《交变电流》教学设计

【教材分析】

电能是我们生活每时每刻都离不开的最重要的能量来源。交变电流是电能利用和远距离传输的基础。这节《交变电流》主要介绍交变电流的特性，产生原理和表达式，考纲中属于c级要求。

课本以电压，电流波形图引入交变电流的定义；通过手摇发电机的发电可以使正反向二极管同时发光，增强学生对交变电流方向不断变化的理解；通过交流发电机的示意图引导学生探究交变电流的产生过程，同时利用分层设问的形式，锻炼了学生利用第四章电磁感应原理自行解决新情景物理问题的能力。课本给出了正弦式交流电的表达式，并对峰值，瞬时值等概念做了强调。最后课本以课外阅读的形式，对交流发电机做了深入介绍。课本沿着从感性到理性，从定性到定量的思路，试着引导学生通过自学和探究最终对交变电流建立起完整清晰的印象。

【教学设计说明】

为了利于学生理解和掌握，教学中可借助传感器和模型配合讲解。要让学生明白交变电流、正弦电流、中性面、瞬时值、最大值的准确含义；用图象表示交变电流的变化规律，是一种重要方法，它形象、直观、学生易于接受．要注意在学生已有的图象知识的基础上，较好地掌握这种表述方法。 【教学目标】 1．知识与技能

⑴知道交变电流是生产和生活中最常用到的电流，而正弦式电流又是最简单和最基本的交变电流；

⑵初步认识交变电流的特点与规律，能够运用电磁感应的基本知识分析其产生过程； ⑶初步理解正弦电流、中性面、瞬时值与最大值，能够运用数学图象来描述正弦式电流。 2．过程与方法

⑴观察手摇发电机产生的电流（小灯泡发光强弱的变化、传感器所显示的方向变化）； ⑵运用电磁感应基本知识，分析一个周期内交变电流的变化规律；

⑶通过推导一个周期内交变电流的瞬时值表达式，建立正弦交变电流随时间变化的图象，知道交流电流在什么时刻达到最大值，在什么位置改变方向。 3．情感、态度与价值观

感受交变电流在生活、生产中的广泛运用，激发学生学习的热情，体会数学函数与图象在物理知识上广泛运用。

【教学重点】

⑴中性面的特点

⑵交变电流产生的物理过程

⑶正弦交变电流的规律、图象和三角函数表达式 【教学难点】

⑴交变电流产生的物理过程

⑵正弦交变电流的规律、图象和三角函数表达式 【教学过程】 一、导入新课

城市的灯火辉煌、工厂里的机器轰鸣，家用电器的正常工作，我们分分钟离不开电能，而这些电能的共同之处就是生产和输送的大多都是交变电流。什么是交变电流呢？

二、新课教学

（一）什么是交变电流

利用电流传感器（或电压传感器）可以绘出电流（或电压）随时间变化的图象. ［演示实验1］

一节干电池连接电压传感器,观察到图像有什么特点? ［演示实验2］

低压交流电连接电压传感器,观察到图像有什么特点? 电流的分类

1．交变电流（AC）：大小和方向都随时间做周期性的变化，简称交流。 2．直流电（DC）：方向不随时间变化的电流。 恒定电流:大小和方向不随时间变化的电流。

观察下列几个电流与时间的图象,判断哪些是交变电流

（二）交变电流的产生 ［演示实验3］

用手摇发电机连接小灯泡，摇动发电机，观察小灯泡的发光情况。 ［演示实验4］

手摇发电机连接电压传感器，观察到图象有什么特点?

（三）交变电流的产生及变化规律

矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动时产生正弦交变电流。

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？（为分析问题简化，把图5.1-3的立体图转化为正视平面图）

［问题1］在线圈转动过程中，是磁场变化还是导体棒切割产生电动势？哪些边在切割? ［问题2］这两条边是否一直在切割?

［问题3］.线框绕过ad和bc边中点的轴旋转，角速度大小为ω. 问：ab边和cd边在B与S平 行时产生的电动势分别是多大?

［问题4］线框在与中性面垂直位置时产生的感应电动势是多大?

［问题5］若单匝线框从中性面开始转动,经过一段时间t,在这一时刻整个线框产生的电动势又 是多大?

［问题6］若n匝线框电动势又是多大?

［问题7］若有n匝线框在匀速转动,整个线框的总电阻为r,外电阻为R,则通过电阻的电流和电 阻两端的电压分别是多少?

［问题8］前面是用表达式表示交流电的变化规律,怎样用图象表示交流电的变化规律? 1．中性面：

（1）定义：线框与磁感线垂直所处的平面。

（2）特点：①线圈处于中性面位置时,穿过线圈Φ最大,但线圈两边切割磁线的有效速度为 零，感应电动势为0，同时也说明磁通量的变化率

Δ=0。 Δt ②线圈越过中性面,线圈中电流方向要改变，线圈旋转一周,感应电流方向改变 两次。

2．交变电流的产生及变化规律：

（1）产生：线圈在磁场中匀速转动时，线圈的两边切割速度线的有效速度不断变化而产生 的。（通过课件进行定性分析） （2）变化规律： ①大小变化规律：

Φ最大时，v有、E感、I感、

ΔΔ都为 ；Φ=0时，v有、E感、I感、都为 ΔtΔtn匝线圈旋转产生的最大感应电动势： Em= ； n匝线圈（整个线圈的内阻为r，

外电阻为R）旋转产生的瞬时电流值：i= ；外电阻R两端的瞬时电压值：u=

②方向变化规律： 方法：右手定则

特点：线圈每次越过中性面，线圈中感应电流方向都要改变，线圈旋转一周，感应电流方向改变两次。

3．正弦式电流的图象（从线圈经过中性面开始计时） （1）e-t图象

（2）i-t图象（规定感应电流正方向为adcba） （3）u-t图象 （四）课堂练习 【例1】线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交变电流的图象如下图所示，由图示可知 （ ）

A．在A和C时刻线圈处于磁通量变化率最大位置 B．在A和C时刻穿过线圈的磁通量为最大 C．在B时刻到D时刻线圈转过的角度为π弧度

D．若从B时刻到D时刻经过0.01s，则在1s内交变电流的方 向改变100次

【例2】如图所示，匀强磁场的磁感应强度B=2 T，匝数n=6的矩形

线圈abcd绕中心轴OO′匀速转动，角速度ω=200 rad/s。已知ab=0.1 m，bc=0.2 m。求： （1）感应电动势的最大值；

（2）设时间t=0时线圈平面与磁感线垂直，写出线圈中感应电动

势的瞬时值表达式。

（3）若转轴距ab边，以上结论有何变化？

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（4）若线圈从图示位置转过90°开始计时，感应电动势的最大值和瞬时值有无变化？ （五）课堂小结

1．交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流 2．交变电流的变化规律： （1）方向变化规律——线圈平面每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次；线圈转动一

周，感应电流的方向改变两次。 （2）大小变化规律——按正弦规律变化：

电动势瞬时值：e=Emsinωt Em=NBSω叫电动势的最大值 电流瞬时值： i=Imsinωt Im=Em/(R+r)叫电流的最大值 外电压瞬时值：u=Umsinωt Um=ImR叫外电压的最大值 （六）课后练习

1．完成课后习题；

2．从玩具风扇或小汽车上拆下一个小电机，看看能否用来发电； 3．预习下一节

【思维拓展】

手摇发电机发出的电为什么不是正弦式的？若磁场为辐向磁场，图象又是怎样的？