课件22张PPT。5.1 交变电流学习目标问题：从墙面插座孔中获得电流与手电筒中的电流有什么不同吗？1、直流电流(DC)2、交变电流(AC)一、交变电流的概念 方向不随时间变化的电流称为直流。电池供给的电流,大小和方向都不随时间变化,所以属于直流. 家庭电路中的电流,大小和方向都随时间做周期性变化,这样的电流叫做交变电流。 思考:交变电流的大小是否一定变化?这与直流电的最大区别是什么?1．在如图所示的几种电流随时间变化的图象中，属于直流电流的是 ，属于交变电流的是 。１、２３、４、５、６课堂练习注意：大小不变方向改变的电流也是交流。教学录像:用示波器观察交流电通过二极管前后的波形二、(正弦式）交流电的产生过程线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,线圈中就会产生正弦交变电流.实验现象：把检流计接到模型发电机
的两端，转动发电机的手柄，两个磁
极之间的线圈随着转动，可以看到，
检流计的指针左右摆动．实验结论：这表明教学用发电机产生
的电流，大小和方向都在不断地变化，
是一种交变电流．演示实验过程分析 1. 在图中，在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？
2. 在线圈由丙转到丁的过程中，AB边中的电流向哪个方向流动？
3. 当线圈转到什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置时线圈中的电流最大？
4. 大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线，从E流向F的电流记为正，反之为负。在横坐标上标出线圈到达甲、乙、丙、丁几个位置时对应的时刻。
问题链设计：动态模拟交流发电机的示意图2、矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，所产生的交变电流的波形如图所示，下列说法中正确的是 （ ）
A.在t1时刻穿过线圈的磁通量达到峰值
B.在t2时刻穿过线圈的磁通量达到峰值
C.在t3时刻通过线圈的磁通量的变化率达到峰值
D.在t4时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值BC点评：正弦式电流产生过程中，熟练掌握线圈处于中性面和垂直于中性面时相关量的特点是解决这类问题关键。如图所示，在磁感应强度B的匀强磁场中，矩形线圈逆时针绕中轴匀速转动，角速度为ω。图中标a的小圆圈表示线圈ab边的横截面，标d的小圆圈表示线圈cd边的横截面,ab、cd长度为L1，ad、bc长度为L2，设线圈平面从中性面开始转动。自主探究：三、（正弦式）交变电流的变化规律 问题链设计： 1.线圈与中性面的夹角是多少？
2. ab边的速度多大？
3. ab边速度方向与磁场方向夹角多大？
4. ab边产生的感应电动势多大？
5.线圈中感应电动势多大？
（1）电动势按正弦规律变化（2）电流按正弦规律变化 （3）电路上的电压按正弦规律变化 电流 通过R时： 成立条件：
转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时1.正弦式交变电流的瞬时值表达式（从中性面计时）et0Em-Emit0Im-Im2.正弦式交变电流的图象3.其他几种不同类型的交流电家庭电路中
正弦式电流示波器中的
锯齿形扫描电压电子电路中的矩形脉冲3、如图所示，ab边长为20cm，ad边长为10cm的矩形单匝线圈，磁场的磁感应强度B＝0.2T，线圈转速n＝100r/s.求：
(1)线圈产生的感应电动势的最大值；
(2)若从中性面计时，经过 s时线圈电动势的瞬时值是多大？点评：明确最大值与瞬时值的区别，正弦交流电的产生实质是电磁感应现象，通过对瞬时值表达式的推导要加深对交流电产生及规律的认识，明确各物理量的含义．
当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，产生感应电动势的最大值Em＝NBSω，S＝l1l2，即Em仅由E、B、S、ω四个量决定，与轴的具体位置和线圈的形状都是无关的．1．交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流。3．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：
e=Emsinωt Em=NBSω叫电动势的最大值
i=Imsinωt Im=Em/R叫电流的最大值
u=Umsinωt Um=ImR叫电压的最大值 2．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，线圈中就会产生交变电流。5.1交变电流 小结谢谢大家jys200512@163.com13943869756课件作者：金迎时工作单位：吉林省乾安县第四中学《交变电流》教学设计
一、教学目标：
1、知识与技能
（1）理解交变电流的产生，区别交流和直流。
（2）理解交变电流的产生原理，知道什么是中性面。
（3）掌握交变电流的变化规律，会写出交变电流的瞬时值表达式，会用图象表示，理解峰值的含义。
2、过程与方法
（1）结合演示实验，体会交直流电的区别，采取由感性到理性，由定性到定量逐步深入的方法，导出交变电流的变化规律。
（2）运用数学规律，研究解决物理问题。
3、情感、态度与价值观
（1）体现实验乐趣，进一步提高对新问题的观察、分析和推理能力。
（2）通过对物理规律的定性、定量的推导，体验探究发现的乐趣，培养探究物理规律的能力。
二、教学重点：交变电流产生原理和变化规律，中性面，瞬时值，峰值。
三、教学难点：对交变电流产生原理的理解。
四、教学方法：讲授法、演示实验、小组讨论
五、教学流程
六、教学过程
（一）引入：介绍19世纪美国交直流大战，引入交流电。
（直流电：爱迪生，交流电：尼古拉。特斯拉）
演示实验:
1、观察直流和交变电流的波形图
实验电路如图所示。
实验器材：示波器、滑动变阻器、电池(3V)、开关及导线。
实验操作：
①X轴扫描置于“10～100 Hz”挡，调节扫描线成一直线并与横坐标轴重合。
②Y轴衰减置于×10挡，把“DC、AC”开关置于“DC”位置。
③闭合开关S，滑片P自N向M移动，要以看到扫描线为一直线且向上(如电池极性与图中相反则向下)移动。
④将图中的电池改为学生电源的交流输出，电压选择2 V或3 V，把“DC、AC”开关置于“AC”位置。调节滑片自N向M至适当位置，调节Y轴增益旋钮及X轴扫描频率微调旋钮，使屏幕出现1～2个周期的正弦波形。另外，也可以直接观察示波器内提供的50 Hz正弦交流波形。
2、观察教学发电机发出的交变电流
目的：通过演示实验，使学生从感性角度认识交、直流的区别。
实验装置：如图所示。用两个不同颜色的发光二极管连接在教学用发电机的两端，观察两个发光二极管的发光情况。
实验操作：实验时开始摇动发电机的速度要慢，可以观察到两个发光二极管轮流发光的情况；转速微微加快，两个发光二极管几乎同时闪闪发光，就分不出先后了。
注意事项：转速加快后电压增高，可能烧坏发光二极管，所以，有必要在电路中串联一个保护电阻(约330 Q，电阻的大小只影响发光二极管的亮度)，防止发光二极管被烧坏。
（二）交变电流的产生
首先通过介绍手摇发电机的模型告诉学生实际发电机要复杂的多，我们学习的是抽象出来的理想化模型，介绍教科书图5．1—3。用问题链的方式引导学生分析线圈转动1周中电动势和电流的变化，问题的安排有一定的梯度，逐步深入，以降低学习难度，突破这节难点。具体问题设置如下 ：
①教科书图5．1—3中，矩形线圈转动过程中，哪些边会产生电动势?
②只有AB、CD边产生电动势，怎样由立体图画出平面图?注意在平面图基础上分析后续问题。
③在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动?在线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流向哪个方向流动?
④当线圈转到什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置时线圈中的电流最大?这些位置磁通量及磁通量的变化率等还有什么特点?
⑤大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线，从E流向F的电流记为正，反之为负。在横坐标上标出线圈到达甲、乙、丙、丁几个位置时对应的时刻。
在这一环节：学生通过上一章的学习，是可以用楞次定律、法拉第电磁感应定律这些基本原理解决新情境下的这些问题的，同时运用数学图象对物理量随时间的变化情况进行定性描述。
（三）交变电流的规律
对中学生来说，本节要接受许多新名词。如交变电流、正弦式电流、中性面、瞬时值、峰值(以及下一节的有效值)等。要让学生明白这些名词的准确含义是有一定难度的。例如，交变电流从广义上讲，是方向和大小随时间做周期性变化的电动势、电压和电流的统称。而对中性面的理解，要让学生明确：
①中性面是指与磁场方向垂直的平面，此时线圈中的磁通量最大。
②当线圈位于中性面时，线圈中感应电动势为0。
③当线圈再次转过中性面时，感应电动势的方向改变。
1.推导公式e=Emsint
问题情景：如图5—4所示。在磁感应强度B的匀强磁场中，矩形线圈逆时针绕中轴匀速转动，角速度为。图中标a的小圆圈表示线圈ab边的横截面，标d的小圆圈表示线圈cd边的横截面，ab、cd长度为L1，ad、bc长度为L2，设线圈平面从中性面开始转动。则经时间t
①线圈与中性面的夹角是多少?
②ab边的速度多大?
③ab边速度方向与磁场方向夹角多大?
④ab边产生的感应电动势多大?
⑤线圈中感应电动势多大?
引导学生分析：
①线圈的角速度是，经过时间t它与中性面的夹角是t。
②ab边绕中心轴做匀速圆周运动，角速度是，转动半径为，所以ab边的速度是。
③ab边速度方向与磁场方向夹角与线圈从中性面转过的角度相同；也是t。
④ab边产生的感应电动势e1=BL1sint。
⑤线圈中感应电动势e=2BL1sint=BSsint
若线圈有N匝时，相当于N个完全相同的电源串联，e=NBSsint ,令Em=NBS，叫做感应电动势的峰值，e叫做感应电动势的瞬时值。
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=Umsinωt。
这一环节提出的五个小问题，学生都能回答出来。从而和学生一起推导出线圈中感应电动势的表达式。再扩展到线圈有N匝时的表达式，感应电动势的峰值表达式，及瞬时值的概念，电流的瞬时值表达式，电压的瞬时值表达式。
2.用图象表示交变电流的变化规律是一种重要的方法，它形象、直观，易于被学生接受。因此除了采用数学表达式表示电动势、电流与电压与时间的函数关系外，还可以用正弦曲线来表示。
如下图所示：
问题：若线圈从垂直中性面开始记时，瞬时值表达式是什么形式?
学生通过思考能够得出是余弦形式。
3.几种常见的交变电波形
（四）拓展：学生阅读科学漫步
（五）课堂总结（见板书）
（六）巩固练习（例题和课后练习）
