教学设计案例：交变电流的产生.doc

交变电流是怎样产生的教学设计方案选用的教材：高中物理山东科学技术出版社选修3-2，高二年级第三章交变电流第二节“交变电流是怎样产生的”。新课标要求（一）知识与技能1使学生理解交变电流的产生原理。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）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点：1、中性面的特点；2、正弦交变电流的产生原理；3、正弦交变电流的变化规律、图象和三角函数表达式。教学难点：1、正弦交变电流的产生原理；2、正弦交变电流的变化规律、图象和三角函数表达式。教学方法演示法、分析法、归纳法。教学工具手摇发电机、小灯泡、示教用的大电流计、多媒体教学过程（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。多媒体演示发电机的构造及工作原理：构造：由转子、定子、端盖和轴承等部件构成；定子由定子铁芯、线包绕组、机座以及固定这些部分的其他结构件组成。 转子由转子铁芯(或磁极、磁扼)绕组、护环、中心环、滑环、风扇及转轴等部件组成；旋转电枢式发电机：电枢转动，磁极不动的发电机；旋转磁极式发电机：磁极转动，电枢不动的发电机；工作原理：由轴承及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流，因而交流发电机的工作原理是：线圈做切割磁感线从而产生感应电动势。演示：手摇发电机模型，观察小灯泡。当线框快速转动时，观察到什么现象?生：小灯泡亮起来了。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：线圈里产生的电流有什么特点？生：线圈里产生的电流大小和方向会变化。师：这种大小和方向都随时间做周期性变化电流，叫做交变电流。我们生活中大都使用交变流电。交变电流有许多优点，今天我们学习交变电流的产生和变化规律。板书课题交变电流（二）进行新课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：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abcda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dcbad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：a、概念：平面线圈垂直于磁感线时，平面线圈所处的位置即为中性面；b、特点：通过线圈的磁通量最大，线圈各边都不切割磁感线，感应电动势为0；c、从分析演示实验二可得：线圈每次经过中性面电流计指针偏转方向改变一交，即：线圈每次经过中性面电流方向改变一次；因而线圈转动一周，线圈中的电流改变两次；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。经过时间t，线圈转过的角度是t，ab边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于t，如右图所示。设ab边长为L1，bc边长L2，磁感应强度为B，这时ab边产生的感应电动势多大?生：eab=BL1vsint = BL1sint =BL1L2sint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=eab+ecd=BL1L2sint师：若线圈有N匝时，相当于N个完全相同的电源串联，e=NBL1L2sint，令Em=NBL1L2，叫做感应电动势的峰值，e叫做感应电动势的瞬时值。请同学们阅读教材，了解感应电流的峰值和瞬时值。生：根据闭合电路欧姆定律，感应电流的最大值Im=，感应电流的瞬时值i=Imsint。师：电路的某一段上电压的瞬时值与峰值等于什么?生：根据部分电路欧姆定律，电压的最大值Um=ImR，电压的瞬时值U=Umsint。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：eOt正弦交流电电动势随时间变化规律图象TiOt正弦交流电电流随时间变化规律图象TuOt正弦交流电流过电阻R时，电阻两端电压随时间变化规律图象T3几种常见的交变电波形D、示波器中的锯齿波扫描电压B、电子计算机中的矩形脉冲电压A、家庭电路中的正弦交变电流itC、激光通信中的尖脉冲电压it（三）课堂总结、点评本节课主要学习了以下几个问题：1矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生正弦式交变电流。2从中性面开始计时，感应电动势瞬时值的表达式为e=NBSsint，感应电动势的最大值为Em=NBS。3中性面的特点：磁通量最大为m，但e=0。（四）实例探究交变电流的图象、交变电流的产生过程【例1】一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示。下面说法中正确的是 （ ）At1时刻通过线圈的磁通量为零Bt2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大Ct3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大D每当e转换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大解析：t1、t3时刻线圈中的感应电动势e=0，即为线圈经过中性面的时刻，此时线圈的磁通量为最大，但磁通量的变化率却为零，所以选项A、C不正确。t2时刻e=-Em，线圈平面转至与磁感线平行，此时通过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率却最大，故B也不正确。每当e变换方向时，也就是线圈通过中性面的时刻，通过线圈的磁通量的绝对值为最大，故D正确。答案：D。点评：磁通量、磁通量的变化 及磁通量的变化率属于有关联但内涵完全不同的三个物理量，必须注意区分。另外，由法拉第电磁感应定律可知E，E与和没有直接的对应关系。交变电流的变化规律【例2】在匀强磁场中有一矩形线圈，从中性面开始绕垂直于磁感线的轴以角速度匀速转动时，产生的交变电动势可以表示为e=Emsint。现在把线圈的转速增为原来的2倍，试分析并写出现在的交变电动势的峰值、交变电动势的瞬时值表达式，画出与其相对应的交变电动势随时间变化的图象。解析：当线圈的转速增为2倍时，角速度变为两倍，即=2，据交变电动势的峰值表达式Em=BS，因B、S不变，此时最大值 Em=BS2=2Em。现在的交变电动势的瞬时值表达式为：e=Emsint=2Emsin2t该交变电动势随时间变化的图象如图所示。 点评：图象能应用数学方法表示物理量之间函数关系，要画出交变电动势随时间变化的图象，需要依据一个正确的交变电动势随时间变化的数学表达式，要写出正确的交变电动势瞬时值表达式，需要知道交变电动势的最大值和角速度，而这两个量都与给出的“改变转速”这一条件是相关的。课余作业1、课下阅读“拓展一步”2、书面完成P55“作业”第3、4、5题；教学设计理念：学生在高中对物理的学习内容应当是现实的，有意义的，富有挑战性的