人教版高中物理选修3-2第五章交变电流全单元课程同步课件

第五章交变电流

●本章概述

本章讲述交变电流知识，是前面学过的电和磁的知识的发展和应用，并且与生产和生活有密切关系.

本章重点内容是：交变电流的产生原理和变化规律，交变电流的性质和特点，变压器的工作原理，交变电流的传输及应用.这些知识点是高考命题率较高的知识点.

与直流电相比，交变电流有许多优点，交变电流可以利用升压变压器升高或降低电压，便于远距离输送，可以驱动结构简单运行可靠的感应电动机。

为了有利学生学习交流电的特点，更好的区分交流与直流，本章还介绍了电感和电容在交变电流中的作用，使学生了解感抗与容抗的有关知识.

本章可分为三个单元：

第一单元：第一节和第二节，讲交变电流的产生和描述.

第二单元：第三节，讲电感和电容对交变电流的作用.

第三单元：第四节和第五节，讲变压器和电能的输送.

第一节交变电流

●本节教材分析

为了适应学生的接受能力，教材采取从感性到理性、从定性到定量逐渐深入的方法讲述这个问题.教材先用教具演示矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时产生交流电，以展示交流电是怎样产生的.并强调让学生观察教材图17—2所示线圈通过五个特殊位置时，电流表指针变化的情况，分析电动势和电流方向的变化，这样学生就会对电动势和电流的变化情况有个大致的了解.然后让学生用右手定则独立分析线圈中电动势和电流的方向.这样能充分调动学生的积极性,培养学生的观察和分析能力.

关于交变电流的变化规律,教材利用上章学过的法拉第电磁感应定律引导学生进行推导,得出感应电动势的瞬时值和最大值的表达式,进而根据闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律推出电流与电压瞬时值与最大值的表达式.

用图表表示交流电的变化规律是一种重要的方法,这种方法直观、形象,学生容易接受.这样做也是为后面用图象表示三相交流电准备条件,在电磁波的教学中还要用到图象的方法.在介绍了交流电的周期和频率后,可通过练习巩固学生对交流电图象的认识.

在本节学生第一次接触到许多新名词,如:交流电、正弦交流电、中性面、瞬时值、最大值等.要让学生搞清楚这些名词的准确含义.要使学生了解交流电有许多种,正弦交流电是其中简单的一种,在本章教材中常把正弦交流电简称交流电.要使学生明确中性面是指与磁场方向垂直的平面.中性面的特点是:线圈位于中性面时,电动势为零;线圈通过中性面时,电动势的方向要改变.要向学生指出,一般科技书中都用小写字母表示瞬时值,用大写字母并加脚标，m 表示最大值.

●教学目标

一、知识目标

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大值及中性面的准确含义.

二、技能目标

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.

三、情感态度目标

培养学生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.

●教学方法

演示法、分析法、归纳法.

●教学用具

手摇单相发电机、小灯泡、示波器、多媒体教学课件、示教用大的电流表.

●课时安排

1课时

●教学过程

一、引入新课

［师］出示单相交流发电机，引导学生首先观察它的主要构造.

［演示］将手摇发电机模型与小灯泡组成闭合电路.当线框

快速转动时，观察到什么现象?

［生］小灯泡一闪一闪的.

［师］再将手摇发电机模型与示教电流表组成闭合电路,当线框缓慢转动(或快速摆动)时,观察到什么?

［生］电流表指针左右摆动.

［师］线圈里产生的是什么样的电流？请同学们阅读教材后回答.

［生］转动的线圈里产生了大小和方向都随时间做周期性变化的交变电流.

［师］现代生产和生活中大都使用交流电.交流电有许多优点，今天我们学习交流电的产生和变化规律.

二、新课教学

1.交变电流的产生

［师］为什么矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时线圈里能产生交变电流？

［生］对这个问题有浓厚的兴趣,讨论热烈.

［师］多媒体课件打出下图.当abcd线圈在磁场中绕OO′轴转动时,哪些边切割磁感线?

［生］ab与cd.

［师］当ab边向右、cd边向左运动时,线圈中感应电流的方向如何?

［生］感应电流是沿着a→b→c→d→a方向流动的.

［师］当ab 边向左、cd 边向右运动时,线圈中感应电流的方向如何?

［生］感应电流是沿着d →c →b →a →d 方向流动的.

［师］正是这两种情况交替出现,在线圈中产生了交变电流.当线圈转到什么位置时,产生的感应电动势最大?

［生］线圈平面与磁感线平行时,ab 边与cd 边线速度方向都跟磁感线方向垂直,即两边都垂直切割磁感线,此时产生感应电动势最大. ［师］线圈转到什么位置时,产生的感应电动势最小?

［生］当线圈平面跟磁感线垂直时,ab 边和cd 边线速度方向都跟磁感线平行,即不切割磁感线,此时感应电动势为零.

［师］利用多媒体课件,屏幕上打出中性面概念:

(1)中性面——线框平面与磁感线垂直位置.

(2)线圈处于中性面位置时,穿过线圈Φ最大,但t

ΔΔφ=0. (3)线圈越过中性面,线圈中I 感方向要改变.线圈转一周,感应电流方向改变两次.

2.交变电流的变化规律

设线圈平面从中性面开始转动,角速度是ω.经过时间t,线圈转过的角度是ωt,ab 边的线速度v 的方向跟磁感线方向间的夹角也等于ωt,如右图所示.设ab 边长为L 1,bc 边长L 2,磁感应强度为B ,这时ab 边产生的感应电动势多大?

［生］e ab =BL 1vsin ωt =BL 1·22

L ωsin ωt =2

1BL 1L 2sin ωt ［师］cd 边中产生的感应电动势跟ab 边中产生的感应电动势大小相同,又是串联在一起,此时整个线框中感应电动势多大?

［生］e =e ab +e cd =BL 1L 2ωsin ωt

［师］若线圈有N 匝时,相当于N 个完全相同的电源串联,e =NBL 1L 2ωsin ωt,令E m =NBL 1L 2ω,叫做感应电动势的最大值,e 叫做感应电动势的瞬时值.请同学们阅读教材,了解感应电流的最大值和瞬时值.

［生］根据闭合电路欧姆定律,感应电流的最大值I m =r

R E m +,感应电流的瞬时值i =I m s i n ωt . ［师］电路的某一段上电压的瞬时值与最大值等于什么?

［生］根据部分电路欧姆定律,电压的最大值U m =I m R ,电压的瞬时值U =U m sin ωt .

［师］电动势、电流与电压的瞬时值与时间的关系可以用正弦曲线来表示,如下图所示: