《三相正弦交流电路》教(学)案

第一节交流电的产生一、教材分析1、教材的地位和作用本节课容节选自高等教育出版的全国中等职业学校规划教材《电工基础》第七章第一节，前一章主要讲了电磁感应。

在此基础上，本章学习正弦交流电路，而本节是讲解交流电的产生。

因此，本节容既是前章的总结，又是后面学习三相交流电路、对称三相交流电路中电压、电流和功率的计算方法的基础。

2、教学目标（1）、知识目标a、了解交流电动势的产生。

b、理解正弦交流电的特征。

c、了解交流电的波形图。

（2）、能力目标a、培养学生观察能力、实验能力，思维能力。

b、培养学生运用所学知识解决实际问题的能力。

（3）、德育目标a、培养学生勤于动脑、大胆实践、勇于探索的良好习惯。

b、指导学生树立辩证唯物主义世界观。

3、教学重点、难点重点：（1）、交流电产生的物理过程．使同学了解线圈在磁场中旋转一周的时间，电流的大小及方向是怎样变化的。

难点：（1）、分析交流电的大小及方向时，线圈运动方向(v)与磁感强度B．之间的角度关系。

二、教法设计1、重视问题情景的创设教师在导入、讲授新课时，注重创设一定的物理情景，以便于激发学生的学习兴趣，启发学生思考。

2、坚持以学生为中心（1）、在得出交流电的波形图的教学过程中,我采用学生分组“引导探究性推理”的教学方法。

（2）、给学生提供多种机会应用他们所学的知识。

3、采用多种教学形式在教学中，教师采用视频播放、课件展示及学生分组“引导探究性推理”（利用多媒体教具学具）等教学方式，激发学生的兴趣，并利用多媒体辅助分析演示实验及学生分组“引导探究性推理”，使学生获得更多的理性认识。

三、学法指导1、强调“协作性学习”学生在教师的组织和引导下，分组进行实验操作，通过观察、讨论、交流、协商、辩论等多种形式，来促进学生认知结构的“稳定性”、“清晰性”和“可利用性”。

2、强调“引导探究性学习”学生在教师的引导下，通过动手实验、动脑分析，总结出楞次定律，化“验证”为“探索”，使学生有了单独获取知识的能力。

四、教学过程1、创设情景，导入新课英国物理学家法拉第历经十年的潜心实验、研究，终于实现他的伟大梦想：“转磁为电”。

多媒体视频播放。

无论是各种形式的发电，还是磁悬浮列车等高科技产品的使用，都是法拉第电磁感应现象的重要应用。

他的这一伟大发现，极解放了生产力，推动了人类社会的飞速发展。

那么,在发电厂里的电到底怎么产生呢?我们在使用的电到底是怎么样的呢?现在我们一起来研究一下，教师利用实验器具展示给学生们创设物理情景一:磁场中线圈abcd，在U型磁铁中缓缓转动。

并向学生提出问题：闭合回路中有感应电流产生吗？特征如何？学生通过观察、分析,回答出：闭合回路中有感应电流的产生，感应电流的方向可以利用右手定则判定得出。

教师继续利用课件展示向学生创设物理情景二:闭合圆形线圈转速加快。

接着，教师继续提出：线圈中的感应电流有什么特征吗？学生同样经过观察、分析,回答出：线圈中的感应电流会快速的来回。

这时，教师设疑并引入新课：这个来回摆动的电流到底是什么呢？这节课我们就一起来摸索一个电流，来觉察一个电流的特征——交流电（板书课题）。

2、科学猜想，设计实验首先立疑设问，提出有启发性、耐人寻味的疑难问题:如何设计发电机实验模型。

依照认知规律顺序，从感性到理性，先用演示开路，引人新课，并留下悬念:为什么手摇发电机上安的小灯泡是一闪一闪的?这不仅能激发学生学习兴趣，还可调动学生主动探索的积极性。

教师提出：如果你是世界上第一个研究线圈在磁场中旋转产生的感应电流人，猜想一下，这个感应电流会有哪些特征？学生：在教师的引导下猜测、讨论、交流、辩论。

教师：根据学生猜测结果，归纳、总结出：这个感应电流的大小在一定围波动,波动的快慢与线圈转速的快慢有关。

教师：那交流电是什么样子的呢？用示波器看正弦交流波形、锯齿波形及方波波形。

指出：这些都属交流电。

对比提问：这是不是交流电？告诉同学这是脉动直流．电流的强弱虽然变化，但方向没变。

板书：“强度和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交流电”．提出问题：这种交变电流是怎样产生的呢？3、利用多媒体，探究电流的产生（1）、首先对图做一些说明．①线圈所在磁场为匀强磁场。

由磁铁产生的。

②设线圈为矩形线圈。

线圈abcd 为图中线圈水平放置时的图景，线圈平面与磁感线垂直．图1中abcd 所在位置为中性面。

规定t=0的时刻为图中线圈所在的位置为起始时刻，即由中性面开始，逆时针方向转动。

ad bc现在再注意观察线圈转动时线圈中的电流特性。

1）首先观察线圈中电流方向，从这个位置（中性面）开始转动，注意观察线圈ab边、cd边及电路中的电流方向有什么特点？（注：观察到线圈中电流方向是变化的，这是计算机模拟的优点，任何实验都做不到这点。

这是交流电特性之一，一定要使学生观察到）再注意观察：线圈从什么位置开始改变电流方向？这个位置非常重要，常用它作为线圈位置的参照位置，给它起个名叫“中性面”，打开“中性面”。

（注：这也只有计算机模拟才能实现。

）2）现在请观察电流强度。

注意观察电流表指针位置有什么特点？（应观察到指针位置是在不断变化的。

）这个特点反映了什么？（这个特点反映了交流电的第二个特性：交流电流的强度也是在不断变化的，要使学生观察到）。

再观察电流强度与线圈位置的关系：现在先观察线圈在什么位置电流最小？在什么位置电流最大？（要求学生观察到在中性面时电流最小，与中性面垂直时电流最大）。

在结合挂图及课本中插图引导学生总结规律。

总结：交流发电机产生的是交变电流，电流强度与电流方向都是随时间做周期性变化的。

思考：当线圈在磁场中旋转一周时，交流电方向改变几次？电流强度改变几次？角速度是ω，单位是rad/s。

经过时间t后，线圈转过的角度是ωt。

这时候ab边在速度方向与磁感线方向间的夹角也等于ωt。

设ab边长为l，磁场的磁感应强度是B，那么ab边中的感应电动势为：Blvsinωt，cd边的感应电动势跟ab边中的大小相同，又是串联一起，所以，这一瞬间整个线圈的感应电动势：e=2Blvsinωt当线圈平面转到与磁感线平行的位置时，ab边和cd边的线速度方向和磁感线垂直，即ab边和cd边都垂直切割磁感线，由于ωt=π/2，sinωt=1。

所以，这时的感应电动势最大。

用E m 表示，E m =2Blve= E m sin ωt用R 表示整个闭和电路的电阻，用i 表示电路中的感应电流，i=R e =R E m sin ωt 式中，RE m 是电流的最大值，用I m 表示，则瞬间电流值： i=I m sin ωt外电路上的电压同样也按照正弦规律变化的。

u=U m sin ωtu 为瞬间电压，U m 为最大电压。

假如不是从线圈平面跟中性面重合的时刻开始计时，而是从线圈平面与中性面有一个夹角φ0开始计时，那么经过t 时间后线圈平面和中性面间的角度是ωt+φ0。

那么，感应电动势的公式就变成i=I m sin （ωt+φ0）u=U m sin （ωt+φ0）4、利用多媒体，探究电流变化规律从上面的观察知道，交流电的电流强度与产生交流电的线圈位置有关。

那么电流强度与线圈位置之间有什么关系呢？首先我们用仪器――示波器来观察一下交流电是怎样变化的。

（注：接好电路进行观察）请注意观察屏幕上的图像。

这是在这个仪器过交流电时得到的一条图线。

它的形状反映了交流电的变化情况。

请思考这是一条什么图线？这是一条正弦函数曲线。

即这种交流电是按正弦规律变化的。

所以这种交流电叫正弦交流电。

为什么这种交流电是按正弦规律变化的？我们仍通过观察模拟实验来认识这种交流电的变化规律。

（注：只有通过计算机的模拟演示才能观察到，这又说明这种模拟演示中的现象是任何实验无法替代的）打开“图像”进行观察。

如图４。

注意观察：图中直角坐标的横轴代表什么？纵轴代表什么？线圈此刻在什么位置？进行演示，并观察思考：线圈位置与电流变化之间有什么关系？当线圈停在如图5所示的某位置时此时线圈中的电流是多大？请思考：这种交流电的变化规律怎样用数学公式表示？为此，我们将它改成平面图来研究，见图6。

请注意观察：（１）磁极间的磁场是一种什么磁场？线圈在转动过程中那段导线切割磁感线而能产生感应电流的？（２）线圈a 边的运动速度是什么？切割速度是什么？（３）线圈位置如何表示？（４）如果线圈以 做匀速圆周运动，线圈位置用角 表示，当 随时间t 变化时， 与 是什么关系？＝ωt（５）线圈a 边中产生的感应电动势是什么？（６）线圈中的感应电动势是什么？写出电动势公式。

e=Em Sinωt，其中Em=2BLV=2BL L /2ω=BωS（７）闭合电路中的感应电流是什么？写出电流公式。

i=Im Sinωt 其中Im ＝2BLV ／Ｒ=2BL L /2ωＲ=BωSＲ5、延伸知识发电机的基本组成部分是磁极和线圈(线圈匝数很多，嵌在硅钢片制成的铁心上，通常叫电枢)。

电枢转动、而磁极不动的发电机，叫做旋转电枢式发电机。

磁极转动、而电枢不动，线圈依然切割磁感线，电枢中同样会产生感应电动势，这种发电机叫做旋转磁极式发电机。

不论哪种发电机，转动的部分都叫转子，不动的部分都叫定子。

旋转电枢式发电机，转子产生的电流必须经过裸露着的滑环和电刷引到外电路，如果电压很高，就容易发生火花放电，有可能烧毁电机。

这种发电机提供的电压一般不超过500 V 。

旋转磁极式发电机克服了上述缺点，能够提供几千伏到几十千伏的电压，输出功率可达几十万千瓦。

所以，大型发电机都是旋转磁极式的。

发电机的转子是由蒸汽机、水轮机或其他动力机带动的。

动力机将机械能传递给发电机，发电机把机械能转化为电能传送给外电路。

6、教学总结1、电流强度与电流方向都是随时间做周期性变化的。

2、 交流电的图象是一条正弦函数曲线。

附：板书设计1．产生原理 线框在匀强磁场中匀速转动2．过程分析 甲S ⊥B Φmax ＝BS εmin=0 中性面乙S ∥B Φmin=0 εm=2Blv=B ωS 电流方向a →b →c →di ωt O I m甲→乙与中性面夹角ωtΦ= BSεωt e＝εmsinωt电流方向a→b→c→d εmsinωt3．规律公式e＝εωmsinωt i＝εm/R sinωt教学后记交流电的产生和变化规律是“交流电”这章的重点，又是电磁感应、楞次定律、左右手定则等知识的进一步具体应用。

理论分析是教学难点，而紧密联系实际又是它的特点。

怎样在教学中突出特点，强调重点，分散难点是教案设计成败的关键。

引导学生观察教学挂图中线框五个特殊位置及电流计指针变化情况，并对照手摇发电机实物位置，结合课件讲解使学生实现从平面到立体，从理论到实践的转化。

教材上插图还展现了表示交流电变化规律的一个重要方法——图象法。

这对理解交流电变化规律的难点，起到了铺路、架桥作用。