鲁科版选修(3-2)第一节《交变电流的特点》教案

1、最新鲁科版选修(3-2)第一节交变电流的特点教案年级高一学科物理5 / 10（一）导入新课周次教学时间年 月日教者王昌辉课题|第四节：变压器课型新课课时1课时累计课时2课时教学目的（识记、理解、应 用分析、综合创 见、思想、方法）1、知识与技能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2、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 3、情感态度和价值观1 .使学生体会到能量守恒定律是普遍适用的.2

2、.培养学生实事求是的科学态度.教学重点及难点教学重点：变压器工作原理教学难点：变压器是如何将原线圈的电能传输给副线圈的教学方法讨论法、探究法、试验法、练习法教学用具可拆变压器、灯泡、教学电源、万用电表、导线等重点难点解决办法：2t10教后案见尾贞复习提问：法拉第电磁感应定律的内容是什么?学生活动 电路中感应电动势大小跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比，情况将启发引导：一个矩形闭合线框在磁场中绕垂直于磁场方向的轴转动 如何？如图 3-10-1 :图 3-10-1线框边长ab=dc=Liad=bc=L2oo'为过ad、bc中点的轴.从图示位置开始计时，经过时间t,线圈转过角度9 =cot

3、,ttB ab和de边产生感应电动势，缘=BL】n =BL1,3 sin e - -格比=BLm=BL厚sing线圈产生总电动势 e= 8ab+8dc=BLiL2sin cot记彳e=Emsint设线图总电阻为R,线圈中感应电流i=sm3 t Jx记彳i=I msin co te和i随t按正弦规律变化.（二）讲授新课【投影】问题四： 猜想在线圈中产生的感应电流的大小、方向是确定的吗？若不是，应该是什么样的？【学生回答】 不是，可能是周期性变化的【过渡】究竟同学的猜想是否正确呢，下面我们用矩形线圈在磁场中旋转来验证这一猜想。【演示一】将线圈和电流表串联起来，转动线圈，为了便于观察，将线圈半圈半圈

4、地转，注意观察现象，进行总结。【总结】现象：电流表的指针时而向左，时而向右摆动。说明电流的特点： 电流大小、方向都要发生变化 。【演示二】线圈转动一周，指针左右才g动一次，线圈转动两周，指针左右摆动两次。【总结】说明在连续转动线圈的过程中，通过电流计的电流周期性变化。【讲解】我们把这种大小、方向都随时间作周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流电。交变电流在我们的日常生活、工作中起着重要的作用。那么矩形线圈在匀强磁场中转 动为什么可以产生交变电流呢？这就是我们本节课所要研究的第一个问题一一交变电流的 产生。【板书】第一节交变电流【投影】【讲解】此图是分流发电机的示意图，为即于观察，图3只画了一匝

5、线圈，它的ab边连在 金属毛t环K上,cd边连在滑环L上；两个燃乐通过金属片彳的电刷 A B和外电路相连，将 线圈中产生的电流引到外电路 ，让线圈沿逆时针方向转动，在线圈逆时针匀速转动过程中 ，哪 些边在切割磁感线?【学生回答】 在线圈逆时针匀速转动过程中，ab边和cd边在切割磁感线【讲解】 正确。ab边和cd边在匀强磁场中做匀速圆周运动 ，切割磁感线，在线圈中产生感应电动势，在电路中就产生感应电流。为了更加直观地说明问题，我们将立体图转化为平面图来分析，如图4所示。【讲解】甲： 线圈平面和磁感线垂直, 线圈中通过的磁通量最大 ；但此时 导线 ab 边和 cd 边的速度方向和磁感线平行, 电路

6、中没有感应电流。乙： 线圈平面和磁感线平行, 线圈中通过的磁通量为零； 但此时 导线 ab 边和 cd 边的速度方向和磁感线垂直，电路中有感应电流，且最大。据右手定则，感应电流的方向为 a-b f cr d o丙：线圈平面又和磁感线垂直, 线圈中通过的磁通量最大；此时导线 ab 边和cd 边的速度方向和磁感线平行, 电路中没有感应电流。丁：线圈平面又和磁感线平行, 线圈中通过的磁通量为零；此时导线 ab 边和cd 边的速度方向和磁感线垂直，电路中有感应电流，且最大。据右手定则，感应电流的方向为 d-cbfa。同甲【说明】 甲图由老师带领大家一起仔细分析, 乙图单独找一名学生具体分析 , 丙图老

7、师一带而过 , 丁图学生略析, 得到一个周期的变化。【讲解】 把交变电流完成一次周期性变化所需的时间 , 叫做交变电流的周期 , 用 T 来表示。线圈在不断地转动, 电路中电流的方向也就不断地改变, 交变电流就这样产生了。线圈每转一周 , 电流方向改变两次, 电流方向改变的时刻也就是线圈中无电流的时刻（或者说是磁通量最大的时刻） 。由于线圈转一周的过程中 , 线圈中的磁通量有两次达到最大 , 故电流的方向在线圈转动一周的过程中改变两次, 我们把线圈平面垂直于磁感线时的位置叫做中性面。【小结】当线圈通过中性面时，磁通量。最大，无感应电流；当线圈平面与磁场平行时，磁通量（f）=0,感应电流最大；线

8、圈通过中性面时电流改变方向 , 转动一周电流改变两次。【过渡】 知道了为什么矩形线圈在匀强磁场中转动可以产生交流电之后, 你会自己设计一台发电机吗？（请同学设计发言）【学生1 回答】让闭合线圈在匀强磁场中匀速转动, 即可产生交变电流【学生2 回答】让导体棒在匀强磁场中做往复振动, 也可产生交变电流【老师点评】两位同学的设计原理都是正确的 , 但第二种设计不易控制 , 因此发电机一般采用第一种方式, 下面给大家演示一下手摇发电机。【演示手摇发电机】 将手摇发电机与电流表串联起来, 摇动手柄 , 分别在快速摇动和慢速摇动时 , 让学生注意观察小灯泡和电流表的变化情况。【提问】 你看到小灯泡的发光有

9、什么特点 , 电流表的示数是怎样的 , 与摇动的快慢是否有关？【学生回答】 小灯泡一闪一闪的 , 电流表的指针左右摆动, 快速摇动时, 灯泡较亮 , 指针摆动较大；反之 , 慢速摇动时, 灯泡较暗 , 指针摆动较小。【追问】这些现象说明什么？【学生回答】 小灯泡一闪一闪的 , 电流表的指针左右摆动, 说明手摇发电机产生的感应电流的方向在发生周期性的变化 , 摇动的快慢会影响小灯泡的亮暗, 说明感应电动势的大小与转、士速有关。【过渡】 那么感应电动势的大小到底由什么来决定呢？下面我们就定量来分析一下线框在转动一周的过程中 , 感应电动势大小随时间的变化关系。这就是我们所要研究的第二个问题交变电流

10、的图象和变化规律。【板书】二、交变电流的图象和变化规律 【投影】如图5所示VCOSco t【提问】设线框平面从中性面开始转动图5 ,角B是3 ,经时间t,线圈转过的角度是 3 t ,ab 边线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于 cot。设ab边长度为L,磁感应弓虽度为B,那 么ab边中的感应电动势应怎样表示？【学生回答】eab=BLVsin w t【追问】cd边中的感应电动势多大？【学生回答】ecd=BLVsin w t【追问】那么这一瞬间整个线圈中的感应电动势多大？【学生回答】 由于cd边中的感应电动势跟 ab边中的感应电动势大小相等 ，而且两边又是 串联的，所以，这一瞬间整个 线圈中的

11、感应电动势 e=2BLVsin « t【老师点评】回答得很好，而且思路很清晰，表达很准确。如果令Em是电动势能达到的最大值 ，即E=2BLV,那么这一瞬间整个线圈中的感应电动势就可以写为e=Emsin co t。此式说明e随时间而变化，电动势的瞬时值按正弦规律变化。在只有电阻白电路中，适用于直流电路的欧姆定律也适用于交流电路，因此线圈中的e Ee .感应电流的瞬时值按正弦规律变化=-msin t = I msin tRRm这时，电路的某一段上的电压的瞬时值同样按正弦规律变化u=Usin 3 t【总结】线框在匀强磁场中匀速转动一周的过程中，线框中的感应电动势和感应电流均按正弦规律变化，

12、故称正弦交流电。e=Esin 3 ti=I nsin w tu=Usin cot （t=0时，线框处于中性面）其中e、i、u我们称为瞬时值，Em、Im、U我们称为最大值。【板书】（略）【过渡】 我们知道用图象可以形象、直观的表示物理量随时间的变化关系，那么，如何 用图象表示交变电流的变化规律呢?【讲解】用横坐标表示时间，用纵坐标分别表示电动势、电流和电压。从中性面开始计时，分别画出感应电动势、感应电流和电压随时间的变化关系图象，可以和力一t图作以比较。【投影】如图6所示请同学在黑板上画出相应的 4 t图。【板书】（略）【学生讲解】当t=0时，线圈中通过的磁通量最大，电路中的感应电动势为零；经过

13、 T,4即t= T时，线圈中通过的磁通量为零,电路中的感应电动势最大；又经过 T ,即t= T时，线442圈中通过的磁通量最大,电路中的感应电动势为零；再经过T,即t= 3T时，线圈中通过的44磁通量为零,电路中的感应电动势达到反向最大；再经过 T ,即t= T时，线圈中通过的磁通4量再次达到最大，电路中的感应电动势又为零，此时完成了一次周期性变化。【教师点评】 根据描点法，由e-t图我们就可以相应地画出 。一t图。如果e-t图是 一个正弦曲线，我们就可以得到。一t图一定是一个余弦曲线。对比两个图象，根据e = N ，所以对于。一t图来讲,某点斜率的大小就表示了该点感应电动势的大小。通t过图象

14、我们更深刻地理解了为什么当线圈中通过的磁通量为零时，电路中的感应电动势最大；而当线圈中通过的磁通量最大时，电路中的感应电动势为零。【过渡】正像简谐运动是一种最简单又最基本的振动一样，正弦交变电流是一种最简单又最基本的交变电流。家庭电路的交变电流就是正弦交变电流。下面我们就通过示波器看一下家庭电路的交变电流。【演示】用示波器演示家庭电路的交变电流波形【过渡】实际中应用的交变电流，不只限于正弦交变电流，它们随时间变化的规律是各 种各样的。图7表示出几种交变电流的波形。9 / 10【投影】如图7所示甲：家庭电路中的正弦乙：示波器中的锯齿波丙：电子计算机中的矩丁：激光通信中的尖交变电流扫描电压形脉冲脉

15、冲【过渡】我们知道了交变电流的产生和变化规律图7,下面就一起了解一下交变电流在实际 中的应用。这就是我们要学习的第三部分内容一一交流发电机。【板书】三、交流发电机【投影】1 .基本组成部分：产生感应电动势的线圈（通常叫电枢）和产生磁场的磁极2 .种类： 旋转电枢式发电机一一电枢转动，磁极不动旋转磁极式发电机一一磁极转动，电枢不动I I3 .两种发电机的比较 转动的部分叫转子不动的部分叫定子旋转电枢式发电机，转子产生的电流必须经过裸露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，滑环和电刷很快会被烧坏。同时 ，转动的电枢不可能太大，线圈 匝数不可能很多 ，产生的感应电动势也不能很高。

16、这种发电机产生的电压一般不超过500V。旋转磁极式发电机克服了上述缺点，能够产生几千伏到几万伏的电压，输出功率可达几百兆瓦。所以大多数发电机都是旋转磁极式的。（三）课堂小结发电机的转子是由蒸汽轮机、水轮机或其他动力机带动的。动力机将机械能传给发电机，发电机将得到的机械能转化为电能输送给外电路 ，它在实际生产和生活中有着重要的作用。本节课讲了三部分内容，其中前两部分交变电流的产生和变化规律是重点和难点（四）巩固练习1线圈在匀强磁场中转动产生交变电流时,下列说法中正确的是（ ）A 当穿过线圈平面的磁通量最大时,线圈中感应电动势为零B 当穿过线圈平面的磁通量为零时,线圈中感应电动势也为零C.线圈在磁

17、场中每转一周，产生的感应电动势和感应电流的方向就改变一次D 每当线圈通过中性面时,感应电动势和感应电流的方向就改变一次答案： AD2一台发电机产生的按正弦规律变化的交流电电动势的最大值是311V 。如果线圈从中性面开始转动，线圈匀速转动白角速度为100兀，这个发电机产生的感应电动势的瞬时值表达式是（ ）A. e=311 sin100 7ttB. e=220 sin100 7ttC. e=311 cos100 7ttD. e=220 cos100 7tt答案： A【思考讨论】在下面几种情况中，如图8所示,如果线圈匝数 N、磁感应强度 B、转动角速度3、线圈 面积 S 均相同,那么感应电动势的最大值是否相同？答案：几种情况下的感应电动势的最大值相同，都是Em=NBS,与线圈形