高中物理人教版选修3-2教案设计 5.1《交变电流》

交变电流

教学目标

1. 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峰值及中性面的准确含义．

2. 过程与方法

(1)掌握描述物理量的三种基本方法(文字法、公式法、图象法)．

(2)培养学生的观察能力、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．

3. 情感、态度与价值观

通过实验观察，激发学习兴趣，培养良好的学习习惯，体会运用数学知识解决物理问题的重要性．

教学重难点

1．交变电流产生的物理过程分析．

2．交变电流的变化规律及应用．

教学准备

手摇发电机、小灯泡、示教电流表、电压传感器(或电流传感器)、学生电源、多媒体课件等．

引入新课

【演示实验】

把两个发光颜色不同的发光二极管并联，注意使两者正负极的方向不同，然后连接到教学用发电机的两端．转动手柄，两个磁极之间的线圈转动．观察发光二极管的发光情况．提出问题：实验现象说明了什么？

思路点拨：观察到的实验现象是两个发光二极管交替发光．手摇发电机的手柄带动发电机的线圈转动，线圈在磁场中的磁通量变化情况不同，产生的感应电流的大小、方向发生变化，由于发光二极管并联在一起，但是正负极的方向不同，导致它们不会同时发光．我们把这种方向随时间做周期性变化的电流称为交变电流，简称交流．现代生产和生活中大都使用交变电流．今天我们学习交变电流的产生和变化规律．

新课教学

(一)交变电流

【自主学习】

引导学生阅读课本P31“交变电流”的内容，学习交变电流的相关知识．

1．交变电流：方向随时间周期性变化的电流叫做交变电流．

2．直流：方向不随时间变化的电流．

3．恒定电流：大小和方向都不随时间变化的电流．

4．交变电流经过电子电路的处理，也能变成直流．

【演示实验】

用示波器演示直流和交变电流随时间变化的图象．

【反馈练习】

在如图所示的几种电流随时间变化的图象中，属于直流电的是________，属于交变电流的是__________．

答案：1、23、4、5、6

(二)交变电流的产生

【课件展示】

利用多媒体课件展示交流发电机的示意图，并设置以下问题．

(1)在线圈转动过程中，哪些边会产生感应电动势？

(2)线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？

(3)当线圈转到什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置时线圈中的电流最大？

(4)大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线，从E流向F的电流记为正，反之为负．在横坐标上标出线圈到达甲、乙、丙、丁几个位置时对应的时刻．

答案点拨：

(1)在线圈转动过程中，AB和CD边切割磁感线，产生感应电动势．

(2)线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流由B向A流动；线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流由A向B流动．

(3)当线圈转到与磁场的方向垂直的位置时，线圈中没有电流；当线圈转到与磁场的方向平行时，线圈中的电流最大．

(4)

【归纳总结】

1．中性面：线框平面与磁感线垂直的位置．

2．线圈处于中性面位置时，穿过线圈的磁通量最大，但感应电流为零．

3．线圈经过中性面时，线圈中的电流方向改变，线圈转一周，感应电流方向改变两次．

【反馈练习】

矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，下列说法中正确的是()

A．在中性面时，通过线圈的磁通量最大

B ．在中性面时，感应电动势为零

C ．穿过线圈的磁通量为零时，感应电动势也为零

D ．线圈每通过中性面一次，电流方向改变一次 答案：ABD

(三)交变电流的变化规律 【课件展示】

如图所示，矩形线圈ABCD 在匀强磁场中，AB 边的长度为l ，BC 边的长度为d ，线圈的阻值为R ，以AB 边所在的直线为轴，以一定的角速度ω从该位置开始匀速转动．

问题：

(1)CD 边的线速度多大？

(2)如图所示，经过时间t ，CD 边的线速度与磁感线的夹角θ＝ωt ，线圈中的感应电流的大小和方向如何？

(3)如图所示，经过时间t ，CD 边的线速度与磁感线的夹角为θ＝ωt －π，线圈中的感应电流的大小和方向如何？

答案点拨：

(1)当线圈ABCD 以AB 边所在的直线为轴匀速转动时，CD 边的线速度v ＝ωd . (2)此时的感应电动势E ＝Blv sin θ＝Blωd sin ωt ，线圈中的感应电流I ＝E R ＝Bldωsin ωt

R ，

感应电流方向为由D 到C .

(3)此时的感应电动势E ＝Blv sin θ＝－Blωd sin ωt ，线圈中的感应电流I ＝E

R ＝－

Bldωsin ωt

R

，感应电流方向为由C 到D .

公式推导：

线圈在与中性面垂直的位置感应电动势最大E max ＝BSω.所以，线圈的感应电动势e ＝E max sin ωt .线圈中的电流为i ＝e R ＝E max

R sin ωt ＝I max sin ωt .CD 边切割磁感线为等效电源，CD

两端的电压u ＝U max sin ωt .

【课件展示】

利用多媒体展示几种常见的交变电流的波形．

【归纳总结】

1．按正弦规律变化的交变电流叫做正弦式交变电流，简称正弦式电流．

2．正弦式交变电流的变化规律：e ＝E max sin ωt ，u ＝U max sin ωt ，i ＝I max sin ωt .其中，E max 、U max 、I max 为峰值，e 、u 、i 为瞬时值．

【反馈练习】

如图所示，ab 边长为20 cm ，ad 边长为10 cm 的矩形线圈，匝数N ＝10，磁场的磁感应强度B ＝0.2 T ，线圈转速n ＝100 r/s.求：

(1)该线圈产生的感应电动势的最大值； (2)若从中性面计时，则经过1

600

s 时线圈电动势的瞬时值． 答案：(1)8π (2)43π 课堂小结

引导学生自主总结本节课的收获，然后小组内交流、补充． 板书设计

1 交变电流

一、交变电流

1.交变电流：方向随时间周期性变化的电流叫做交变电流．