高二物理《17.1 交变电流的产生和变化规律》教案
高二物理交变电流的产生和变化规律教案
高二物理交变电流的产生和变化规律教案【教学目标】1.了解什么是交变电流以及其产生和特点。
2.掌握交变电流的产生、和基本变化规律。
3.能够应用学习到的知识对交变电流进行分析和计算。
【教学重难点】1.掌握交变电流的产生原理和特点。
2.理解交变电流的变化规律。
【教学方法】1.讲述法2.图片演示法3.课堂讨论法【教学步骤】1.引入老师用图片展示电路中交变电流的现象,让学生尝试从现象中理解交变电流的概念。
然后对交变电流的产生过程进行简单的介绍,引导学生进入本节课的主题。
2.交变电流的产生介绍电源如何产生变化的电流,并介绍变化电流的特点,包括频率和周期等。
学生可以在教师的指导下操作小电扇或者小灯泡进行实验观察,更好地认识和理解交变电流产生的过程和特点。
3.交变电流的变化规律引导学生分别通过图示和公式来认识交变电流的变化规律,包括正弦函数、周期、频率和有效值等知识。
同时指导学生通过实验来观察和检验所学知识,让学生理解这些变化规律的实际应用。
4.课堂练习划分小组,让学生结合所学的知识来完成一些课堂练习题,进一步巩固所学内容。
老师可以使用幻灯片或者黑板上展示练习题,同时在课件中加入一些小动画来增加趣味性。
【教学资源】1.交互式课件2.图片展示3.实验器材4.课堂练习题【教学反思】本节课的主要教学内容是交变电流的产生和变化规律,涉及到的知识点比较复杂,但是通过引导学生通过实验和应用实践来掌握,能够让学生更好地理解和掌握该知识点。
同时课间的练习也能够更好的巩固学生的知识,为进一步的学习打下坚实的基础。
交变电流的产生和描述 经典教案
交变电流的产生和描述知识点一 交变电流、交变电流的图象 1.交变电流(1)定义:大小和方向都随时间做周期性变化的电流. (2)按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流. 2.正弦式交变电流的产生和图象(1)产生:在匀强磁场里,线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动.(2)图象:用以描述交变电流随时间变化的规律,如果线圈从中性面位置开始计时,其图象为正弦曲线.如图甲、乙、丙所示.知识点二 正弦式交变电流的函数表达式、峰值和有效值 1.周期和频率(1)周期(T ):交变电流完成一次周期性变化(线圈转一周)所需的时间,单位是秒(s),公式T =2πω. (2)频率(f ):交变电流在1 s 内完成周期性变化的次数.单位是赫兹(Hz). (3)周期和频率的关系:T =1f 或f =1T.2.正弦式交变电流的函数表达式(线圈在中性面位置开始计时) (1)电动势e 随时间变化的规律:e =E m sin ωt .(2)负载两端的电压u 随时间变化的规律:u =U m sin ωt .(3)电流i 随时间变化的规律:i =I m sin ωt .其中ω等于线圈转动的角速度,E m =nBSω. 3.交变电流的瞬时值、峰值、有效值(1)瞬时值:交变电流某一时刻的值,是时间的函数.(2)峰值:交变电流(电流、电压或电动势)所能达到的最大的值,也叫最大值.(3)有效值:跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值叫做交变电流的有效值.对正弦式交变电流,其有效值和峰值的关系为:E =E m 2,U =U m 2,I =I m2.【 基础自测】1.匀强磁场中有一长方形闭合导线框,分别以相同的角速度绕图a 、b 、c 、d 所示的固定转轴旋转,用I a 、I b 、I c 、I d 表示四种情况下线框中电流的有效值,则( D )A .I a >I dB .I a >I bC .I b >I cD .I c =I d解析:由题意可知,无论转轴在中心,还是在一边,还是在其他位置,转动切割磁感线的线框面积不变,根据E m =nBSω,知线框感应电动势的最大值是相同的,因此四种情况下,线框产生感应电动势的瞬时表达式相同,即为e =E m sin ωt ,由闭合电路欧姆定律可知,感应电流瞬时表达式也相同,即为i =I m sin ωt ,则感应电流的最大值I m 、感应电流的有效值I m2均相同,故D 项正确,A 、B 、C 项错误.2.如图所示,直线OO ′的左侧有垂直纸面向里的匀强磁场B 1,右侧有垂直纸面向里的匀强磁场B 2,且B 1>B 2,一总阻值为R 的导线框ABCD 以OO ′为轴做角速度为ω的匀速转动,导线框的AB 边长为l 1,BC 边长为l 2.以图示位置作为计时起点,规定导线框内电流沿A →B →C →D →A 流动时为电流的正方向.则下列图象中能表示线框中感应电流随时间变化的是( A )解析:回路中的感应电动势为e =e 1+e 2=B 1l 2ω·l 12sin ωt +B 2l 2ω·l 12sin ωt =(B 1+B 2)l 1l 2ω2sin ωt ,则电流为i =(B 1+B 2)l 1l 2ω2R·sin ωt ,故A 项正确,B 、C 、D 项错误.3.长为a 、宽为b 的矩形线框有n 匝,每匝线圈电阻为R ,如图所示,对称轴MN 的左侧处在磁感应强度为B 的匀强磁场中,第一次将线框从磁场中以速度v 匀速拉出;第二次让线框以ω=2vb的角速度转过90°角.那么( D ) A .通过导线横截面的电量q 1q 2=1nB .通过导线横截面的电量q 1q 2=12C .线框发热功率P 1P 2=2n 1D .线框发热功率P 1P 2=21解析:根据法拉第电磁感应定律,得出感应电动势E =n ΔΦΔt ,结合闭合电路欧姆定律I =EnR 与电量表达式q =It ,即可解得电量q =ΔΦR,虽然两次的运动方式不同,但它们的磁通量的变化量相同,因此它们的电量之比为11,故A 、B 项错误;瞬时感应电动势E =BL v ,则感应电流的大小之比即为感应电动势大小之比,E 1=nBa v ,第二次产生的感应电动势如图所示:最大值E 2m =nBa b 2ω,有效值E 2=E 2m 2,再根据线框的发热功率P =E 2nR ,可知线框发热功率P 1P 2=21,故C 项错误,D项正确.4.三个相同的电阻,分别通过如图甲、乙、丙所示的交变电流,三个图中的I 0和周期T 相同.下列说法中正确的是( C )A .在相同时间内三个电阻发热量相等B .在相同时间内,甲、乙发热量相等,是丙发热量的2倍C .在相同时间内,甲、丙发热量相等,是乙发热量的12D .在相同时间内,乙发热量最大,甲次之,丙的发热量最小解析:甲的有效值为:I =I 02,由Q =I 2Rt 可知一个周期内甲的发热量为:Q 1=I 20RT 2;乙前、后半个周期电流大小相等,故其发热量为:Q 2=I 20RT ;丙只有前半个周期有电流,故其发热量为:Q 3=I 20R ×12T =I 20RT 2;故可知在相同时间内,甲、丙发热量相等,是乙发热量的12,故C 项正确.知识点一 交变电流的产生和描述1.正弦式交变电流的产生(1)线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动. (2)两个特殊位置的特点:①线圈平面与中性面重合时,S ⊥B ,Φ最大,ΔΦΔt=0,e =0,i =0,电流方向将发生改变. ②线圈平面与中性面垂直时,S ∥B ,Φ=0,ΔΦΔt最大,e 最大,i 最大,电流方向不改变.(3)电流方向的改变:线圈通过中性面时,电流方向发生改变,一个周期内线圈两次通过中性面,因此电流的方向改变两次.(4)交变电动势的最大值E m =nBSω,与转轴位置无关,与线圈形状无关. 2.正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)1.[交变电流的产生]如图所示,矩形线圈abcd在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴P1和P2以相同的角速度匀速转动,当线圈平面转到与磁场方向平行时(A)A.线圈绕P1转动时的电流等于绕P2转动时的电流B.线圈绕P1转动时的电动势小于绕P2转动时的电动势C.线圈绕P1和P2转动时电流的方向相同,都是a→b→c→d→aD.线圈绕P1转动时dc边受到的安培力大于绕P2转动时dc边受到的安培力解析:绕圈绕垂直于磁场方向的轴转动产生交变电流,产生的电流、电动势及线圈各边所受安培力大小与转轴所在位置无关,故A对,B、D错;图示时刻产生电流的方向为a→d→c→b→a,故C错.2.[交变电流的图象](多选)如图甲是小型交流发电机的示意图,两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场,为交流电流表.线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动,从图示位置开始计时,产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示.以下判断正确的是(AC)A.电流表的示数为10 AB.线圈转动的角速度为50π rad/s C.0.01 s时线圈平面与磁场方向平行D.0.02 s时电阻R中电流的方向自右向左解析:电流表的示数为交变电流的有效值10 A,A项正确;由ω=2πT可得,线圈转动的角速度为ω=100π rad/s,B项错;0.01 s时,电路中电流最大,故该时刻通过线圈的磁通量最小,即该时刻线圈平面与磁场平行,C项正确;根据楞次定律可得,0.02 s时电阻R中电流的方向自左向右,D项错.3.[交变电流的瞬时表达式](2019·吉林质检)边长为a的N匝正方形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线且与线圈在同一平面内的对称轴匀速转动,转速为n,线圈所围面积内的磁通量Φ随时间t变化的规律如图所示,图象中Φ0为已知.则下列说法正确的是(D)A.t1时刻线圈中感应电动势最大B.t2时刻线圈中感应电流为零C.匀强磁场的磁感应强度大小为Φ0 Na2D.线圈中瞬时感应电动势的表达式为e=2NπΦ0n cos2πnt解析:t1时刻线圈的磁通量最大,但磁通量的变化率为0,根据法拉第电磁感应定律可知此时线圈中感应电动势为0,A 项错误;t2时刻线圈的磁通量为零,但磁通量的变化率最大,根据法拉第电磁感应定律可知此时线圈中感应电流为最大值,B项错误;磁通量与线圈匝数无关,根据磁通量的定义可得Φ0=Ba2,B=Φ0a2,C项错误;线圈中瞬时感应电动势的表达式为e=NBSωcosωt=2NπΦ0n cos2πnt,D项正确.知识点二有效值的理解与计算1.有效值的理解跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值叫做交变电流的有效值.对于正弦交流电,其有效值和峰值的关系为E=E m 2,U=U m2,I=I m2.2.有效值的计算(1)计算有效值时要注意根据电流的热效应,抓住“三同”:“相同时间”内“相同电阻”上产生“相同热量”列式求解.(2)利用两类公式Q=I2Rt和Q=U2R t可分别求得电流有效值和电压有效值.(3)若图象部分是正弦(或余弦)交流电,其中的从零(或最大值)开始的14周期整数倍的部分可直接应用正弦式交变电流有效值与最大值间的关系I m=2I、U m=2U求解.3.几种典型的交变电流的有效值4.[正弦式交变电流的有效值]电阻R1、R2与交流电源按照图甲所示方式连接,R1=10 Ω,R2=20 Ω.合上开关S后,通过电阻R2的正弦交变电流i随时间t变化的情况如图乙所示.则(B)A .通过R 1的电流有效值是65 AB .R 1两端的电压有效值是6 VC .通过R 2的电流最大值是65 2 AD .R 2两端的电压最大值是6 2 V解析:首先从交变电流图象中找出交变电流的最大值即为通过R 2的电流的最大值,为35 2 A ,由正弦交变电流最大值与有效值的关系I m =2I ,可知其有效值为0.6 A ,由于R 1与R 2串联,所以通过R 1的电流的有效值也是0.6 A ,A 、C 错误;R 1两端电压的有效值为U 1=IR 1=6 V ,B 正确;R 2两端电压的最大值为U m2=I m R 2=352×20 V =12 2 V ,D 错误. 5.[部分缺失的正弦式交变电流的有效值]如图所示为一个经双可控硅调节后加在电灯上的电压,正弦交流电的每一个二分之一周期中,前面四分之一周期被截去,则现在电灯上电压的有效值为( D )A .U m B.U m2 C.U m3D.U m2解析:由题给图象可知,交流电压的变化规律具有周期性,用电流热效应的等效法求解.设电灯的阻值为R ,正弦交流电压的有效值与峰值的关系是U =U m2,由于一个周期内半个周期有交流电压,一周期内交流电产生的热量为Q =⎝⎛⎭⎫U m 22R t =U 2m 2R ·T 2,设交流电压的有效值为U ,由电流热效应得Q =U 2m 2R ·T2=U 2R ·T ,所以该交流电压的有效值U =U m 2.选项D 正确. 6.[方形波的有效值]通过一阻值R =100 Ω的电阻的交变电流如图所示,其周期为1 s .电阻两端电压的有效值为( B )A .12 VB .410 VC .15 VD .8 5 V解析:根据图象,一个周期T =1 s ,设该交变电流的有效值为U,0~0.4 s 的时间间隔为t 1=0.4 s,0.4~0.5 s 的时间间隔t 2=0.1 s ,根据电流的热效应,由2(I 21Rt 1+I 22Rt 2)=U 2R·T ,解得U =410 V ,B 正确.知识点三交变电流“四值”的理解和应用对交变电流“四值”的比较和理解典例小型手摇发电机线圈共N匝,每匝可简化为矩形线圈abcd,磁极间的磁场视为匀强磁场,方向垂直于线圈中心轴OO′,线圈绕OO′匀速转动,如图所示.矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0,不计线圈电阻,则发电机输出电压()A.峰值是e0B.峰值是2e0C .有效值是22Ne 0D .有效值是2Ne 0【审题关键点】 矩形线圈ab 边和cd 边切割磁感线的方向相反,故产生的感应电动势的方向相反,但对于感应电流的方向在闭合电路中,所以产生感应电流的方向相同.【解析】 由题意可知,线圈ab 边和cd 边产生的感应电动势的最大值都为e 0,因此对于单匝矩形线圈总电动势最大值为2e 0,又因为发电机线圈共N 匝,所以发电机线圈中总电动势最大值为2Ne 0,根据闭合电路欧姆定律可知,在不计线圈内阻时,输出电压等于感应电动势的大小,即其峰值为2Ne 0,故A 、B 错误;又由题意可知,若从图示位置开始计时,发电机线圈中产生的感应电流为正弦式交变电流,由其有效值与峰值的关系可知,U =U m2,即U =2Ne 0,故C 错误,D 正确. 【答案】 D7.(多选)如图所示,在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期为T ,转轴O 1O 2垂直于磁场方向,线圈电阻为2 Ω.从线圈平面与磁场方向平行时开始计时,线圈转过60°时的感应电流为1 A .那么( AC )A .线圈消耗的电功率为4 WB .线圈中感应电流的有效值为2 AC .任意时刻线圈中的感应电动势为e =4cos 2πT tD .任意时刻穿过线圈的磁通量为Φ=T πsin 2πTt解析:由图中位置开始计时,电流瞬时值i =I m cos ωt ,转过60°时,I m cos60°=1 A ,解得I m =2 A ,有效值I =22A = 2 A ,故选项B 错误;消耗功率P =I 2R =4 W ,故选项A 正确;感应电动势的最大值E m =I m ·R =4 V ,所以e =E m cos ωt =4cos 2πT ·t ,故选项C 正确;磁通量Φ=Φm sin2πT ·t ,而E m =BSω=Φm ω=Φm 2πT ,解得Φm =E m T 2π=2T π,所以Φ=2T π·sin 2πTt ,故选项D 错误. 8.如图所示,N =50匝的矩形线圈abcd ,ab 边长l 1=20 cm ,ad 边长l 2=25 cm ,放在磁感应强度B =0.4 T 的匀强磁场中,外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO ′轴以n =3 000 r/min 的转速匀速转动,线圈电阻r =1 Ω,外电路电阻R =9 Ω,t =0时线圈平面与磁感线平行,ab 边正转出纸外、cd 边转入纸里.求:(1)t =0时感应电流的方向; (2)感应电动势的瞬时值表达式;(3)线圈转一圈外力做的功;(4)从图示位置转过90°的过程中流过电阻R的电荷量.解析:(1)根据右手定则,线圈感应电流方向为adcba.(2)线圈的角速度ω=2πn=100π rad/s图示位置的感应电动势最大,其大小为E m=NBl1l2ω代入数据得E m=314 V感应电动势的瞬时值表达式e=E m cosωt=314cos100πt (V).(3)电动势的有效值E=E m 2线圈匀速转动的周期T=2πω=0.02 s线圈匀速转动一圈,外力做功大小等于电功的大小,即W=I2(R+r)T=E2R+r·T,代入数据得W≈98.6 J.(4)从t=0起转过90°过程中,Δt内流过R的电荷量q=NΔΦ(R+r)ΔtΔt=NBΔSR+r=NBl1l2R+r代入数据得q=0.1 C.答案:(1)感应电流方向沿adcba(2)e=314cos100πt V(3)98.6 J(4)0.1 C交变电流瞬时表达式的书写问题1.确定正弦式交变电流的峰值,根据已知图象读出或由公式E m=nBSω求出相应峰值.2.明确线圈的初始位置,找出对应的函数关系式.(1)若线圈从中性面位置开始转动,则it图象为正弦函数图象,函数式为i=I m sinωt.(2)若线圈从垂直中性面位置开始转动,则it图象为余弦函数图象,函数式为i=I m cosωt.9.图甲是交流发电机模型示意图.在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一矩形线圈abcd可绕线圈平面内垂直于磁感线的轴OO′转动,由线圈引出的导线ae和df分别与两个跟线圈一起绕OO′转动的金属圆环相连接,金属圆环又分别与两个固定的电刷保持滑动接触,这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电路电阻R形成闭合电路.图乙是线圈的主视图,导线ab 和cd分别用它们的横截面来表示.已知ab长度为L1,bc长度为L2,线圈以恒定角速度ω逆时针转动.(只考虑单匝线圈)(1)线圈平面处于中性面位置时开始计时,试推导t时刻整个线圈中的感应电动势e1的表达式;(2)线圈平面处于与中性面成φ0夹角位置时开始计时,如图丙所示,试写出t时刻整个线圈中的感应电动势e2的表达式;(3)若线圈电阻为r,求线圈每转动一周电阻R上产生的焦耳热.(其他电阻均不计)解析:(1)矩形线圈abcd 在磁场中转动时,只有ab 和cd 切割磁感线,且转动的半径为r =L 22,设ab 和cd 的转动速度为v ,则v =ω·L 22在t 时刻,导线ab 和cd 因切割磁感线而产生的感应电动势均为E 1=BL 1v ⊥由图可知v ⊥=v sin ωt则整个线圈的感应电动势为e 1=2E 1=BL 1L 2ωsin ωt .(2)当线圈由图丙位置开始运动时,在t 时刻整个线圈的感应电动势为e 2=BL 1L 2ωsin(ωt +φ0).(3)由闭合电路欧姆定律可知I =E R +r这里E 为线圈产生的电动势的有效值E =E m 2=BL 1L 2ω2 则线圈转动一周在R 上产生的焦耳热为Q R =I 2RT其中T =2πω于是Q R =πRω⎝⎛⎭⎫BL 1L 2R +r 2. 答案:(1)e 1=BL 1L 2ωsin ωt (2)e 2=BL 1L 2ωsin(ωt +φ0)(3)πRω⎝⎛⎭⎫BL 1L 2R +r 2。
高二物理交变电流的产生和变化规律表征交变电流的物理量
嗦夺市安培阳光实验学校高二物理交变电流的产生和变化规律、表征交变电流的物理量【本讲主要内容】交变电流的产生和变化规律、表征交变电流的物理量【知识掌握】【知识点精析】本讲的重点、难点是交流电的概念和变化规律,交变电流的有效值和交流电的优越性,有效值的物理意义。
高考主要考察交流电的产生和有效值、瞬时值的计算,题型都为选择题,尤其是有效值的计算,主要考察物理中的等效思想。
1. 交变电流的产生及其变化规律(1)交变电流:强度和方向都随时间周期性变化的电流。
(2)正弦交变电流的产生:一个矩形线圈在匀强磁场中,绕垂直于磁场的轴匀速转动便可产生。
(3)正弦交变电流的变化规律中性面:与磁场方向垂直的平面。
线圈转到中性面时,穿过线圈的磁通量最大,但磁通量的变化率为零,感应电动势为零,线圈每经过一次中性面,电流的方向改变一次。
变化规律:正弦交变电流图象(如下图):2. 表征交变电流的物理量(1)周期和频率交变电流的周期和频率是表征交变电流变化快慢的物理量。
周期T:交变电流完成一次周期性变化所需要的时间。
从交变电流产生的角度来看,它就等于旋转电枢式发电机中线圈转动的周期。
频率f :交变电流在1s内完成周期性变化的次数。
显然,f =T1。
(1)有效值和最大值有效值:在热效应上和直流电等效的物理量。
譬如,上面的交流电流的有效值就是I 。
如果我们不要每次都用实验去测量,那么,物理学家已经用高等数学工具计算出来:对于正弦交流电而言,其有效值和最大值之间具有以下关系I =21Im U = 21Um我们已经介绍有效值在意义和对于正弦交流电的计算方法。
那么,在实际应用中,它还有什么价值呢?原来,交流电表中的实数全部都是有效值(交流电表的工作原理、为什么指示有效值,目前不便介绍,有兴趣的同学可以参看相关的课外资料)。
此外,人们通常口头上所说的多少伏、多少安的交流电也是指的交流电的有效值。
与之相对应的,最大值也有它的意义:譬如,当一个电容器接在交流电源上,它是否安全(不被击穿)取决于其间的场强情况,如果超过了额定场强,绝缘介质的击穿是一瞬间的事,而不需要多长时间的热效应累计。
高二物理教案 交变电流的产生和变化规律教案
场方向的轴匀速转动时,可产生交变电流。注意这不是产生交流的惟一方
式。??PPT展示--交变电流的产生
4交变电流变化规律
结合书上的图,模型及课件分析产生过程和变化归律??PPT展示--交变电流
变化规律
一、复习提问
1、
提问
提问
带电粒子垂直进入某一匀强磁场,其受力情况如何?运动轨
波形,他们的电动势随时间变化的规律是多种多样的。
??PPT展示--其它交变电流的波形
2、确定荷质比的意义:
在电场和磁场中,带电粒子受到的力与电量成正比,得到的加速度
与粒子的质量成反比,因而粒子的运动情况依赖于粒子的荷质比。这样
,我们确定了粒子的荷质比,就可研究带电粒子在电场和磁场中的运动
情况;反之由粒子的运动情况也可求出粒子的荷质比。
多媒体展现
S1
A
S2
S3
A
D
U
B
3、测定荷质比的装置:
周,感应电流的方向改变两次。
论交变电流的大小变化规律??PPT展示--电流的大小变化规律
如图所示,在场强为B的匀强磁场中,矩形线圈ab边长为L1,bc边长为L2,逆
时针绕中轴匀速转动,角速度为ω,从垂直磁感线开始计时,经过时间是t,
线圈中的感应电动势是多少?
○1由电磁感应知识得
Eab=1/2 BL1L2ωsinωt
(4)当线圈再转过900时,处于图d位置,ab、cd边的瞬时速度方向,跟线圈经
(图2)位置时的速度方向相反,产生的感应电动势方向也跟在(图2)位置相反。
(5)再转过900线圈处于起始位置(e图),与a图位置相同,线圈中没有感应电
高中物理 交变电流的产生和变化规律 (提纲、例题、练习、解析)
交变电流的产生和变化规律【学习目标】1.理解正弦交流电的产生过程及产生条件,能够利用电磁感应定律推导计算正弦交流电的瞬时值表达式sin m e E t ω=、sin m u U t ω=、sin m i I t ω=。
2.从正弦交流电产生过程、变化图象及解析式sin m e E t ω=三个方面的结合上去理解它的变化规律。
3.理解描述交流电的物理量:最大值、有效值、周期、频率等的意义及相应计算,尤其是有效值的意义和相关计算。
4.能够熟练地写出正弦交流电的瞬时值表达式以及从它的变化图象上读出有用信息。
5.了解电感电容对交流电的影响以及交流电、直流电作用于电感电容的不同之处;了解电感和电容在交流电路中的应用。
6.能将电磁感应的相关知识迁移到本部分内容中解决问题;能理解物理学等效思想的意义。
【要点梳理】要点一、直流电和交流电1.直流电电流的方向不随时间变化的电流或电压叫做直流电。
直流电可以分为:脉动直流电和恒定电流两种形式。
脉动直流电:电流或电压的大小随时间发生变化,但方向不发生变化,如图甲、乙所示。
恒定电流(或恒定电压):电流或电压的大小和方向都不随时间发生变化,如图丙、丁。
2.交电流1.定义:大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫交变电流。
要点诠释:(1)方向不变的电流叫做直流,大小和方向都不变的电流叫恒定电流。
(2)大小不变、方向改变的电流也是交变电流。
2.产生:在匀强磁场中,绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈里产生的是正弦式交变电流。
要点诠释:(1)矩形线框在匀强磁场中匀速转动,仅是产生交变电流的一种方式,但不是唯一方式。
(2)交变电流的典型特征是电流方向变化,其大小可能不变,如图所示的交变电流称为矩形交变电流,在方向变化时其大小可能不变。
3.中性面:线圈平面垂直于磁感线时,各边都不切割磁感线,线圈中的感应电流为零,这一位置叫中性面。
特点:(1)线圈位于中性面时,穿过线圈的磁通量最大,磁通量的变化率为零,感应电动势为零,感应电流为零。
《交变电流》教案
《交变电流》教案《交变电流》教案「篇一」教学目标知识目标(1)知道电流表的符号和用途.(2)知道电流表的正确读数方法.(3)知道电流表的使用规则.能力目标通过观察和实验,形成电学实验的初步技能.情感目标养成科学的态度,体验科学精神.教学建议教材分析教材介绍了一些物理课上常见的电流表,有电流计、教学演示用电流表、学生用电流表.说明电流表能够测量电流.详细介绍了电流表的读数,注意零刻度线、量程有两个、每个量程对应有最小刻度、接线柱有三个且分正负.要求学生能够根据实际情况读出电流表的示数.教材又详细介绍了电流表的使用规则,对于连接方式画出了参考图,并分析了在电路中电流表测是测量哪部分的电流.对于接线柱的连接,教材画出了参考图分析了如何连接才是正确的.选择量程问题,教材讲解了选择量程的具体方法,要注意先选用较大量程,并用试触的方法.对于不能直接连接在电源两极上,教材用图示分析了其做法的错误.教材最后提出了思考的问题,学生应的联系实际,注意想像选择不同接线柱的物理图景,分析出正确的方法.教法建议本节教学要注意观察和实验,有条件的可以边授课边学生实验探究的方式进行.学生联系实际学习,教师要提供不同的电流表让学生观察,接触实际的材料.教师还可以提供大量的电流表的资料,增长学生的见识.电流表读数的教学,要注意讲清三个接线柱对应着两个量程,要通过练习掌握电流表的读数.电流表的使用,要联系实际学习,学生可以动手连接并分析电流表这些用法的原因.分析一些电路图中电流表的使用是否正确,并如何改正.教学设计方案【重难点分析】学生使用电学测量仪器,所以电流表是本节的重点和难点,学生要会读数和使用.【教学过程设计】一.电流表教师可以提供实际资料,如各种电流计、教师演示用电流表、学生电流表,对于学生电流表可以提供多种,例如零刻度线在左边的、左面是负刻度的、一个负两个正接线柱的、一个正和两个负接线柱的电流表.本处学生要接触实际材料,切实联系科学实际.在此基础上,教师介绍电流表的符合和用途.二.电流表的示数方法1、讲清电流表的接线柱、对应的量程、每个量程所对应的最小刻度.并出示制作的表盘和指针让学生根据所连接的接线柱判断所选用的量程,根据指针的位置读出电流表的读数.可以使学生思考没给出接线柱的连接是电流的读数可能是多少,可以让学生思考某个电流值要选用什么量程,为什么.方法2、对于基础较好的班级可以用实验探究的方法,教师提供电流表,学生自行设计方法,电流表的一些问题如:电流表的三个接线柱的用途和用法;电流表的两个量程、最小刻度;电流的读数.教师可以指导学生的探究过程,注意学生在学习过程中遇到的问题,帮助学生形成正确的学习方法.三.电流表的使用方法1、教师要注意结合电路图来帮助学生学习电流表的四个使用规则,要注意引导学生想像物理过程,分析这些使用电流表方法的原因.对于电流表的连接方式,可以由电流是测电路的某点处的电流入手,把电流表接到电路的某点处应当是串联.结合电路图分析各种电流表的测量,并会判断一些电路图中电流表的作用.对于电流表接线柱的连接,讲清电流由电流表的正接线柱流进和从负接线柱流出的过程,要结合电路图分析,发现电路图中的问题.可以由学生实际连接,从电源的正极开始连线,连接电流表时连接正接线柱,又从负接线柱连线,经过电路连回电源的负极.学生感受电流表是如何在电路中连接的.对于电流表的量程,在第二个问题"电流表的读数"中已经介绍过了,这里学生比较好理解选择量程的意义,只是介绍清楚具体的实现方法,选择较大量程用导线试触的方法就可以了,可以让学生亲自实践,体会这种方法的意义,从而深入理解电流表量程的选择问题.对于电流表不能连在短路的电路中,由于没有电阻的知识,所以本处宜形成学生的观念,在电阻学习中再深入讲解,教师可以结合电路图提高学生的观察能力,分析电路中哪些有短路的现象并如何改正.方法2、对于基础较好的班级,可以用学生实验探究的方法,教师提供实验仪器,并提供一些可能用到的电路图,学生自行设计实验方案,完成教师提供的课题,教师可以参考的课题有:电流表的应当如何连到电路中;分析电路中电流表的作用;怎样才能安全使用电流表.教师要注重学生的学习过程,及时纠正学生在分析问题、设计方案、实施方案、得出结论的过程中错误,并建立学生正确的学习方法.【板书设计】一.电流表1.电流表的符号:2.电流表的作用:测量电路中的电流.二.电流表的示数1.量程:0-0.6A;0-3A2.对应的最小刻度:0.02A;0.1A三.电流表的使用1.电流表要串联在电路中2.正负接线柱的`接法要正确:电流从正接线柱流入,从负接线柱流出.3.被测电流不要超过电流表的量程:先选用较大量程,用导线试触.4.绝对不允许不经过用电器而把电流表直接连到电源的两极上.探究活动【课题】电流表的种类、原理、构造。
《交变电流的产生和变化规律》教案
二、交变电流的变化规律 线 圈在匀强磁场 中绕垂直于磁 场方 向的轴匀速转动时,产 生正弦式交变电流,简称正弦式电流。 1 . 正弦式电流的表达式 : 2 正弦式电流的图象 : e =n B s o c s i n ( ot c ) = s i n ( c o t )
课 时 安排 : 4 5 分钟 。 教 学过 程 : 活 动之 一 :引入 交 变 电流 的概 念 。
拓展情景 : 情景 3 : n匝线 圈在 匀强磁场 中绕垂 直于磁 场 方向的轴 匀速转动 ,求感应电动势 。 集体 完成 : 情号 4: n匝线 圈在 匀强磁场 中绕垂 直于磁 场 方向的轴 匀速转动。求感应电流,路端电压 。 总结规律 : 规律 : 线 圈在 匀强磁场 中绕垂直于磁场 方向的 轴转动时,产生正弦式。 交变电流。简称正弦式 电流。 实验演示 : 告诉学生正弦式电流只是常见的交变电流的一 种 ,还有其它的形式。 知识延伸 同时将其它某几种通过示波器显 示出来。 活动之 四 : 描述交变电流的变化规律 。 公式描 述 : 借鉴前面的推导结果,直接写 出正 弦式交变电 流的数学表 达式。 图象描 述 : l 导学生画 出感应 电动势的变化图像 ,强调画 图的规范性和条理性 。
教学方法
课程教 育研 究
《 交变电流的产生和变化 . 规律》教案
程志攀
( 黄 冈中学 湖北 黄 冈 4 3 8 0 0 0 )
【 中图分类号 】 G 6 3 3 . 7
教 学 目标 :
1 . 知 识 与技 能
・
【 文献标识码 】 A
【 文章编号 】 2 0 9 5 . 3 0 8 9( 2 0 1 6 ) 2 8 — 0 l 1 5 . O 1 学生请 一个学生上台推导,得 出结果。然后集体评价,得
人教版高中物理教案-交变电流的产生和变化规律
第五章交變電流●本章概述本章講述交變電流知識,是前面學過的電和磁的知識的發展和應用,並且與生產和生活有密切關係.本章重點內容是:交變電流的產生原理和變化規律,交變電流的性質和特點,變壓器的工作原理,交變電流的傳輸及應用.這些知識點是高考命題率較高的知識點.與直流電相比,交變電流有許多優點,交變電流可以利用升壓變壓器升高或降低電壓,便於遠距離輸送,可以驅動結構簡單運行可靠的感應電動機。
為了有利學生學習交流電的特點,更好的區分交流與直流,本章還介紹了電感和電容在交變電流中的作用,使學生瞭解感抗與容抗的有關知識.本章可分為三個單元:第一單元:第一節和第二節,講交變電流的產生和描述.第二單元:第三節,講電感和電容對交變電流的作用.第三單元:第四節和第五節,講變壓器和電能的輸送.第一節交變電流●本節教材分析為了適應學生的接受能力,教材採取從感性到理性、從定性到定量逐漸深入的方法講述這個問題.教材先用教具演示矩形線圈在勻強磁場中勻速轉動時產生交流電,以展示交流電是怎樣產生的.並強調讓學生觀察教材圖17—2所示線圈通過五個特殊位置時,電流錶指標變化的情況,分析電動勢和電流方向的變化,這樣學生就會對電動勢和電流的變化情況有個大致的瞭解.然後讓學生用右手定則獨立分析線圈中電動勢和電流的方向.這樣能充分調動學生的積極性,培養學生的觀察和分析能力.關於交變電流的變化規律,教材利用上章學過的法拉第電磁感應定律引導學生進行推導,得出感應電動勢的瞬時值和最大值的運算式,進而根據閉合電路歐姆定律和部分電路歐姆定律推出電流與電壓瞬時值與最大值的運算式.用圖表表示交流電的變化規律是一種重要的方法,這種方法直觀、形象,學生容易接受.這樣做也是為後面用圖像表示三相交流電準備條件,在電磁波的教學中還要用到圖像的方法.在介紹了交流電的週期和頻率後,可通過練習鞏固學生對交流電圖像的認識.在本節學生第一次接觸到許多新名詞,如:交流電、正弦交流電、中性面、瞬時值、最大值等.要讓學生搞清楚這些名詞的準確含義.要使學生瞭解交流電有許多種,正弦交流電是其中簡單的一種,在本章教材中常把正弦交流電簡稱交流電.要使學生明確中性面是指與磁場方向垂直的平面.中性面的特點是:線圈位於中性面時,電動勢為零;線圈通過中性面時,電動勢的方向要改變.要向學生指出,一般科技書中都用小寫字母表示瞬時值,用大寫字母並加腳標,m表示最大值.●教學目標一、知識目標1.使學生理解交變電流的產生原理,知道什麼是中性面.2.掌握交變電流的變化規律及表示方法.3.理解交變電流的瞬時值和最大值及中性面的準確含義.二、技能目標1.掌握描述物理量的三種基本方法(文字法、公式法、圖像法).2.培養學生觀察能力,空間想像能力以及將立體圖轉化為平面圖形的能力.3.培養學生運用數學知識解決物理問題的能力.三、情感態度目標培養學生理論聯繫實際的思想.●教學重點交變電流產生的物理過程的分析.●教學難點交變電流的變化規律及應用.●教學方法演示法、分析法、歸納法.●教學用具手搖單相發電機、小燈泡、示波器、多媒體教學課件、示教用大的電流錶.●課時安排1課時●教學過程一、引入新課[師]出示單相交流發電機,引導學生首先觀察它的主要構造.[演示]將手搖發電機模型與小燈泡組成閉合電路.當線框快速轉動時,觀察到什麼現象?[生]小燈泡一閃一閃的.[師]再將手搖發電機模型與示教電流錶組成閉合電路,當線框緩慢轉動(或快速擺動)時,觀察到什麼?[生]電流錶指針左右擺動.[師]線圈裡產生的是什麼樣的電流?請同學們閱讀教材後回答.[生]轉動的線圈裡產生了大小和方向都隨時間做週期性變化的交變電流.[師]現代生產和生活中大都使用交流電.交流電有許多優點,今天我們學習交流電的產生和變化規律.二、新課教學1.交變電流的產生[師]為什麼矩形線圈在勻強磁場中勻速轉動時線圈裡能產生交變電流?[生]對這個問題有濃厚的興趣,討論熱烈.[師]多媒體課件打出下圖.當abcd線圈在磁場中繞OO′軸轉動時,哪些邊切割磁感線?[生]ab與cd.[師]當ab邊向右、cd邊向左運動時,線圈中感應電流的方向如何?[生]感應電流是沿著a→b→c→d→a方向流動的.[師]當ab邊向左、cd邊向右運動時,線圈中感應電流的方向如何?[生]感應電流是沿著d→c→b→a→d方向流動的.[師]正是這兩種情況交替出現,在線圈中產生了交變電流.當線圈轉到什麼位置時,產生的感應電動勢最大?[生]線圈平面與磁感線平行時,ab 邊與cd 邊線速度方向都跟磁感線方向垂直,即兩邊都垂直切割磁感線,此時產生感應電動勢最大.[師]線圈轉到什麼位置時,產生的感應電動勢最小?[生]當線圈平面跟磁感線垂直時,ab 邊和cd 邊線速度方向都跟磁感線平行,即不切割磁感線,此時感應電動勢為零.[師]利用多媒體課件,螢幕上打出中性面概念:(1)中性面——線框平面與磁感線垂直位置.(2)線圈處於中性面位置時,穿過線圈Φ最大,但tΔΔ =0. (3)線圈越過中性面,線圈中I 感方向要改變.線圈轉一周,感應電流方向改變兩次.2.交變電流的變化規律設線圈平面從中性面開始轉動,角速度是ω.經過時間t,線圈轉過的角度是ωt,ab 邊的線速度v 的方向跟磁感線方向間的夾角也等於ωt,如右圖所示.設ab 邊長為L 1,bc 邊長L 2,磁感應強度為B ,這時ab 邊產生的感應電動勢多大? [生]e ab =BL 1vsin ωt =BL 1·22L ωsin ωt =21BL 1L 2sin ωt [師]cd 邊中產生的感應電動勢跟ab 邊中產生的感應電動勢大小相同,又是串聯在一起,此時整個線框中感應電動勢多大?[生]e =e ab +e cd =BL 1L 2ωsin ωt[師]若線圈有N 匝時,相當於N 個完全相同的電源串聯,e =NBL 1L 2ωsin ωt,令E m =NBL 1L 2ω,叫做感應電動勢的最大值,e 叫做感應電動勢的瞬時值.請同學們閱讀教材,瞭解感應電流的最大值和瞬時值.[生]根據閉合電路歐姆定律,感應電流的最大值I m =r R E m ,感應電流的瞬時值i =I m s i n ωt .[師]電路的某一段上電壓的瞬時值與最大值等於什麼?[生]根據部分電路歐姆定律,電壓的最大值U m =I m R ,電壓的瞬時值U =U m sin ωt .[師]電動勢、電流與電壓的瞬時值與時間的關係可以用正弦曲線來表示,如下圖所示:3.幾種常見的交變電波形三、小結本節課主要學習了以下幾個問題:1.矩形線圈在勻強磁場中繞垂直於磁場方向的軸勻速轉動時,線圈中產生正弦式交變電流.2.從中性面開始計時,感應電動勢瞬時值的運算式為e=NBSωs i nωt,感應電動勢的最大值為E m=NBSω.3.中性面的特點:磁通量最大為Φm,但e=0.四、作業(略)五、板書設計六、本節優化訓練設計1.一矩形線圈,繞垂直于勻強磁場並位於線圈平面內的固定軸轉動,線圈中的感應電動勢E隨時間t的變化如圖所示,則下列說法中正確的是A.t1時刻通過線圈的磁通量為零B.t2時刻通過線圈的磁通量的絕對值最大C.t3時刻通過線圈的磁通量變化率的絕對值最大D.每當電動勢E變換方向時,通過線圈的磁通量的絕對值都為最大2.一台發電機產生的按正弦規律變化的感應電動勢的最大值為311 V,線圈在磁場中轉動的角速度是100πrad/s.(1)寫出感應電動勢的瞬時值運算式.(2)若該發電機只與含電阻的負載組成閉合電路,電路中的總電阻為100 Ω,試寫出通過負載的電流強度的暫態運算式.在t =1201 s 時電流強度的瞬時值為多少?3.一個矩形線圈在勻強磁場中轉動產生交流電壓為u=2202s i n100πt V ,則A.它的頻率是50 HzB .當t =0時,線圈平面與中性面重合C.電壓的平均值是220 VD.當t =2001 s 時,電壓達到最大值 4.交流發電機工作時的電動勢的變化規律為e =E m s i n ω t ,如果轉子的轉速n 提高1倍,其他條件不變,則電動勢的變化規律將變化為A.e =E m s in 2ω tB.e =2E m s in 2ω tC.e =2E m s in 4ω tD.e =2E m s in ω t參考答案:1.D2.解析:因為電動勢的最大值E m =311 V ,角速度ω=100 π rad/s ,所以電動勢的瞬時值運算式是e =311s in 100π t V .根據歐姆定律,電路中電流強度的最大值為I m =100311 R E m A=3.11 A ,所以通過負載的電流強度的瞬時值運算式是i =3.11s in 100π t A.當t =1201 s 時,電流的瞬時值為 i =3.11s in (100π·1201)=3.11×21A=1.55 A.3.ABD4.B●備課資料1.抽水蓄能發電電被稱為現代文明的血液.一天當中的不同時段,比如生產、生活最忙碌的時候,與夜晚夜深人靜之際,對電的使用量往往相差十分懸殊.而電力又不能直接大量貯存.這就要求電網具有靈活的調節能力,在高峰時增加供電,而在低谷時又減少供電.否則電網的電壓就會與標準不符,不僅用戶無法正常用電,電網的運行安全也會受到威脅.水電、火電、核電是目前電網大規模發電的主要形式,也是電網調節的主要形式.其中水電機組開停機迅速,調節能力最強;而火電機組從開機到滿負荷工作或反之運行的時間往往需要近10個小時,跟不上網內的負荷變化,調節能力很差;而核電機組由於技術和安全方面的原因,基本上沒有調節能力.華北電網占裝機容量97%以上的是火電機組.華北屬於缺電地區,用電高峰時全部機組滿負荷運行也難以滿足用電需求,所以不得不頻繁地拉閘限電;而在低谷時電網內又有大量過剩的電能需要削減.那麼,是否可以把低谷的剩餘電量貯存起來,補充高峰時的供電不足,從而提高華北電網的調節能力呢?循著這樣的思路,1992年9月,十三陵抽水蓄能電站破土動工了.從工程結構上說,抽水蓄能電站包括兩個具有水準垂直高差的水庫,分別叫作上水庫和下水庫.十三陵抽水蓄能電站的下水庫是早已建成的十三陵水庫;上水庫建在十三陵水庫左岸蟒山後面的上寺溝內.上下水庫間的落差有480 m.上水庫的總庫容為400萬立方米.上下水庫之間的山體內建有地下廠房和附屬洞室,裝備了既可做水泵也可做水輪機運行的蓄能機組.十三陵抽水蓄能電站的地下廠房面積為4000 m2,它裝備的是4台20萬kW的水泵水輪電動發電機組.連接上下水庫和地下廠房的水道系統主要由進出水口、調壓節隧洞以及隧洞內鋪設的巨大的高壓管道組成.抽水蓄能電站是依照能量轉換原理工作的.在午夜之後的用電低谷蓄能機組做水泵運行,用電網內多餘的電能把水庫的水抽到上水庫,把電能轉換成勢能貯存起來;在用電高峰時,機組又成為發電機,由上水庫向下水庫放水,像常規水電站一樣,把水的勢能轉換成電能,返送回電網補充供電的不足.這樣,在蓄水放水,耗電發電的迴圈過程中,電站對電網負荷的高峰和低谷起到調節作用.十三陵抽水蓄能電站建成後,每年可吸收16.5億千瓦時的低谷剩餘電量,提供12億千瓦時的高峰電量.如果按1千瓦時高峰電量可創4~6元產值計算,每年可創社會產值50~70億元.更重要的是抽水蓄能電站增強了華北電網的調節能力,保證了整個電網的安全經濟運行.目前抽水蓄能發電在我國呈現出蓬勃發展的勢頭.除十三陵抽水蓄能電站外,全國還有好幾個抽水蓄能電站,有的正在興建中,有的已經投入運行.2.崛起的新能源——核電電力是國民經濟發展的命脈.目前世界電力主要由火電、水電和核電構成.火電是靠燃燒煤、石油等化石燃料獲得的.作為不可再生的自然資源,化石燃料儲量有限,而且都是重要的化工和輕紡工業原料.化石燃料的燃燒還會對環境造成很大污染,是造成“酸雨”“溫室效應”等環境問題的元兇.水電是可再生資源,而且不會污染環境,但它的限制條件較多,如水資源分佈不均,水流量的季節變化會導致發電量的變化.只有核電能夠既滿足電力需求,又不污染環境.自1954年蘇聯建成世界上第一座核電站至今,全球已有30多個國家建起了440多台機組,總裝機容量達到3億多千瓦,其中法國、美國、日本、德國、英國等經濟發達國家的核電都超過本國總發電量的20%,法國甚至達到70%以上.作為一個人口眾多的發展中國家,我國的電力工業一直在穩步發展,裝機容量和年發電量分別排世界第四位和第三位.但人均發電量排在世界第80位,僅為世界平均水準的1/3.1996年全國電力缺口在20%左右,遠遠不能滿足快速增長的國民經濟發展的需求.我國將近70%的煤炭資源分佈在華北和西北,工業發達和人口密集的東南沿海地區的煤炭和水力資源都很匱乏,國家每年都要投入鉅資進行“北煤南運”.我國初步規劃2000~2020年新增裝機容量5億千瓦.如果全部建成火電站發電用煤需要13億噸,這無論從煤的新增產量、遠距離運輸,還是從生態環境等各方面看,都存在巨大困難,可以說發展核電是中國解決能源問題的一條重要途徑.有關部門預測,21世紀將是中國核電大發展的時期.1991年中國大陸實現了核電零的突破.現在已有兩座核電站3台核電機組共210萬千瓦裝機容量,其發電量占全國發電總量的1.27%.國家“九五”計畫和2010年遠景規劃目標綱要指出:貫徹因地制宜、水火並舉,適當發展核電的方針.計畫到2010年投運的核電站總裝機容量達到2000萬千瓦左右.目前,東南沿海地區都把建造核電站作為解決當地能源問題的重要途徑,對發展核電有很高的積極性.秦山核電站和大亞灣核電站的安全穩定運行為中國的核電發展開了個好頭,已充分顯示了核電安全、清潔、經濟的優越性.“九五”期間,我國計畫建造的四座核電站八台機組共660萬千瓦,現已全面開始建造.可以說,發展核電已成為我國能源政策的一部分,作為20世紀中葉崛起的新能源,它在中國有著光明的發展前景.。
物理教案-交变电流的产生和变化规律
物理教案-交变电流的产生和变化规律一、教学目标知识目标•了解交变电流的产生原理;•掌握交变电流的变化规律;•理解交变电流的频率和周期的概念。
能力目标•能运用交变电流的产生原理解决相关问题;•能分析交变电流的变化规律,并进行实际应用。
情感目标•培养学生对物理学科的兴趣;•培养学生的实验观察能力和解决问题的能力。
二、教学重点•交变电流的产生原理;•交变电流的变化规律。
三、教学难点•理解交变电流的频率和周期的概念;•运用相关知识解决实际问题。
四、教学过程1. 导入与扩展(10分钟)•导入:学生回顾直流电流的产生原理和基本规律,并思考交变电流的产生和变化与直流电流有何不同?•扩展:引导学生思考现实生活中交变电流的应用场景,如电灯的亮灭、电扇的转速等。
2. 理论讲解(20分钟)•交变电流的产生原理:引导学生回顾电磁感应定律和法拉第电磁感应定律,解释交变电流的产生原理。
•交变电流的变化规律:讲解交变电流的正弦变化规律,引导学生理解交变电流的波形图、幅值、频率和周期的概念。
3. 实例分析(30分钟)•通过实例分析,引导学生进一步理解交变电流的变化规律。
•实例1:分析电压为正弦波的交流电路中电流的变化规律。
•实例2:分析电流为正弦波的交流电路中电压的变化规律。
4. 实验探究(40分钟)•实验1:利用示波器观察交变电流的波形图,探究交变电流的频率和周期的关系。
•实验2:改变交流电源的电压、频率和负载等条件,观察电路中电流的变化情况,进一步理解交变电流的变化规律。
5. 拓展与巩固(10分钟)•拓展:引导学生了解交变电流的其他应用领域,如交流发电、变频调速等。
•巩固:设计练习题,巩固学生对交变电流的产生和变化规律的理解。
五、教学资源•教材:物理教科书及配套参考书•实验器材:示波器、交流电源、电阻、电容器等六、教学评价•观察学生在实验中的操作情况,判断实验过程是否规范;•抽查学生对交变电流产生原理和变化规律的掌握程度,检查学生掌握情况;•评价学生对交变电流应用领域的了解能力,检查学生对教学内容的拓展。
交变电流的产生和变化规律
交变电流的产生和变化规律目标认知学习目标1.了解交变电流,理解正弦交流电的概念。
2.理解正弦交流电的产生过程及产生条件,能够利用电磁感应定律推导计算正弦交流电的瞬时值表达式。
3.从正弦交流电产生过程、变化图象及解析式三个方面的结合上去理解它的变化规律。
4.理解描述交流电的物理量:最大值、有效值、周期、频率等的意义及相应计算,尤其是有效值的意义和相关计算。
5.能够熟练地写出正弦交流电的瞬时值表达式以及从它的变化图象上读出有用信息。
6.了解电感电容对交流电的影响以及交流电、直流电作用于电感电路的不同之处;了解电感和电容在交流电路中的应用。
7.能将电磁感应的相关知识迁移到本局部容中解决问题;能理解物理学等效思想的意义。
学习重点1.对正弦交流电的产生过程和变化规律的理解。
2.理解描写交流电的物理量,能熟练地写出正弦交流电的瞬时值表达式,熟练地进展最大值与有效值的计算。
学习难点1.正弦交流电产生过程以及对中性面特点的理解。
2.有效值的意义以及应用有效值的概念进展能的转化和守恒的有关计算。
3.电感和电容对交流电影响。
知识要点梳理知识点一:直流电和交流电要点诠释:1.直流电电流的方向不随时间变化的电流或电压叫做直流电。
直流电可以分为:脉动直流电和恒定电流两种形式。
脉动直流电:电流或电压的大小随时间发生变化,但方向不发生变化,如图甲、乙所示。
恒定电流〔或恒定电压〕:电流或电压的大小和方向都不随时间发生变化,如图丙、丁。
2.交流电电路中的电流大小和方向都随时间做周期性的变化,这样的电流叫交变电流,简称交流〔AC〕。
实际应用中,交变电流有不同的变化规律,常见的有以下几种,如下图。
知识点二:正弦交流电的产生和变化规律要点诠释:1.实验装置如下图,一个线圈在匀强磁场中绕着垂直于磁场的轴匀速转动时,就会在线圈中产生正弦交流电。
注意如下几点:①线圈所在空间的磁场是匀强磁场;②线圈匀速转动;③线圈的两个端分别固定在完整的滑环L、K上,碳刷F和E各自与L、K始终相接,也就是说,每个碳刷始终和线圈的同一个端相接对外供电。
交变电流的产生及描述(教案)
第十章 交变电流 传感器陕西省府谷中学 任彦霞 课程内容标准:【2012高考导航】:1.从近几年的命题情况看,总体上难度不大,热点较为集中,主要集中在以下两个方面:一是交变电流的产生、图像和有效值问题;二是变压器、电压、功率、电流关系及远距离输电问题.2.高考对本部分知识的考查主要以选择题的形式出现,但也出现过关于交变电流的计算题.在增加应用型和能力型试题的今天,应注意本部分知识与现代科技的联系.第1单元 交变电流的产生及描述【教学目标】:1、理解交变电流的产生及其规律.2、理解描述交变电流的物理量,特别要能区分交变电流的瞬时值、最大值、有效值、平均值,知道它们在不同问题中的应用. 【教学重点】:1、交变电流的产生、规律及应用.2、描述交变电流的物理量及“四值”的比较.【教学难点】:1、交变电流的变化规律及其应用 . 2、对有效值的理解. 【教学方法】:多媒体辅助、归纳总结、讲练结合 【教学用具】:多媒体新课程标准考试说明要求(1)知道交变电流,能用函数表达式和图象描述交变电流. (2)通过实验,了解电容器和电感器对交变电流的导通和阻碍作用.(3)通过实验,探究变压器电压与匝数的关系. (4)了解从变电站到住宅的输电过程,知道远距离输电时应用高电压的道理.(5)知道非电学量转换成电学量的技术意义. (6)通过实验,知道常见传感器的工作原理. (7)列举传感器在生活和生产中的应用.交变电流 交变电流的图象Ⅰ 正弦交变电流的函数表达式,峰值和有效值 Ⅰ 理想变压器 Ⅰ 远距离输电Ⅰ 实验:传感器的简单应用【教学过程】:一、双基梳理与考点突破:【教师活动】:检查学生学案完成情况,并实物投影一位同学学案,更正个别错误. 【多媒体展示】:导练 。
【学生活动】:回答导练所列问题。
【教师活动】:根据学生回答情况,加以点评。
【学生活动】:根据上面的问题总结这个题考查了哪些知识点。
【过渡引入】:下面我们一起复习这一节所涉及知识点。
交变电流的产生和变化规律教案
交变电流的产生和变化规律教案教案:交变电流的产生和变化规律一、教学目标1.了解交变电流的概念和特点。
2.掌握交变电流的产生和变化规律。
3.能够通过实验观察和实践探究的方式理解交变电流的本质。
二、教学准备1.电源、导线、灯泡等实验器材。
2.交流电表、直流电表以及示波器等测量工具。
3.交流电路图、交流电流的变化曲线等教具。
4.实验记录表和实验报告模板。
三、教学过程1.导入(5分钟)2.交流电流的产生(15分钟)(1)简单描述交变电流的产生过程,即在闭合电路中,采用交变电源(如交流发电机)产生的电流。
(2)利用示波器观察并描述交流电流的波形,即正弦波。
3.交流电流的变化规律(30分钟)(1)通过实验演示,利用实验器材搭建交流电路,观察交流电流的变化规律。
(2)实验内容包括改变电压大小、改变电阻大小、改变频率等。
(3)引导学生观察并记录实验现象,在实验记录表中填写实验数据和实验结论。
4.交流电流的变化曲线(30分钟)(1)讲解交流电流的变化曲线的表示方法和相关概念。
(2)引导学生观察和分析交流电流的变化曲线,了解其特点和规律。
(3)通过实验或计算,绘制交流电流的变化曲线,探究其特点和规律。
5.总结归纳(10分钟)(1)总结交换电流的产生过程和变化规律。
(2)归纳交换电流的特点和应用领域。
(3)鼓励学生提出问题和讨论,激发学生对交换电流的深入思考。
四、教学资源1.交流电路图、交流电流的变化曲线等教具。
2.实验记录表和实验报告模板。
五、教学评估通过学生实验报告和课堂提问等方式进行评估。
1.评估学生对交流电流产生和变化规律的理解程度。
2.评估学生对实验现象和数据的观察和记录能力。
3.评估学生对交换电流特点和应用领域的理解。
六、拓展延伸1.建议学生独立开展更多与交流电流相关的实验,深入理解交流电流的特点和规律。
2.引导学生进一步研究交流电流的应用领域,如电力传输、电子设备等。
七、教学反思本教学设计通过理论讲解、实验演示和实践探究等方式,全面提高学生对交换电流产生和变化规律的理解和掌握程度。
交变电流的产生和变化规律
S
R=R外+r
u i R外 I m R外 sin t
即u=Umsinωt
其中为 I m R外 电流的最大值,用Im表示
图像
Im
i
i
u
Um
正弦交变电流的图象
几种交变电流的波形
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
丁:激光通信 中的尖脉冲
2、交变电流的变化规律 问题:线圈经过什么位置时,电流的方向发生变化?
a.方向变化规律:线圈平面每经过中性面一次,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。
问题:交流电的大小变化规律是怎样的?
b.大小变化规律--------电动势的瞬时值
电动势的瞬时值:
e BS sin t
e=Emsinωt
令 Em=BSω 叫电动势的最大值 则线圈中产生的电动势的瞬时值:
3、如果把线圈和电阻组成闭合电路,设整个电路的电阻 为R,则电路的感应电流的瞬时值为
e Em sin t i R R
Er
~
即i=Imsinωt
E 其中为 m 电流的最大值,用Im表示 R 感应电流按正弦规律变化的
四.交流发电机 ------将机械能转化为电能
1.基本组成: 电枢------产生感应电动势的线圈
磁极------产生磁场 2.旋转电枢式发电机: 定子------磁极 3.旋转磁极式发电机: 定子------电枢 转子------磁极 转子------电枢
我们已经学过了恒定电流.除了恒定电流,还有大小 和方向都随时间变化的电流,叫做交变电流,简称交流 这一章我们将学习交变电流
交变电流的产生和变化规律(主讲)
新知初探自学导引
一、交流发电机 1.原理:由法拉第_电__磁__感__应__定__律___可知,只要 通过闭合导体的__磁__通__量___发生变化,就可以 产生感应电动势和_感__应__电__流___. 2.构造:发电机主要由_线__圈__(电枢)和_磁__极_两部 分组成.
3.种类 旋转电枢式发电机定 转子 子: :__磁电____极枢____产生电压不 超过 500 V 旋转磁极式发电机定子:_电__枢__能产生几千
电流的分类
1: 直流电流: 方向不随时间做周期性改变的 电流
大小方向都不随时间改变的恒定电流,是直流 电的 一种
2:交变电流: 大小和方向都随时间做周期性 变化的电流(简称交流)
交变电流是怎样产生的? 由法拉第电磁感应定律可知,只要通过闭 合导体的磁通量发生变化,就可以产生感 应电动势和感应电流。要使穿过闭合导体 的磁通量发生变化,最简单的办法就是
设整个电路的电阻为R 则:
i I m sin t
u U m sin t
正弦式交流电流:电路中的电流、电压按正 弦规律变化的电流 。
正弦交变电流的图象
b
c
c
d
a
d
k
L
A
B
b
K L
A
a
B
c
b
b
a
dk
a
A
L
B
c
K L
A d
B
b
c
a
d
k
L
A
B
e
Em
o
T/4
π/2
2T/4
3T/4
π
3π/2
T
t
2π ωt
交变电流的产生和变化规律_高二物理教案.doc
有关内容,例如,如果在线框转到线框平面与磁感线平行时开始计时,它产生的电动势随时间变化的图像应是什么样的?7、交流电的有效值、周期等概念的学习重在理解.交流电的有效值概念是本章的重点,也是难点.课本中的交流电有效值定义特别强调是从使电阻产生热量等效这一方面来定义交流电的有效值的.教材中直接给出了正弦交流电流的有效值与最大值的关系式,但不要求证明,为了让学生更好地理解和熟悉有效值,课本上已经指出,交流电压表和电流表的示数都是有效值,家用电器上的标称也是有效值.交流电的周期描述交流电的变化快慢.在一个周期时间内,交流电完成一次完全变化.在实际生活中,经常能见到的是交流电的频率.我国民用交流电的频率是50HZ.在一些欧美国家,交流电的频率是60HZ.8、交流电的最大值、有效值、周期和频率都是描述交流电某一方面的特性,而交流电的图像却可以全面反映某一交流电的情况.所以,要求学生能够从交流电的图像中得到描述交流电的各个物理量.教学重点、难点分析以及解决办法1、重点:交变电流产生的物理过程的分析及中性面的特点.2、难点:交变电流产生的物理过程的分析.3、疑点:当线圈处于中性面时磁通量最大,而感应电动势为零.当线圈处于平行磁感线时,通过线圈的磁通量为零,而感应电动势最大.即,有最大值;,的理解.4、解决办法:通过对矩形线圈在匀强磁场中匀速转动一周的实物演示,立体图结合侧视图的分析、特殊位置结合任一位置分析使学生了解交变电流的大小和方向是如何变化的.通过侧视图分析线圈运动方向与磁场方向之间关系,利用导体切割磁场线方法来处理,使问题容易理解.教学设计方案交流电的产生和变化规律教学用具:交流发电机模型、演示电流表教学过程:一、知识回顾教师:如何产生感应电流?请运用电磁感应的知识,设计一个发电机模型.学生设计:让矩形线圈在匀强磁场中匀速转动.二、新课教学:1、交变电流的产生演示1:出示手摇发电机模型,并连接演示电流表.当线圈在磁场中转动时,电流表的指针随着线圈的转动而摆动,线圈每转动一周指针左右摆动一次.表明电流强度的大小和方向都做周期性的变化,这种电流叫交流电.2、交变电流的变化规律投影显示:矩形线圈在匀强磁场中匀速转动的四个过程.分析:线圈bc、da始终在平行磁感线方向转动,因而不产生感应电动势,只起导线作用.(1)线圈平面垂直于磁感线(甲图),ab、cd边此时速度方向与磁感线平行,线圈中没有感应电动势,没有感应电流.教师强调指出:这时线圈平面所处的位置叫中性面.中性面的特点:线圈平面与磁感线垂直,磁通量最大,感应电动势最小为零,感应电流为零.(2)当线圈平面逆时针转过时(乙图),即线圈平面与磁感线平行时,ab、cd边的线速度方向都跟磁感线垂直,即两边都垂直切割磁感线,这时感应电动势最大,线圈中的感应电流也最大.(3)再转过时(丙图),线圈又处于中性面位置,线圈中没有感应电动势.(4)当线圈再转过时,处于图(丁)位置,ab、cd边的瞬时速度方向,跟线圈经过图(乙)位置时的速度方向相反,产生的感应电动势方向也跟在(图乙)位置相反.(5)再转过线圈处于起始位置(戊图),与(甲)图位置相同,线圈中没有感应电动势.在场强为的匀强磁场中,矩形线圈边长为,逆时针绕中轴匀速转动,角速度为,从中性面开始计时,经过时间.线圈中的感应电动势的大小如何变化呢?线圈转动的线速度为,转过的角度为,此时ab边线速度以磁感线的夹角也等于,这时ab边中的感应电动势为:同理,cd边切割磁感线的感应电动势为:就整个线圈来看,因ab、cd边产生的感应电势方向相同,是串联,所以当线圈平面跟磁感线平行时,即,这时感应电动势最大值;.感应电动势的瞬时表达式为:可见在匀强磁场中,匀速转动的线圈中产生的感应电动势是按正弦规律变化的.即感应电动势的大小和方向是以一定的时间间隔做周期性变化.当线圈跟外电路组成闭合回路时,设整个回路的电阻为,则电路的感应电流的瞬时值为表达式.感应电流瞬时值表达式为,这种按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流.3、交流电的图像交流电的变化规律还可以用图像来表示,在直角坐标系中,横轴表示线圈平面跟中性面的夹角(或者表示线圈转动经过的时间),纵坐标表示感应电动势(感应电流).4、交流发电机(1)发电机的基本组成①用来产生感应电动势的线圈(叫电枢).②用来产生磁场的磁极.(2)发电机的基本种类①旋转电枢式发电机(电枢动磁极不动).②旋转磁极式发电机(磁极动电枢不动).无论哪种发电机,转动的部分叫转子,不动的部分叫定子.三、小结:1、交流电的产生强度和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流,简称交流.2、交流电的变化规律感应电动势的瞬时表达式为:.感应电流瞬时值表达式:.3、交流电的图像4、交流发电机(1)发电机的基本组成:①电枢.②磁极.(2)发电机的基本种类:①旋转电枢式发电机.②旋转磁极式发电机.交变电流的知识点交变电流的知识点一.交流电:大小和方向都随时间作周期性变化的电流,叫做交变电流(正弦交流电是其中一种特殊)。
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17.1交变电流的产生和变化规律教案
一、素质教育目标
(一)知识教学点
1.使学生了解交流电的产生原理;
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大值。
(二)能力训练点
1.掌握描述物理规律的基本方法——文字法、公式法、图像法;
2.培养学生观察能力、空间想象能力、立体图转化为平面图进行处理问题的能力;
3.培养学生运用数学知识解决处理物理问题的能力。
(三)德美育渗透点
1.让学生充分体会简单美;
2.培养学生爱国主义精神及为富民强国认真学习的精神。
二、重点、难点、疑点及解决办法
1.重点:交变电流产生的物理过程的分析及中性面的特点;
2.难点:交变电流产生的物理过程的分析;
3.疑点:当线圈处于中性面时磁通量最大,而感应电动势为零。
当线圈处于平行磁感线时,通过线圈的磁通量为零,而感应电动势最大。
4.解决办法
(1)通过对矩形线圈在匀强磁场中匀速转动一周的实物演示,立体图结合侧视图的分析、特殊位置结合任一位置分析使学生了解交变电流的大小和方向是如何变化的;
(2)通过侧视图分析线圈运动方向与磁场方向B之间关系,利用导体切割磁场线方法来处理,使问题容易理解。
三、课时安排:1课时
四、教具准备:手摇发电机模型、演示电流计、导线若干、教学挂图、幻灯机、投影灯片。
五、基本教学步骤:
1.引入新课
1831年法拉第发现了电磁感应现象,为人类进入电气化时代
打开了大门,今天我们使用的电灯,微波炉等家用电器的交流电
是怎样产生并且怎样送到我们的家庭中来的呢?这就是我们这章
的内容,先看第一节交流电的产生。
2.新课教学
(1)交变电流:大小和方向在不断变化的电流.
(2)分析交流电的产生过程:
(3)交变电流的规律:
sin m i I t ω= s i n m u U t ω= s i n m e E t ω
= (4)交变电流的图像:
正弦 锯齿 矩形脉冲 尖脉冲
(5)交流发电机
主要组成部分:产生感应电动势的线圈和产生磁场的磁极。
这两部分中转动的部分叫做转子,不转动的部分叫做定子。
通常发电机是电枢线圈不转动,而是磁极转动,这种发电机叫做旋磁式发电机。
说明;①这样的发电机输出的电压一般不超过500V ,电压过大会烧坏电刷和滑环;②发电机的转子是由蒸汽轮机、水轮机或其他动力机带电的。
(6)课堂练习:见课件。
3.说明:本章知识是前四章学过的电磁学知识的进一步发展和应用,跟生产和生活实际有着密切的联系。
通过教学使学生了解有关交流电的基本知识对生产技术发展的作用,体会理论对实践的指导意义,提高学生学习物理的积极性,同时巩固、加深学生对物理知识的理解,培养学生运用物理知识的能力。