【教學(xué)設(shè)計】《1．交變電流》（人教）.docx

1交變電流 教材分析本章共有5節(jié)，大致分為三個單元。第一單元包括第1、2節(jié)，介紹正弦交變電流的產(chǎn)生和描述，這是本章的基礎(chǔ)概念；第二單元是第3節(jié)，討論的是在簡單的交流電路中，電感、電容元件對交流電路的影響；第三單元包括第4、5節(jié)，了解在生產(chǎn)生活中廣泛應(yīng)用的變壓器原理，及其在電能輸送中所起的作用。為了適應(yīng)學(xué)生的接受能力，教材采取從感性到理性、從定性到定量逐漸深入的方法講述這個問題。教材先用教具演示矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生交流電，以展示交流電是怎樣產(chǎn)生的。并強調(diào)讓學(xué)生觀察教材圖中線圈通過五個特殊位置時，電流表指針變化的情況，分析電動勢和電流方向的變化，這樣學(xué)生就會對電動勢和電流的變化情況有個大致的了解。然后讓學(xué)生用右手定則獨立分析線圈中電動勢和電流的方向，這樣能充分調(diào)動學(xué)生的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的觀察和分析能力。關(guān)于交變電流的變化規(guī)律，教材利用上章學(xué)過的法拉第電磁感應(yīng)定律引導(dǎo)學(xué)生進行推導(dǎo)，得出感應(yīng)電動勢的瞬時值和最大值的表達式，進而根據(jù)閉合電路歐姆定律和部分電路歐姆定律推出電流與電壓瞬時值與最大值的表達式。用圖表表示交流電的變化規(guī)律是一種重要的方法,這種方法直觀、形象，學(xué)生容易接受。這樣做也是為后面用圖象表示三相交流電準(zhǔn)備條件，在電磁波的教學(xué)中還要用到圖象的方法.在介紹了交流電的周期和頻率后，可通過練習(xí)鞏固學(xué)生對交流電圖象的認(rèn)識。在本節(jié)學(xué)生第一次接觸到許多新名詞，如:交流電、正弦交流電、中性面、瞬時值、最大值等.要讓學(xué)生搞清楚這些名詞的準(zhǔn)確含義，要使學(xué)生了解交流電有許多種，正弦交流電是其中簡單的一種，在本章教材中常把正弦交流電簡稱交流電。要使學(xué)生明確中性面是指與磁場方向垂直的平面，中性面的特點是：線圈位于中性面時，電動勢為零，線圈通過中性面時，電動勢的方向要改變。要向?qū)W生指出，一般科技書中都用小寫字母表示瞬時值，用大寫字母并加腳標(biāo)，m表示最大值。 教學(xué)目標(biāo)【知識與能力目標(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值和最大值及中性面的準(zhǔn)確含義。【過程與方法目標(biāo)】1掌握描述物理量的三種基本方法（文字法、公式法、圖象法）；2培養(yǎng)學(xué)生觀察能力，空間想象能力以及將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖形的能力；3培養(yǎng)學(xué)生運用數(shù)學(xué)知識解決物理問題的能力?！厩楦袘B(tài)度價值觀目標(biāo)】通過實驗觀察，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，體會運用數(shù)學(xué)知識解決物理問題的重要性。 教學(xué)重難點【教學(xué)重點】交變電流產(chǎn)生的物理過程的分析?！窘虒W(xué)難點】交變電流的變化規(guī)律及應(yīng)用。 課前準(zhǔn)備 手搖單相發(fā)電機、小燈泡、示波器、多媒體教學(xué)課件、示教用大的電流表。 教學(xué)過程新課導(dǎo)入我們生活在電的時代，電能的應(yīng)用非常廣泛，它在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸、國防建設(shè)、科學(xué)研究及日常生活中用得越來越多，電能的生產(chǎn)和使用規(guī)模，以成為社會經(jīng)濟發(fā)展的重要標(biāo)志。我們已經(jīng)學(xué)過了恒定電流，還有大小和方向都隨時間作周期性變化的電流。它也是電荷的定向移動形成的，與恒定電流存在共同點，但它有自己的特點。正是這些特點，它與恒定電流相比有許多優(yōu)點。交變電流可以利用變壓器升高或者降低電壓，可以驅(qū)動結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠的感應(yīng)電動機，因此在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中普遍使用交變電流。 現(xiàn)代生產(chǎn)、生活中，大都使用交變電流。它有許多優(yōu)點，今天學(xué)習(xí)交流電產(chǎn)生原理和變化規(guī)律。新課教學(xué)利用電壓傳感器（或電流傳感器）可以在熒光屏上繪出電壓（或電流）隨時間變化的圖象。這樣的圖形在電工技術(shù)中常常叫做“波形圖”?！狙菔尽坑秒妷簜鞲衅鳎ɑ螂娏鱾鞲衅鳎┫扔^察電池供給的電壓（或電流）波形，再觀察學(xué)生電源交流擋供給的電壓（或電流）波形。一、交變電流1交變電流大小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。2直流方向不隨時間變化的電流，叫做直流。電池供給的電流，大小和方向都不隨時間變化，所以屬于直流。交變電流經(jīng)過電子電路的處理，也能變成直流，學(xué)校實驗室的學(xué)生電源應(yīng)有這種功能。【做一做】(出示單相交流發(fā)電機，引導(dǎo)學(xué)生首先觀察它的主要構(gòu)造)用手搖發(fā)電機模型演示。第一次發(fā)電機接小燈泡，當(dāng)線圈緩慢轉(zhuǎn)動時，小燈泡不亮；當(dāng)線圈快速轉(zhuǎn)動時，小燈泡一閃一閃的。第二次發(fā)電機接上示教電流計，當(dāng)線圈緩慢轉(zhuǎn)動（或快速轉(zhuǎn)動），可以看到電流表的指針隨著線圈的轉(zhuǎn)動而擺動，并且線圈每轉(zhuǎn)一周，指針左右擺動一次。這表明轉(zhuǎn)動的線圈里產(chǎn)生了大小和方向都隨時間做周期性變化的電流。二、交變電流的產(chǎn)生1交變電流的產(chǎn)生教學(xué)用發(fā)電機產(chǎn)生的電流，大小和方向都在不斷地變化，是一種交變電流。下圖是交流發(fā)電機的示意圖。為了清楚，圖中只畫出了一匝線圈。線圈的AB邊連在金屬滑環(huán)K上，CD邊連在金屬滑環(huán)L上；導(dǎo)體做的兩個電刷E、F分別壓在兩個滑環(huán)上，線圈在轉(zhuǎn)動時可以通過滑環(huán)和電刷保持與外電路的連接。為什么矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，線圈里能產(chǎn)生交變電流？假定線圈沿逆時針方向轉(zhuǎn)動，如圖甲至丁。我們考慮下面幾個問題。1線圈由甲轉(zhuǎn)到乙的過程中，AB邊中電流向哪個方向流動？2線圈由丙轉(zhuǎn)到丁的過程中，AB邊中電流向哪個方向流動？3當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到什么位置時線圈中沒有電流，轉(zhuǎn)到什么位置時線圈中電流電大？4大致畫出通過電流表的電流隨時間變化的曲線，從E流向F的電流記為正，反之為負(fù)。在橫坐標(biāo)上標(biāo)出線圈到達甲、乙、丙、丁幾個位置時對應(yīng)的時刻。線圈中BC、DA始終在平行磁感線方向轉(zhuǎn)動，因而不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，只起導(dǎo)線作用。線圈由甲轉(zhuǎn)到乙的過程中，AB邊中電流方向為BA；線圈由丙轉(zhuǎn)到丁的過程中，AB邊中電流方向為AB；當(dāng)線圈平面跟磁感線垂直時，AB與CD邊的速度方向跟磁力線平行，即兩邊不切割磁感線，此時感應(yīng)電動勢為0，線圈中沒有電流；線圈平面與磁感線平行時，AB邊與CD邊線速度方向都跟磁感線方向垂直，即兩邊都垂直切割磁感線，此時產(chǎn)生感應(yīng)電動勢最大?？梢龑?dǎo)學(xué)生從截面圖中判斷，并將電流方向標(biāo)在圖中。甲圖中線圈平面垂直于磁感線，AB、CD邊此時速度方向與磁感線平行，線圈中沒有感應(yīng)電動勢，沒有感應(yīng)電流。這時線圈平面處在中性面位置。線圈平面逆時針轉(zhuǎn)過90時（乙圖），即線圈平面與磁感線平行時，AB、CD邊的線速度方向都跟磁感線垂直，即兩邊都垂直切割磁感線，這時感應(yīng)電動勢最大，線圈中的感應(yīng)電流也最大。跟蹤AB這段導(dǎo)線，根據(jù)右手定則可以判斷，當(dāng)線圈經(jīng)過圖乙的位置時，電流由B向A流動。再轉(zhuǎn)過90時（丙圖），線圈又處于中性面位置，線圈中沒有感應(yīng)電動勢。當(dāng)線圈再轉(zhuǎn)過90時（丁圖），AB、CD邊的瞬時速度方向，跟線圈經(jīng)過（乙圖）位置時的速度方向相反，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向也跟在（乙圖）位置相反。跟蹤AB這段導(dǎo)線，根據(jù)右手定則可以判斷，當(dāng)線圈經(jīng)過丁圖的位置時，電流由A向B流動。再轉(zhuǎn)過90，線圈處于起始位置，與甲圖位置相同，線圈中沒有感應(yīng)電動勢。線圈在不斷轉(zhuǎn)動，電路中電流的方向也就不斷改變，交變電流就是這樣產(chǎn)生的。2中性面（1）中性面線圈平面與磁感線垂直的位置，或瞬時感應(yīng)電動勢為零的位置。（2）中性面的特點線圈處于中性面位置時，穿過線圈的磁通量最大，但0；線圈經(jīng)過中性面，線圈中感應(yīng)電流的方向要改變。線圈轉(zhuǎn)一周，感應(yīng)電流方向改變兩次。三、交變電流的變化規(guī)律1交變電流的瞬時值如果線圈從中性面開始計時，逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，角速度為，經(jīng)時間t，線圈轉(zhuǎn)到圖示位置，AB邊與CD邊的速度方向與磁場方向夾角為t，如圖所示。設(shè)ABCDl1，BCADl2，磁感應(yīng)強度為B。問題：這時AB邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢多大？分析：，eabBl1l2sint問題：CD邊中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢跟AB邊中感應(yīng)電動勢大小關(guān)系怎樣？又是怎樣連接的？此時整個線圈中感應(yīng)電動勢多大？分析：CD邊中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢跟AB邊中感應(yīng)電動勢大小相等，兩者又是串聯(lián)在一起，此時整個線圈中感應(yīng)電動勢為：eeabecdBl1l2sint從上面的推證可以看出，在勻強磁場中，勻速轉(zhuǎn)動的線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢是按正弦規(guī)律變化的。瞬時表達式：eBl1l2sintBSsint對N匝相同的線圈，相當(dāng)于N個完全相同的電源串聯(lián)。則eNBSsint其中最大值EmNBS，所以eEmsint當(dāng)線圈和用電器構(gòu)成回路時，根據(jù)閉合電路的歐姆定律有isint最大值Im，所以iImsint當(dāng)交變電流通過電阻R時，根據(jù)歐姆定律，UIR，電阻兩端的電壓跟通過電阻的電流成正比，所以電壓也按正弦規(guī)律變化。uUmsint總結(jié)：交變電流的瞬時值表達式eEmsintiImsintuUmsint2交變電流的峰值交變電流的最大值叫做峰值，其表達式為EmNBSImUmImR【鞏固練習(xí)】如轉(zhuǎn)t60，150，210，300時，請學(xué)生分別計算感應(yīng)電動勢的大小和方向？總結(jié)：在規(guī)定正方向后，eEmsint，既能表示電動勢大小，又能表示電動勢方向。3交變電流的類型（1）正弦式交變電流按正弦規(guī)律變化的交變電流叫做正弦式交變電流，簡稱正弦式電流。正弦式電流是最簡單又最基本的交變電流。電力系統(tǒng)中應(yīng)用的大多是正弦式電流。家庭電路中的交變電流就是正弦式交變電流。（2）其它形式的交變電流實際中應(yīng)用的交變電流，不只限于正弦交變電流，它們隨時間的變化規(guī)律是各種各樣的。在電子技術(shù)中也常遇到其他形式的交變電流。幾種交變電流的波形。4交變電流的圖象電動勢、電流與電壓的瞬時值與時間的關(guān)系可以用正弦曲線來表示，如下圖所示：四、交流發(fā)電機1交流發(fā)電機的組成（1）電樞和磁極交流發(fā)電機構(gòu)造比模型復(fù)雜得多，但基本組成都是有產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的線圈（通常叫電樞）和產(chǎn)生磁場的磁極。（2）轉(zhuǎn)子和定子轉(zhuǎn)動的部分稱為轉(zhuǎn)子，不動的部分稱為定子。2交流發(fā)電機的種類（1）旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機電樞轉(zhuǎn)動，磁極不動的發(fā)電機，叫做旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機。（2）旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機磁極轉(zhuǎn)動，而電樞不動的發(fā)電機，叫做旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機。（3）兩種發(fā)電機的優(yōu)缺點旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機經(jīng)過裸露的滑環(huán)和電刷引到外電路，同時轉(zhuǎn)動的電樞又不可能很大，產(chǎn)生的電壓一般不超過500V。旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機克服了上述缺點，能夠產(chǎn)生幾千伏到幾