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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、教學目標 1．使學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值和最大值以及中性面的準確含義. 4．培養(yǎng)學生運用數(shù)學知識解決、處理物理問題的能力. 二、教學重點：交變電流產(chǎn)生的物理過程分析和中性面的特點. 三、教學難點：交變電流產(chǎn)生的物理過程分析 四、教學方法：講練結合、演示實驗 五、課時安排：1課時 六、教　　具：手搖發(fā)電機模型、演示用電流計、導線、示波器等 七、教學過程 （一）引入新課 教師：請同學們用電磁感應的知識，設計一個發(fā)電機的實驗模型。 引導學生發(fā)揮創(chuàng)造性思維，展開討論，提出設計方案。教師通過參與學生的討論，提出兩個典型的例子，并與學生一起討論哪個更有實用價值。培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維。 結論：讓矩形線圈在勻強磁場中勻速轉動。 ［演示實驗］ 1．簡單介紹交流發(fā)電機的構造 2．第一次發(fā)電機接入小燈泡，當轉動線圈時，小燈泡亮了，但一閃一閃。第二次接入演示用電流計，慢慢轉動線圈，可以看到線圈每轉一周，電表指針左右擺動一次。 問：剛才的實驗表明線圈里產(chǎn)生的感應電流有何特征？ 答：感應電流的強度和方向都隨時間作周期性變化。 指出：我們把這種強度和方向都隨時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。交流電和直流電存在共同點，但是尤其應注意的是交流電不同于直流電的特殊性，正是這些特殊性，構成了交流電優(yōu)點的基礎。 （二）進行新課 1．交變電流的產(chǎn)生 設問：矩形線圈在勻強磁場中勻速轉動，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)電機的工作原理。 問：線框逆時針勻速轉動過程中，哪些邊在切割磁感線？（ab和cd） ab邊和cd邊在勻強磁場中做勻速圓周運動，切割磁感線，在線框中產(chǎn)生感應電動勢，在電路中就產(chǎn)生感應電流。 ［演示實驗］緩慢轉動線框，當線框平面與磁感線平行時，就會發(fā)現(xiàn)此時感應電動勢最大。繼續(xù)轉動線框，當學生發(fā)現(xiàn)指針偏角最小，即此時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，線框處于中性面時通過的磁通量最大，感應電流、感應電動勢為零。 為了能更加方便地說明問題，我們將立體圖轉化為平面圖來分析。 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)生感應電流，根據(jù)右手定則可知，感應電流是沿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)生感應電流，根據(jù)右手定則可知，感應電流是沿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，感應電流的方向就改變一次，因此線框每轉動一周，感應電流的方向改變兩次。 2．交變電流的圖像和變化規(guī)律 定量分析線框轉動一周過程中感應電動勢大小隨時間的變化關系。 設線框平面從中性面開始轉動，角速度是ω，經(jīng)時間t線框轉過的角度是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，磁感強度為B，則ab邊的感應電動勢是 Eab＝Blvsinωt t(s) e(i,u) 0 Em -Em a(b) d(c) 戊 v v Cd邊中的感應電動勢跟ab邊中的感應電動勢大小相同，且兩邊又是串聯(lián)，所以這一瞬間整個線框中的感應電動勢 e＝2 Blvsinωt 令Em＝2 Blv 即e＝Em sinωt i＝e/R＝Em sinωt/R=Imsinωt 總結：交變電流的大小和方向都隨時間按正弦規(guī)律變化。 因此，交變電流的規(guī)律也可以用圖像來表示。 在直角坐標系中，橫軸表示線圈平面跟中性面的夾角（或者表示線圈轉動經(jīng)過的時間t），縱坐標表示感應電動勢e（感應電流I）。 3、交流發(fā)電機 （1）發(fā)電機的基本組成： ①用來產(chǎn)生感應電動勢的線圈（叫電樞）②用來產(chǎn)生磁場的磁極 （2）發(fā)電機的基本種類 ①旋轉電樞式發(fā)電機（電樞動磁極不動）②旋轉磁極式發(fā)電機（磁極動電樞不動） 無論哪種發(fā)電機，轉動的部分叫轉子，不動的部分叫定子 【例題】一矩形線圈，面積為s，匝數(shù)為N，在場強為B的勻強磁場中繞著中軸oo’做勻速轉動，角速度為ω，磁場方向與轉軸垂直，當線圈轉到中性面開始計時，求： （1）線圈中感應電動勢的最大值？ （2）線圈中感應電動勢隨時間變化的表達式？ （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）線圈中的電流瞬時表達式 （三）小結： 1、交流電的產(chǎn)生 強度和方向都隨時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 感應電動勢的瞬時表達式為e= Bsωsinωt=εmsinωt 感應電流瞬時值表達式 i=Imsinωt 3、交流電的圖像 4、交流發(fā)電機 （1）發(fā)電機的基本組成：①電樞②磁極 （2）發(fā)電機的基本種類:①旋轉電樞式發(fā)電機②旋轉磁極式發(fā)電機 （四）作業(yè)布置: 1．認真閱讀教材 2．練習一（1）題 板書設計 1．交變電流的產(chǎn)生 （1）產(chǎn)生原理：線框在勻強磁場中轉動 （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 丁：電流d→c→b→a 中性面的特點：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