高中物理：5.1《交变电流》教案（新人教选修3-2）

用心 爱心 专心 教学课题 交变电流教学课题 交变电流 一 教学目标一 教学目标 知识和技能知识和技能 1 知道正弦交流电是矩形线框在匀强磁场中匀速转动产生的 知道中性面 的概念 2 掌握交变电流的变化规律及表示方法 理解描述正弦交流电的物理量的 物理含义 3 理解正弦交流电的图像 能从图像中读出所需要的物理量 4 理解交变电流的瞬时值和最大值 能正确表达出正弦交流电的最大值 有效值 瞬时值 5 理解交流电的有效值的概念 能用有效值做有关交流电功率的计算 过程和方法过程和方法 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 情感 态度 价值观情感 态度 价值观 培养学生爱国主义精神及为富民强国认真学习的精神 二 教学重点 难点二 教学重点 难点 重点 重点 交变电流产生的物理过程的分析及中性面的特点 难点 难点 交变电流产生的物理过程的分析 三 教学仪器三 教学仪器 交流发电机模型 演示电流表 四 教学方法四 教学方法 讲授 演示 探究 五 教学过程五 教学过程 引入引入 复习提问 感应电动势的大小 基本式 t n 导出式 BlV 感应电动势的方向 基本规律 楞次定律 导出规律 右手定则 口诀 力左电右 教师演示 交变电流产生的实验 模型发电机产生的电流 大小和方向在不断 的变化 这种电流叫做交变电流交变电流 新课新课 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 用心 爱心 专心 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 教师教师强调指出 这时线圈平面所处 的位置叫中性面中性面 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 90 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 90 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 90 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 90 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 l 1 l2 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 t 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 t 此时ab边线速度 以磁感线的 夹角也等于 t 这时ab边中的感应电动势为 E Bl1l2 2 sin t 同理 cd边切割磁感线的感应电动势为 E Bl1l2 2 sin t 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 Em BS 感应电动势的瞬时表达式为 e BS sin t 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 规律 tSin m tSinIi m 其中 nBS m Rr I m m 用心 爱心 专心 4 交流发电机 1 发电机的基本组成 用来产生感应电动势的线圈 叫电枢 用来产生磁场的磁极 2 发电机的基本种类 旋转电枢式发电机 电枢动磁极不动 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 例题与练习例题与练习 例例 1 1 如图所示各图线中表示交变电流的是 误解误解 选 A B C D 正确解答正确解答 选 B C D 错因分析与解题指导错因分析与解题指导 大小 方向随时间作周期性变化的电流为交变电 流 误解 选有 A 然而 A 中电流大小虽周期性变化 但方向不变 是 直流电流而不是交变电流 例例 2 2 一线圈中产生的正弦交变电流按 i 10sin314tA 变化 求出当线圈从中 性面起转过 30 60 90 120 所需时间及对应的电流值 分析分析 通过跟正弦交变电流的标准式比较 直接代入计算 解答解答 线圈从中性面开始转动产生的正弦交变电流的标准式是 i Imsin t 式中 t 表示线圈平面对中性面的夹角 单位是 rad 当线圈平面转过的角度 1 30 时 由 得经历的时间和对应的电流值分别为 同理 当 2 60 时 得 用心 爱心 专心 当 3 90 时 得 当 4 120 时 得 说明说明 用公式 i Imsin t 算出的是线圈在转动过程中某位置或某个时刻的电 流值 所以它是一个瞬时值表达式 例例 3 3 在匀强磁场中的矩形线圈从中性面开始匀速转动 穿过线圈平面的磁通 量与时间 t 的图象是 分析分析 设匀强磁场的磁感强度为 B 矩形线圈 abcd 的面积为 S 如图 2 所示 从中性面位置开始逆时针方向匀速转动 设经时间 t 转过的角度 t 转到位 置 a1d1 画出它的正视图如图 3 所示 积 可知 在时刻 t 通过线圈平面的磁通量为 答答 C 说明说明 磁通量是标量 磁通量的正 负表示它穿过平面的方向 根据图 3 得 出的上述表达式 是规定从左向右穿过平面左侧面 用实线表示 的方向为 用心 爱心 专心 正 当转过 90 后 磁感线将从平面的右侧面 用虚线表示 穿过 磁通量 为负 线圈转动时 穿过线圈的磁通量 线圈中产生的感应电动势随时间变化的对照关 系 如图 4 所示 练习1 一矩形线圈在匀强磁场中转动 当线圈平面跟中性面重合的瞬 间 下列说法正确的是 A 电流方向改变 B 磁通量为零 C 圈中磁通量的变化率最大 D 线圈没有边切割磁感线 2 如图所示 线圈 abcd 绕 ab 和 cd 的中点的连线 OO 转动 OO 与匀强磁场垂直 线圈的 单位长度的电阻值为定值 为了使线圈中电流值增为原来的 2 倍 可采用的办法有 A 使线圈绕 cd 边转动 B 使线圈的面积增为原来的 2 倍 C 使磁感强度和转速增加为原来的 2 倍 D 使磁感强度减为原来的 1 2 转速增为原来的 4 倍 小结小结 1 交流电的产生 强度