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2019-2020年高中物理 交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律教案 人教版第二冊 一、教學(xué)目標(biāo) 1．使學(xué)生理解交變電流的產(chǎn)生原理，知道什么是中性面. 2．掌握交變電流的變化規(guī)律及表示方法. 3．理解交變電流的瞬時(shí)值和最大值以及中性面的準(zhǔn)確含義. 4．培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)知識解決、處理物理問題的能力. 二、教學(xué)重點(diǎn)：交變電流產(chǎn)生的物理過程分析和中性面的特點(diǎn). 三、教學(xué)難點(diǎn)：交變電流產(chǎn)生的物理過程分析 四、教學(xué)方法：講練結(jié)合、演示實(shí)驗(yàn) 五、課時(shí)安排：1課時(shí) 六、教　　具：手搖發(fā)電機(jī)模型、演示用電流計(jì)、導(dǎo)線、示波器等 七、教學(xué)過程 （一）引入新課 教師：請同學(xué)們用電磁感應(yīng)的知識，設(shè)計(jì)一個(gè)發(fā)電機(jī)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀? 引導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)造性思維，展開討論，提出設(shè)計(jì)方案。教師通過參與學(xué)生的討論，提出兩個(gè)典型的例子，并與學(xué)生一起討論哪個(gè)更有實(shí)用價(jià)值。培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。 結(jié)論：讓矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動。 ［演示實(shí)驗(yàn)］ 1．簡單介紹交流發(fā)電機(jī)的構(gòu)造 2．第一次發(fā)電機(jī)接入小燈泡，當(dāng)轉(zhuǎn)動線圈時(shí)，小燈泡亮了，但一閃一閃。第二次接入演示用電流計(jì)，慢慢轉(zhuǎn)動線圈，可以看到線圈每轉(zhuǎn)一周，電表指針左右擺動一次。 問：剛才的實(shí)驗(yàn)表明線圈里產(chǎn)生的感應(yīng)電流有何特征？ 答：感應(yīng)電流的強(qiáng)度和方向都隨時(shí)間作周期性變化。 指出：我們把這種強(qiáng)度和方向都隨時(shí)間作周期性變化的電流叫做交變電流。簡稱，交流。［板書］ 在現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中所用的電源，大都是交流電。同直流電相比，交流電有許多優(yōu)點(diǎn)。交流電和直流電存在共同點(diǎn)，但是尤其應(yīng)注意的是交流電不同于直流電的特殊性，正是這些特殊性，構(gòu)成了交流電優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)。 （二）進(jìn)行新課 1．交變電流的產(chǎn)生 設(shè)問：矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動，為什么會產(chǎn)生交變電流呢？ （甲） （乙） （丙） （?。? （戊） 討論課文圖17－2，發(fā)電機(jī)的工作原理。 問：線框逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動過程中，哪些邊在切割磁感線？（ab和cd） ab邊和cd邊在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動，切割磁感線，在線框中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，在電路中就產(chǎn)生感應(yīng)電流。 ［演示實(shí)驗(yàn)］緩慢轉(zhuǎn)動線框，當(dāng)線框平面與磁感線平行時(shí)，就會發(fā)現(xiàn)此時(shí)感應(yīng)電動勢最大。繼續(xù)轉(zhuǎn)動線框，當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)指針偏角最小，即此時(shí)線框平面與磁感線垂直。 我們把與磁感線垂直的平面稱為中性面，線框處于中性面時(shí)通過的磁通量最大，感應(yīng)電流、感應(yīng)電動勢為零。 為了能更加方便地說明問題，我們將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖來分析。 a(b) d(c) 甲 a(b) d(c) 戊 a(b) d(c) 乙 a(b) d(c) 丙 a(b) d(c) 丁 甲圖線框處于中性面，ab邊和cd邊不切割磁感線，線框中E感＝0，I感＝0， 乙圖線框ab邊和cd邊都在切割磁感線，線框中產(chǎn)生感應(yīng)電流，根據(jù)右手定則可知，感應(yīng)電流是沿abcd方向流動的。 丙圖（同甲圖） 丁圖線框ab邊和cd邊都在切割磁感線，線框中產(chǎn)生感應(yīng)電流，根據(jù)右手定則可知，感應(yīng)電流是沿dcba方向流動的。 戊圖（同甲圖） 可以看出，線框每經(jīng)過一次中性面，感應(yīng)電流的方向就改變一次，因此線框每轉(zhuǎn)動一周，感應(yīng)電流的方向改變兩次。 2．交變電流的圖像和變化規(guī)律 定量分析線框轉(zhuǎn)動一周過程中感應(yīng)電動勢大小隨時(shí)間的變化關(guān)系。 設(shè)線框平面從中性面開始轉(zhuǎn)動，角速度是ω，經(jīng)時(shí)間t線框轉(zhuǎn)過的角度是ωt，ab邊的線速度v的方向跟磁感線方向的夾角也等于ωt，ab邊的長度為L，磁感強(qiáng)度為B，則ab邊的感應(yīng)電動勢是 Eab＝Blvsinωt t(s) e(i,u) 0 Em -Em a(b) d(c) 戊 v v Cd邊中的感應(yīng)電動勢跟ab邊中的感應(yīng)電動勢大小相同，且兩邊又是串聯(lián)，所以這一瞬間整個(gè)線框中的感應(yīng)電動勢 e＝2 Blvsinωt 令Em＝2 Blv 即e＝Em sinωt i＝e/R＝Em sinωt/R=Imsinωt 總結(jié)：交變電流的大小和方向都隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化。 因此，交變電流的規(guī)律也可以用圖像來表示。 在直角坐標(biāo)系中，橫軸表示線圈平面跟中性面的夾角（或者表示線圈轉(zhuǎn)動經(jīng)過的時(shí)間t），縱坐標(biāo)表示感應(yīng)電動勢e（感應(yīng)電流I）。 3、交流發(fā)電機(jī) （1）發(fā)電機(jī)的基本組成： ①用來產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的線圈（叫電樞）②用來產(chǎn)生磁場的磁極 （2）發(fā)電機(jī)的基本種類 ①旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)（電樞動磁極不動）②旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)（磁極動電樞不動） 無論哪種發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)動的部分叫轉(zhuǎn)子，不動的部分叫定子 【例題】一矩形線圈，面積為s，匝數(shù)為N，在場強(qiáng)為B的勻強(qiáng)磁場中繞著中軸oo’做勻速轉(zhuǎn)動，角速度為ω，磁場方向與轉(zhuǎn)軸垂直，當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到中性面開始計(jì)時(shí)，求： （1）線圈中感應(yīng)電動勢的最大值？ （2）線圈中感應(yīng)電動勢隨時(shí)間變化的表達(dá)式？ （3）若線圈中的電阻為R，則線圈中的電流的最大值為多少？ （4）線圈中的電流瞬時(shí)表達(dá)式 （三）小結(jié)： 1、交流電的產(chǎn)生 強(qiáng)度和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流叫做交變電流，簡稱交流，俗稱交流電。 2、交流電的變化規(guī)律 感應(yīng)電動勢的瞬時(shí)表達(dá)式為e= Bsωsinωt=εmsinωt 感應(yīng)電流瞬時(shí)值表達(dá)式 i=Imsinωt 3、交流電的圖像 4、交流發(fā)電機(jī) （1）發(fā)電機(jī)的基本組成：①電樞②磁極 （2）發(fā)電機(jī)的基本種類:①旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)②旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī) （四）作業(yè)布置: 1．認(rèn)真閱讀教材 2．練習(xí)一（1）題 板書設(shè)計(jì) 1．交變電流的產(chǎn)生 （1）產(chǎn)生原理：線框在勻強(qiáng)磁場中轉(zhuǎn)動 （2）過程分析 甲：S⊥B　φmax＝BS，e＝0，中性面 乙：S∥B φmin＝0， e＝Em sinωt 　電流a→b→c→d 丙：同甲 ?。弘娏鱠→c→b→a 中性面的特點(diǎn)：①φmax＝BS，e＝0 ②電流在此改變方向 2．交變電流的變化規(guī)律 （1）公式　　e＝Emvsinωt Em＝2 Blv i＝Imsinωt Im,＝Em/R U＝Umvsinωt Um=ImR t(s) e(i,u) 0 Em -Em （2）圖象