交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律

1、交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)1、知道正弦交流電是矩形線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的知道中性面的概念2、掌握交變電流的變化規(guī)律及表示方法，理解描述正弦交流電的物理量的物理含義3、理解正弦交流電的圖像，能從圖像中讀出所需要的物理量4、理解交變電流的瞬時(shí)值和最大值，能正確表達(dá)出正弦交流電的最大值、有效值、瞬時(shí)值5、理解交流電的有效值的概念，能用有效值做有關(guān)交流電功率的計(jì)算 能力目標(biāo)1、掌握描述物理規(guī)律的基本方法文字法、公式法、圖像法2、培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、空間想象能力、立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖進(jìn)行處理問題的能力3、培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決處理物理問題的能力 情感目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生愛國(guó)主義精神及為富民強(qiáng)

2、國(guó)認(rèn)真學(xué)習(xí)的精神  教學(xué)建議教材分析以及相應(yīng)的教法建議 1、交流與直流有許多相似之處，也有許多不同之處學(xué)習(xí)中我們特別要注意的是交流與直流的不同之處，即交流電的特殊之處這既是學(xué)習(xí)、了解交流電的關(guān)鍵，也是學(xué)習(xí)、研究新知識(shí)的重要方法在與已知的知識(shí)做對(duì)比中學(xué)習(xí)和掌握新知識(shí)特點(diǎn)的方法，是物理課學(xué)習(xí)中很有效和很常用的方法在學(xué)習(xí)交變電流之前，應(yīng)幫助學(xué)生理解直流電和交流電的區(qū)別其區(qū)別的關(guān)鍵是電流方向是否隨時(shí)間變化同時(shí)給出了恒定電流的定義大小和方向均不隨時(shí)間變化2、對(duì)于交變電流的產(chǎn)生，課本采取由感性到理性，由定性到定量，逐步深入的講述方法為了有利于學(xué)生理解和掌握，教學(xué)中要盡可能用示波器或模型配合講解教

3、學(xué)中應(yīng)注意讓學(xué)生觀察教材中的線圈通過4個(gè)特殊位置時(shí)電表指針的變化情況，分析電動(dòng)勢(shì)和電流方向的變化，使學(xué)生對(duì)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周中電動(dòng)勢(shì)和電流的變化有比較清楚的了解有條件的，還可以要求學(xué)生運(yùn)用已學(xué)過的知識(shí)，自己進(jìn)行分析和判斷3、用圖像表示交變電流的變化規(guī)律，是一種重要方法，它形象、直觀、學(xué)生易于接受要注意在學(xué)生已有的圖像知識(shí)的基礎(chǔ)上，較好地掌握這種表述方法更要讓學(xué)生知道，交變電流有許多種，正弦電流只是其中簡(jiǎn)單的一種課本中用圖示的方法介紹了常見的幾種，以開闊學(xué)生思路，但不要求引伸4、在這一節(jié)中學(xué)生要第一次接受許多新名詞，如交變電流、正弦電流、中性面、瞬時(shí)回值、最大值（以及下一節(jié)的有效值）等等要讓學(xué)生明白這

4、些名詞的準(zhǔn)確含義特別是對(duì)中性面的理解，要讓學(xué)生明確，中性面是指與磁場(chǎng)方向垂直的平面當(dāng)線圈位于中性面時(shí)，線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中通過中性面時(shí)，其中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向要改變5、課本上介紹的交變電流的產(chǎn)生，實(shí)際上是正弦交流電的產(chǎn)生以矩形線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)為模型，以線框通過中性面為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，得到電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間滿足正弦變化的交變電流這里可以明確指出，電動(dòng)勢(shì)的最大值由線框的匝數(shù)、線框面積、轉(zhuǎn)動(dòng)角速度和磁感應(yīng)強(qiáng)度共同決定6、課本將線框的位置與產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的對(duì)應(yīng)起來，意圖是幫助學(xué)生建立起鮮明的形象，把物理過程和描述它的物理規(guī)律對(duì)應(yīng)起來教師可以通過一些問題的提問，幫助學(xué)生理解有關(guān)內(nèi)容，例如，如果在線

5、框轉(zhuǎn)到線框平面與磁感線平行時(shí)開始計(jì)時(shí)，它產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的圖像應(yīng)是什么樣的？7、交流電的有效值、周期等概念的學(xué)習(xí)重在理解交流電的有效值概念是本章的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)課本中的交流電有效值定義特別強(qiáng)調(diào)是從使電阻產(chǎn)生熱量等效這一方面來定義交流電的有效值的教材中直接給出了正弦交流電流的有效值與最大值的關(guān)系式，但不要求證明，為了讓學(xué)生更好地理解和熟悉有效值，課本上已經(jīng)指出，交流電壓表和電流表的示數(shù)都是有效值，家用電器上的標(biāo)稱也是有效值交流電的周期描述交流電的變化快慢在一個(gè)周期時(shí)間內(nèi)，交流電完成一次完全變化在實(shí)際生活中，經(jīng)常能見到的是交流電的頻率我國(guó)民用交流電的頻率是50HZ在一些歐美國(guó)家，交流電的頻率

6、是60HZ8、交流電的最大值、有效值、周期和頻率都是描述交流電某一方面的特性，而交流電的圖像卻可以全面反映某一交流電的情況所以，要求學(xué)生能夠從交流電的圖像中得到描述交流電的各個(gè)物理量教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)分析以及解決辦法1、重點(diǎn)：交變電流產(chǎn)生的物理過程的分析及中性面的特點(diǎn)2、難點(diǎn)：交變電流產(chǎn)生的物理過程的分析3、疑點(diǎn)：當(dāng)線圈處于中性面時(shí)磁通量最大，而感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零當(dāng)線圈處于平行磁感線時(shí)，通過線圈的磁通量為零，而感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大即 ， 有最大值； ， 的理解4、解決辦法：通過對(duì)矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)一周的實(shí)物演示，立體圖結(jié)合側(cè)視圖的分析、特殊位置結(jié)合任一位置分析使學(xué)生了解交變電流的大小和方向是如何變

7、化的通過側(cè)視圖分析線圈運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向 之間關(guān)系，利用導(dǎo)體切割磁場(chǎng)線方法來處理，使問題容易理解 教學(xué)設(shè)計(jì)方案交流電的產(chǎn)生和變化規(guī)律教學(xué)用具：交流發(fā)電機(jī)模型、演示電流表教學(xué)過程：一、知識(shí)回顧教師：如何產(chǎn)生感應(yīng)電流？請(qǐng)運(yùn)用電磁感應(yīng)的知識(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)發(fā)電機(jī)模型學(xué)生設(shè)計(jì)：讓矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)二、新課教學(xué)：1、交變電流的產(chǎn)生演示1：出示手搖發(fā)電機(jī)模型，并連接演示電流表當(dāng)線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電流表的指針隨著線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)而擺動(dòng)，線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周指針左右擺動(dòng)一次表明電流強(qiáng)度的大小和方向都做周期性的變化，這種電流叫交流電2、交變電流的變化規(guī)律投影顯示：矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的四個(gè)過程分析：

8、線圈bc、da始終在平行磁感線方向轉(zhuǎn)動(dòng)，因而不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，只起導(dǎo)線作用（1）線圈平面垂直于磁感線（甲圖），ab、cd邊此時(shí)速度方向與磁感線平行，線圈中沒有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，沒有感應(yīng)電流教師強(qiáng)調(diào)指出：這時(shí)線圈平面所處的位置叫中性面中性面的特點(diǎn)：線圈平面與磁感線垂直，磁通量最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小為零，感應(yīng)電流為零（2）當(dāng)線圈平面逆時(shí)針轉(zhuǎn)過 時(shí)（乙圖），即線圈平面與磁感線平行時(shí)，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(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，線圈中的感應(yīng)電流也最大（3）再轉(zhuǎn)過 時(shí)（丙圖），線圈又處于中性面位置，線圈中沒有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（4）當(dāng)線圈再轉(zhuǎn)過 時(shí)，處于圖（丁）位置，ab、cd邊

9、的瞬時(shí)速度方向，跟線圈經(jīng)過圖（乙）位置時(shí)的速度方向相反，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向也跟在（圖乙）位置相反（5）再轉(zhuǎn)過 線圈處于起始位置（戊圖），與（甲）圖位置相同，線圈中沒有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在場(chǎng)強(qiáng)為 的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，矩形線圈邊長(zhǎng)為 ，逆時(shí)針繞中軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度為 ，從中性面開始計(jì)時(shí)，經(jīng)過時(shí)間 線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小如何變化呢？線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度為 ，轉(zhuǎn)過的角度為 ，此時(shí)ab邊線速度 以磁感線的夾角也等于 ，這時(shí)ab邊中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：同理，cd邊切割磁感線的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：就整個(gè)線圈來看，因ab、cd邊產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)方向相同，是串聯(lián)，所以當(dāng)線圈平面跟磁感線平行時(shí)，即 ，這時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值 ；感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬

10、時(shí)表達(dá)式為： 可見在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是按正弦規(guī)律變化的即感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向是以一定的時(shí)間間隔做周期性變化當(dāng)線圈跟外電路組成閉合回路時(shí)，設(shè)整個(gè)回路的電阻為 ，則電路的感應(yīng)電流的瞬時(shí)值為表達(dá)式 感應(yīng)電流瞬時(shí)值表達(dá)式為 ，這種按正弦規(guī)律變化的交變電流叫正弦式電流3、交流電的圖像交流電的變化規(guī)律還可以用圖像來表示，在直角坐標(biāo)系中，橫軸表示線圈平面跟中性面的夾角（或者表示線圈轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過的時(shí)間 ），縱坐標(biāo)表示感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) （感應(yīng)電流 ）4、交流發(fā)電機(jī)（1）發(fā)電機(jī)的基本組成用來產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的線圈（叫電樞）用來產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁極（2）發(fā)電機(jī)的基本種類旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)（電樞動(dòng)磁極不動(dòng)）旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)（磁極動(dòng)電樞不動(dòng)）無論哪種