人教版高中物理选修3-2《交变电流》导学案.doc

课时15 5、1 交变电流适用年级高二所需课时1教材分析 在高中阶段要求对交流电的产生、描述方法、基本规律作简要的介绍，这些知识是电磁感应的引伸，所以在教学过程中对开阔学生思路、提高能力是很有好处的。 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32图5所示线圈通过甲、乙、丙、丁四个特殊位置时，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.教学重点难点重点：1、交变电流产生的物理过程的分析.2、交变电流的变化规律的图象描述。难点：交变电流的变化规律及应用.三维目标1、知识目标（1）知道什么是交变流电。并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.（4）知道几种常见的交变电流。如正弦式交变电流、锯齿形交变电流、矩形脉冲电流。2、能力目标（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处理物理问题的能力.3、情感、态度和价值观目标 结合实际情况培养学生理论联系实际的思想.所需教学资源 （ 导学案、多媒体课件PPT）信息化资源网络资源教学支持环境黑板、电脑、多媒体评价设计采用启发式教学，围绕学习目标设计问题和例题，引导学生展开思路，帮助学生认知。达标练习用于巩固。学习活动设计（讲练结合、小组讨论、 板书演练评价）活动顺序及时间安排学生活动教师活动设计意图活动1认识交流电演示老师手摇发电机模型.第一次发电机接小灯泡.当线框缓慢转动时，小灯泡不亮；当线框快速转动时，小灯泡一闪一闪的.第二次发电机接上示教电流计，当线框缓慢转动（或快速摆动），电流计指针左右摆动.思考问题：线圈中产生的是什么样的电流？ 这种电流就是我们家里电路是的电流，它的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。如果方向不随时间变化的电流称为直流电。交流电和直流电之间可以相转换。1、 基本概念 交流电、直流电、恒定电流。交流和直流主要区别在方向是否变化。2、 交流电的产生 线圈在匀强磁场中绕垂直磁场方向的中心轴匀速转动。 活动2自主合作、探究交流，电流和时间的规律三、为什么矩形线框在匀强磁场中匀速转动，线框里能产生交变电流？思考问题： abcd线框在磁场中绕OO轴转动时，哪些边切割磁感线？线框转到什么位置，产生感应电动势最大、感应电动势最小？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.当线框平面跟磁感线垂直时，ab与cd边的速度方向跟磁力线平行，即两边不切割磁力线，此时感应电动势为0.1、 中性面(1).中性面线框平面与磁力线垂直位置.(2).线圈处于中性面位置时，穿过线圈最大，但=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I感方向改变两次.2、电动势与时间的规律探讨如果从中性面开始计时，逆时针方向匀速转动，角速度，经时间t，线圈转到图示位置，ab边与cd边的速度方向与磁场方向夹角为t，屏幕上打出线圈水平投影图，如图所示.a(b)d(c)Ba(b)d(c)Ba(b)d(c)Bd(c)a(b)Ba(b)d(c)B甲戊丁丙乙 过程分析特殊位置甲乙丙丁戊B与S的关系磁通量的大小4个过程中的变化电流方向磁通量的变化率 设ab=cd=l1 磁感应强度B，bc=ad=l2 这时eab=Bl1l2sint cd边中E感跟ab边中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 ：e=eab+ecd=Bl1l2sint1.在匀强磁场中，匀速转动线圈产生感应电动势及感应电流是按正弦规律变化的.瞬时表达式：e=Bl1l2sint=BSsintN匝线圈时，相当于N个完全相同的电源来个串联 e=NBSsint.既能表示电动势大小，又能表示电动势方向. 其中最大值Em=NBS线框和用电器构成回路i= = sint 最大值 Im=2. 屏幕上使线圈转动. 如转t=60,150,210,300时，请学生分别计算感应电动势的大小和方向？由于上面介绍的发电机的电动势按正弦规律变化，所以当负载为电灯等用电器时，负载两端的电压u、和流过的电流i，也按正弦规律变化，即 U= Umsint, i=Imsint这种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。结合数学知识，在直角坐标系中画出正弦式电流（如下图）演示用示波器显示照明电路的电压波形.分析波形曲线特点，如图所示. 分建小组，自主学习，合作交流展示自我活动3探究解疑 案例 一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电动势的最大值为311 V，线圈在磁场中转动的角速度是100rad/s.（1）写出感应电动势的瞬时值表达式.（2）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路中的总电阻为100 ，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式.在t=s时电流强度的瞬时值为多少？解析：因为电动势的最大值Em=311 V，角速度=100rad/s，所以电动势的瞬时值表达式是e=311sin100t V.根据欧姆定律，电路中电流强度的最大值为Im=3.11 A，所以通过负载的电流强度的瞬时值表达式是i=3.11sin100t A.当t=s时，电流强度的瞬时值为i=3.11sin(100)=311=1.55 A. 探究问题师生同议质疑释疑提升能力活动4反思提高1、交流与直流有许多相似之处，也有许多不同之处学习中我们特别要注意的是交流与直流的不同之处，即交流电的特殊之处这既是学习、了解交流电的关键，也是学习、研究新知识的重要方法在与已知的知识做对比中学习和掌握新知识特点的方法，是物理课学习中很有效和很常用的方法在学习交变电流之前，应帮助学生理解直流电和交流电的区别其区别的关键是电流方向是否随时间变化同时给出了恒定电流的定义大小和方向均不随时间变化 2、对于交变电流的产生，课本采取由感性到理性，由定性到定量，逐步深入的讲述方法为了有利于学生理解和掌握，教学中要尽可能用示波器或模型配合讲解教学中应注意让学生观察教材中的线圈通过4个特殊位置时电表指针的变化情况，分析电动势和电流方向的变化，使学生对线圈转动一周中电动势和电流的变化有比较清楚的了解 3、用图像表示交变电流的变化规律，是一种重要方法，它形象、直观、学生易于接受要注意在学生已有的图像知识的基础上，较好地掌握这种表述方法更要让学生知道，交变电流有许多种，正弦电流只是其中简单的一种课本中用图示的方法介绍了常见的几种，以开阔学生思路，但不要求引伸活动5达标练习与答案 基础达标1、交流发电机在工作时电动势为e= Emsint ，若将发电机的转速提高一倍，同时将电枢所围面积减少一半，其它条件不变，则电动势为（ ）A、e= Emsin（t/2） B、e= 2Emsin（t/2）C、e= Emsin2t D、e= Em/2sin2t2、如图是一个正弦交变电流的it图象，根据这一图象，该交流电的瞬时值表达式为 t/Si/A020.2-20.40.6 3、如图甲中所示，一矩形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线圈所围面积的磁通量随时间t变化的规律如图乙所示，下列论述正确的是（ ）A、t1时刻线圈中感应电动势最大；B、t2时刻导线ad的速度方向跟磁感线垂直；C、t3时刻线圈平面与中性面重合；D、t4 、t5时刻线圈中感应电流方向相同abcdOORBV4、如图所示，一交流发电机的线圈在匀强磁场中匀速转动，线圈匝数N=100，线圈电阻r=3，ab=cd=0.5m，bc=ad=0.4m，磁感应强度B=0.5T，电阻R=311，当线圈以n=300r/min的转速匀速转动时，求：感应电动势的最大值；t=0时刻，线圈在图示位置，写出此交变电流电动势的瞬时值表达式； 答案1答案：C2答案：i=5sin(5t)3答案：B C4答案：(1)100V (2)e=100cos(1