17.1交變電流的產生和變化規(guī)律

1、 17.1 交變電流的產生和變化規(guī)律一、教學目標1.使學生理解交變電流的產生原理，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)學生運用數學知識解決、處理物理問題的能力二、教學重點交變電流產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

2、，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。板書在現代工農業(yè)生產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

3、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交變電流的產生設問：矩形線圈在勻強磁場中勻速轉動，為什么會產生交變電流呢？討論課文圖172，發(fā)電機的工作原理。（甲） （乙） （丙） （?。?（戊）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，在線框中產生感應電動勢，在電路中就產生感應電流。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)現此時感應電動勢最大。繼續(xù)轉動線框，當學生發(fā)現指針偏角最小，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

4、、感應電動勢為零。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。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，線框中產生感應電流，根據右手定則可知，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，線框中產生感應電流，根據右手定則可知，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

5、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，經時間t線框轉過的角度是t，ab邊的線速度v的方向跟磁感線方向的夾角也等于t，ab邊的長度為L，磁感強度為B，則ab邊的感應電動勢是EabBlvsinta(b)d(c)戊vvCd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，所以這一瞬間整個線框中的感應電動勢e2 Blvsint令Em2 Blvt(s)e(i,u)0Em-Em即eEm sintie/REm sint/R=Imsint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

6、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：用來產生感應電動勢的線圈（叫電樞）用來產生磁場的磁極（2）發(fā)電機的基本種類旋轉電樞式發(fā)電機（電樞動磁極不動）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，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

7、電流的最大值為多少？（4）線圈中的電流瞬時表達式（三）課堂練習：1、交流電的電流-時間圖像如圖所示，電流為零的時刻是 ，這些時刻線圈與中性面的夾角為 。電流最大的時 ，這時線圈平面于中性面的夾角為 。2、對于正弦交流電，下列說法正確的是： （ ）（1）線圈轉動一周，電流大小改變兩次（2）線圈轉動一周，電流大小不變。 A、 線圈轉動一周，電流大小隨時改變 線圈轉動一周，電流大小改變四次3、手搖發(fā)電機轉動時，小燈泡為何一閃一閃的呢？（1）燈泡發(fā)光需要一定的電壓，當U定>Um時，就能使燈泡發(fā)光。（2）如圖所示，當T1<t<T2時間內，小燈泡亮了，當T2<t<T3時間內，

8、小燈泡變暗了，在T3<t<T4時間內小燈泡又亮了。（3）小燈泡在線圈轉動一周的過程中，閃亮兩次。這充分證明：交變電流的強度是隨時間做周期變化。（四）小結：1、交流電的產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= Bssint=msint感應電流瞬時值表達式 i=Imsint3、交流電的圖像4、交流發(fā)電機（1）發(fā)電機的基本組成：電樞磁極（2）發(fā)電機的基本種類:旋轉電樞式發(fā)電機旋轉磁極式發(fā)電機（四）作業(yè)布置1認真閱讀教材2練習一（1）題3正弦交流電Em310V，電源內阻r 2，當它與外電路R29歐的負載串聯，組成閉合電路時，電路中的最大電流Im=?2某一交變電流如圖示(1)該圖表示線框在何處開始計時？(2)線框在哪些時刻處于中性面？(3)tM、tN時線框分別處于與中性面夾角多大處？(4)對照實物或側視圖分析tM、tN時刻電流方向？(5)說出eEmsint既表示電動勢大小，又表示方向的理由？教師簡單就演示物介紹發(fā)電機的構造及分類。板書設計1交變電流的產生（1）產生原理：線框在勻強磁場中轉動（2）過程分析甲：SBmaxBS，e0，中性面乙：SB