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2019-2020年高中物理 《認(rèn)識交變電流》教案 粵教版選修3-2 一、教學(xué)目標(biāo) 1．了解交變電流是是怎樣產(chǎn)生的． 2．理解交變電流的變化規(guī)律． 3．認(rèn)識交變電流的最大值、有效值、周期、頻率． 二、重點、難點分析 1．重點分析交變電流產(chǎn)生的物理過程．使同學(xué)了解線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)一周的時間內(nèi)，電流的大小及方向是怎樣變化的． 2．交流電有效值的概念，既是重點又是難點，要使同學(xué)理解它的物理意義及在實際中的應(yīng)用． 3．分析交變電流的大小及方向時，線圈運動方向（v）與磁感強度（B）之間的角度關(guān)系，是得出交流電變化規(guī)律的關(guān)鍵，應(yīng)注意． 三、教具 1．示波器，看交變電流圖像． 2．手搖式交流發(fā)電機模型．該發(fā)電機可使2.5V小燈泡發(fā)光，可使電流表指針擺動． 3．可拆式發(fā)電機模型．轉(zhuǎn)子可取出、放入，不能真發(fā)電，為講電流方向用． 4．掛圖，交流發(fā)電機． 四、主要教學(xué)過程 （一）引入新課 1831年法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，為人類進入電氣化時代打開了大門．今天我們使用的電燈、微波爐等家用電器中的交流電是怎樣產(chǎn)生并且怎樣送到我們的家庭中來的呢？這就是這一章要學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容，先看“交變電流的產(chǎn)生”． （二）主要教學(xué)過程設(shè)計 1．首先演示手搖發(fā)電機，操作時由快轉(zhuǎn)到慢轉(zhuǎn)，使同學(xué)看出一閃一閃的亮，快轉(zhuǎn)時則不易看出閃亮．告訴同學(xué)：“這就是交變電流”．同時指出：我們點的電燈也是一閃一閃，只不過每秒閃50次看不出來．再將發(fā)電機模型中的燈泡取下，連接上電流表，慢慢旋轉(zhuǎn)手搖發(fā)電機，使同學(xué)看出電流表指針忽大忽小、忽左忽右的擺動． 演示目的：使同學(xué)對交變電流有一感性認(rèn)識，即電流的強弱與方向都在隨時間做周期性的變化． 指出：這些都屬交變電流 直流．電流的強弱雖然變化，但方向沒變． 板書：“強度和方向都隨時間做周期性變化的電流叫做交變電流”． 提出問題：這種交變電流是怎樣產(chǎn)生的呢？ 3．掛圖或板圖 （1）首先對原理圖1做一些說明． ①線圈所在磁場為勻強磁場． ②設(shè)線圈為矩形線圈，如圖2． ③圖1中線圈abcd為圖2中線圈abcd水平放置時的圖景，線圈平面與磁感線垂直．圖1中abcd所在位置為中性面． （2）規(guī)定t=0的時刻為圖1中線圈所在的位置為起始時刻，即由中性面開始，逆時針方向轉(zhuǎn)動．角速度為ω． 4．分析交變電流產(chǎn)生的過程． （1）先看感應(yīng)電流方向． 根據(jù)右手定則引導(dǎo)同學(xué)判定線圈在磁場中由中性面開始逆時針方向轉(zhuǎn)動一周的過程中，感應(yīng)電流的方向改變兩次． （2）再看感應(yīng)電流的大?。? 全過程可將線圈在磁場中的位置分為如圖3所示的0、1、2、3、4、5、6、7八個位置，引導(dǎo)同學(xué)討論在各個位置時，感應(yīng)電動勢的大?。傥恢?、4：由于B∥v所以e0=e4=0；線框abcd中無感應(yīng)電動勢． ②位置2、6：此時B⊥v所以e2=2Blv，線框中感應(yīng)電動勢e2=e6=2BLv=Em，為感應(yīng)電動勢最大值． ③位置1、5：見圖4． e1＝Blv⊥=BLvsinθ＝BLvsinωt． e5=Blv⊥=BLvsin（180＋θ）=-BLvsinωt，負(fù)號只表示電動勢的方向，即線框中感應(yīng)電動勢由cd邊流入，ab邊流出，abcd中感應(yīng)電動勢的大小 e1=e5=2BLvsinωt=Emsinωt． ④位置3、7：e3=BLv⊥=BLvsinωt．e7=Blv⊥=Blvsin（360-θ）=BLvsinωt．線框abcd中感應(yīng)電動勢大小 后半周的討論，同學(xué)會熟練一些．教師應(yīng)引導(dǎo)同學(xué)注意后半周內(nèi)電動勢方向的變化． 最后，總結(jié)出交變電流的變化規(guī)律： 在線框旋轉(zhuǎn)一周的時間內(nèi)，感應(yīng)電動勢的方向變化兩次，即每經(jīng)過中性面變化一次．感應(yīng)電動勢的大小隨時間按正弦規(guī)律變化，故稱為正弦交變電流． 5．畫出交變電流圖像，同時指出若電路閉合，則交變電流、電壓的表達(dá)式都可寫出． 上述教學(xué)過程暫告一段落，同學(xué)可放松一下，教師則可簡單介紹一下發(fā)電機的實際知識（轉(zhuǎn)子、定子、電樞……）．然后，開始本節(jié)課的第二個高潮． 6．介紹表征交變電流的幾個物理量． 由交變電流圖像，指出最大值Em、周期T． 板書： Em=2BLv． 介紹民用及工業(yè)用電的頻率為50Hz．周期為0.02s，民用交變電流的最大值為311V． 提出問題：我們平時常說的220V又是什么值呢？引入有效值概念． 7．有效值． 板圖： 甲、乙圖中電爐燒水，設(shè)壺材料同、水質(zhì)量相等、水的初溫相同．同時加熱，若在相同時間內(nèi)使兩壺水燒開．即直流在電阻上產(chǎn)生的焦耳熱與交流在相同電阻相同時間內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱相等時，稱直流的電壓（或電流）為交變電壓（或電流）的有效值． 板書： Q直=Q交． 提問：交變電壓的最大值Um=311V時，它的有效值U=？ 指出：通常所說交變電壓的大小均指有效值，交流電壓表或交流電流表的示數(shù)也均指有效值． 8．鞏固． 試電筆上的氖管，起輝電壓為86.6V．若將其接在電壓為70.7V，頻率為50Hz的交流電源上，氖管能發(fā)光嗎？ 提問式啟發(fā)：70.7V指的是電壓的什么值？ 答：有效值． 所以氖管可以發(fā)光． 又問：頻率為50Hz，氖管每秒閃光多少次？ 答：f=50HZ，則每秒有100次達(dá)峰值電壓，所以每秒閃光100次． 又問：這個交流電壓的表達(dá)式怎樣寫？ 答：f=50HZ，ω=2πf=100rad/s． Um=100V， 所以 U=100sin100πt（V）． （三）課堂小結(jié) 1．線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)，線圈所圍面積中磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，外電路閉合時，有交變電流．線圈每旋轉(zhuǎn)一周，兩次經(jīng)過中性面，電流方向改變兩次；線圈兩次與中性面垂直時達(dá)峰值．交變電流按正弦規(guī)律變化． 2．正弦交變電流的瞬時值表達(dá)式為： 3．交變電流有效值的概念必須清楚，即交流與直流在熱效應(yīng)相等的條件下，直流電壓（電流）值為交變電壓（電流）的有效值． 五、教學(xué)說明 1．本教案密度較大，對基礎(chǔ)好的學(xué)生可一氣呵成，將有關(guān)交變電流的基礎(chǔ)知識一并托出，下節(jié)課可安排一定時間復(fù)習(xí)，如給出交變電流圖像，要求能識別出周期、最大值，計算出頻率、角頻率、有效值等等，使知識落實． 對基礎(chǔ)差的學(xué)生則可將本節(jié)內(nèi)容分成兩節(jié)進行，將知識點落實的工作一步步完成． 2．有條件的學(xué)校，可將Em=BSω及Em=NBSω的知識在習(xí)題課中補充給學(xué)生．