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1、2.1交变电流教学设计宋美周一、教学目标1、知识与技能（1）、会观察电流（或电压）的波形图，理解交变电流、直流的概念。（2）、分析线圈转动一周中电动势和电流方向的变化，能对交变电流的产生有比较清楚的了解，具有运用基本原理解决新情况下问题的能力。（3）、知道交变电流的变化规律及表示方法，知道交变电流的峰值、瞬时值及中性面的物理意义。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。3、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
2、识解决物理问题的重要性二、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。三、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。四、教学方法：演示法、分析法、归纳法。五、教学工具：手摇发电机、小灯泡、示教用的大电流计、多媒体六、教学过程：（一）复习引入新课演示1：按图1连接电路，当开关闭合时，观察小灯泡的发光情况。 师：电路中的电流方向从哪里流向哪里？电流方向是否随时间改变？图1 师：电路中的电流大小是否随时间改变？学生回忆恒定电流知识回答。投影此电路的大致I-T图像： 图2小结：（板书）大小和方向
3、不随时间变化的电流叫做直流电,简称直流（DC）。演示2： 示波器观察交变电流的图像。 图3实验现象说明了什么？学生观察实验现象，回答出电路中的电流方向和大小在交替变化。引出课题-交变电流。（板书课题）5.1交变电流（二）讲授新课（板书）1、交变电流（板书）（1）交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流，简称交流(AC)。 图4投影：课本P31“演示”比较学生电源交流档供给的电压（或电流）的随时间变化的波形。 只要电路中的电流、电压或电动势的大小和方向随时间变化就叫做交变电流。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？投影：多媒体演示交流发电机构造示意图。教师出示演示交
4、流发电机，引导学生（配合投影）观察它的主要构造。定子：永久磁体（只画出两级）。转子：线圈（只画出一匝）。线圈的AB边连在金属滑环K上，CD边连在滑环L上；导体做的两个电刷E、F分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的链接。工作原理：线圈做切割磁感线从而产生感应电动势。师：用多媒体课件投影课本图5.1-3。当ABCD线圈在磁场中绕垂直磁场方向的OO轴做逆时针转动时，哪些边切割磁感线产生感应电动势?生：AB和CD师：为了能更方便地说明问题，我们将立体图转化为平面图来分析。如何由立体图画出平面图？图5生：AB边垂直直面向内，只看到A端；CD边垂直直面向内，只看到D端。师：在线
5、圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？生：根据楞次定律判定，B向A，整个线圈中的电流流向是DCBA。从E电刷流到外电路。师：在线圈由丙转到丁的过程中，AB边电流向哪个方向流动？生：根据楞次定律判定，A向B，整个线圈中的电流流向是ABCD。从F电刷流到外电路。师：正因为这两种情况的交替出现，才在线圈中产生了交变电流。师：当线圈转到什么位置时线圈中没有电流？磁通量和磁通量的变化率有什么特点？ 生：甲和丙位置。磁通量最大；磁通量的变化率为零。师：转到什么位置时线圈中的电流最大？磁通量和磁通量的变化率有什么特点？ 生：乙和丁位置。磁通量为零；磁通量的变化率最大。师：若以E流向L的电流为正，
6、可否用描点作图法大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线？生：在横坐标上标出线圈达到甲、乙、丙、丁四个位置对应的时刻，以及对应的值，用平滑曲线把各点连接起来。师：当线圈转到什么位置时，产生的感应电动势最大?生：根据法拉第电磁感应定律，当线圈平面与磁感线平行时（乙和丁），AB边与CD边的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：根据法拉第电磁感应定律，当线圈平面跟磁感线垂直时（甲和丙），AB边和CD边的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，投影出中性面概念：(1)、概念：
7、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；（2)、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；（3）、通过以上分析过程得出：线圈每次经过中性面电流表指针偏转方向改变一次，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。（板书）2、交变电流的变化规律设线圈平面从中性面开始逆时针转动，角速度为，经过时间t，则线圈转过的角度为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。图6师：这时AB边产生的感应电动势多大? 生：根据法拉第电磁感应定律，eAB=BL1vsint
8、 = BL1sint =BL1L2sint 师：由于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等，且又是串联在一起，那么整个线框中感应电动势多大?生：由电动势的串联规律，e=eAB+eCD=BL1L2sint师：以上分析的是一匝线圈，若线圈有n匝时，相当于n个完全相同的电源串联，这时整个线圈的感应电动势是多少？生：由电动势的串联规律，e=nBL1L2sint师：根据法拉第电磁感应定律，当v与B垂直时，产生的感应电动势最大，即：Em=nBL1L2，叫做感应电动势的峰值；则上式可改为e= Em sint，叫做感应电动势的瞬时值。请同学们阅读教材，讲一讲感应电流的峰值和瞬时值？生：根据
9、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。（板书）电动势、电流与电压的最大值和瞬时值的数学表达式为：最大值 ：Em=nBL1L2 （1） Im= （2） Um=ImR （3）瞬时值：e= Em sint（4） i=Imsint （5） u=Umsint （6） 师：从以上的电动势、电流和电压的瞬时值数学表达式中看，电动势、电流和电压的瞬时值与时间成正弦规律变化。图8（用多媒体投影关系图像）这种按正弦规律变化的交流电叫做正弦式交流电，简
10、称正弦交流电。它是最简单、最基本的交流电，电力系统中多数用他。在电子技术中也常遇到其它形式的交流电，如图：图9交流电的种类：(1)正弦交流电(2)示波器中的锯齿波扫描电压(3)电子计算机中的矩形脉冲(4)激光通信中的尖脉冲师：请同学们阅读P33“科学漫步”：交流发电机。分清：转子和定子；旋转电枢式发电机和旋转磁极式发电机。 师：交、直流电在生活中常见到，它们能相互转换吗？ 生：能。如实验室的学生电源、各种用电器所配有的电源适配器等，都是把交流电转变成直流电的原件。（三）课堂小结1、什么是交流电？2从中性面开始计时，感应电动势瞬时值为什么？感应电动势的最大值为什么？3中性面有什么特点？测评试题1
11、、下列表示交变电流的有（ ）2、交流发电机在t时刻产生的电动势为e=Emsint，下列措施中定能使其增大为原来的两倍的方法有（ ）A、只使匝数n增大两倍B、只使磁感应强度B增大两倍C、只使线圈面积S增大两倍D、只使时间t增大两倍E、只使角速度增大两倍3、一矩形线圈,绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面的固定轴转动,线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示,正确的是（ ）A.t1时刻通过线圈的磁通量为零B.t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大C.t3时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大D.每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值最大4、如图，矩形线圈面积为s，匝数为N，线圈电阻为r，在磁感强度为B的匀强磁场中绕OO轴以角速度匀速转动，外电路电阻为R。求：、写出线圈在转动中产生的电动势的最大值表达式；、如果线圈从图示位置开始计时，写出电动势的瞬时表达 式；(3)若将线圈的转速提高一倍，其他条件不变，则其电动势的瞬时表达式；