框中电流方向的规律吗？
线圈平面与 磁感线平行 时电流最大
无电流
电流方向：d-a-b-c-d
0 E
甲
乙
V
D(C
B
无电流电流方向:a-d-c-b-a 无电流
结论：线圈平面每经过屮性面时，感应电流的方向就改变一次，线圈转动一周，感应电流的方向改变两次。

3、你能定性的分析出线圈从中性血转动一•周过程中电流的大小和方向变化规律吗？
结论：在中性面吋最小，然后逐渐增大到线圈与磁场方向平行时最大，然后逐渐减小到线圈转到下一个中性面时最小；Z后电流反方向增到到线圈与磁场平行时的最大，然后乂减小到线圈回到中性面时最小。

（三）定量分析交变电流的变化规律：
AB长为L|, BC长为b，转动的角速度为3,磁感应强度为B。

AB边产生的感应电动势：e AB = nBL}vsin 0
AB 边的线速度：v = co- — L2, e AB = nB厶69•丄L2 sin0
2 2
e - e AB +e CD = 2xnBL}co~L2 sin 0 = nBSeosin 0
当线圈abed经过中性面时开始计时，0 = cot, e = nBScosm cot = E m sin cot
E,”是感应电动势的最大值，叫做峰值。

由于电动势按正弦规律变化，当负载为电灯等用电器时，负载两端的电压“、通过的电流i, 也按正弦规律变化，u = U m sin cot f i = I m sin cot
这种按匸弦函数规律变化的交变电流叫正弦式交变电流，简称正弦式电流。

思考：如果从线框平面与磁感线平行的位置开始计时，那么表达式如何？
e = nBSo
f cos cot - E m cos 69/
注意：两个特殊位置的不同特点：
(1)线圈平而与中性面重合时，SIB, ^ = 0, z=0,电流方向发生改变；0最大，
(2)线圈平面与中性面垂直时，SIIB ,,幺最大，z•最大，电流方向不变；0 = 0
思考：线圈从中性血开始匀速转动，电动势，电流的大小方向的变化规律是怎样的？结论：线圈在转动过程小电动势，电流的变化都重复第一圈的变化情形。

正弦交变电流是一种最简单乂最基本的交变电流，家庭电路的交变电流就是止弦交变电流。

实际小应用的交变电流，不只限于正弦交变电流，它们随时间变化的规律是各种各样的。

常见的交流电
甲：家庭电路中的正弦交变电流
乙：示波器中的锯齿波扫描电压
丙：电子计算机中的矩形脉冲T：激光通信中的尖脉冲
例1、发电机产牛的按正弦规律变化的电动势最人值为311V,具线圈共100匝，在匀强磁场屮匀速转动的角速度为100 n rad/s,从线圈经过中性面开始计时。

(1)写出当时的瞬时表达式。

(2)此发电机与外电路组成闭合电路时，总电阻为100Q,求t = —s时的电流。

600
(3)线圈转过180。

的过程屮，电动势的平均值，电动势达到的最大值各是多少？
(4)磁通量变化率的最大值是多少？
解：(1)从中性面开始计时，e = E m sin^ = 311sinl00^(V)
P \ TT
(2), = 一 = 3.11 sin 100R(A),t ------ s时，i = 3」lsin —A = 1.56A ；
R600 6
T 71
(3)线圈经过180°过程屮，磁通量变化AO = 2BS ,此时，&=_ = _,由法拉第
2 CD
—A① 2 — 2 电磁感应定律得这一过程屮的平均电动势E = n ----- = —nBcoS , ifij E fn = nBa>S ,所以E = —E m =198
Ar 7i 7i m
(V)
T 7t
当线圈转过90°时，即在时刻t=- =—时电动势最人，E m =311 (V)
4 2co m
(4 )电动势最人时，由法拉第电磁感应定律可知磁通最的变化率也最人，
△① 1 1
——= -E nl =——x311Wb/s = 3」1 Wb/s
\t n m 100
例2、
—•正弦交流发电机的电动势为= E m sin cot ,若将此发电机的转速和磁场均增加一倍，试写出这时电动势的表达式。

解：e = (MeS)sinef,当转速提高一倍时少=2。

，磁感应强度增加一倍时B' = 2B ,所以E； = 4E m , e' = 4E m sin 2cot。

小结：本节课主要学习了以下儿个问题：
(1)矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生止弦式交变电流。

(2)从中性面开始计时，感应电动势瞬时值的表达式为e=NBS^sincj人感应电动势的最大值为E沪NBS
3 °
(3)两个特殊位置的特点；作业：创新课时训练P21-22。