§５.１交变电流 （选修３－２）
执教：常熟市浒浦中学 温卫国
［教学三维目标］：
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（小电珠发光强弱的变化、电流表指针偏转方向的变化、二极管发光的变化）。
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，感受运用数学知识在推导物理规律过程中所带来的愉悦感。
［自主预习］：
一、交变电流：
1、交变电流： 和 都随时间做周期性变化的电流。
2、直流电： 不随时间变化的电流。
二、交变电流的产生：
1、分析教材P32上图5. 1-3，线圈在匀速转动过程中，线圈的 边和 边在作切割磁感线运动。
2、当线圈平面处于与匀强磁场垂直的位置时，通过线圈的磁通量最大，该位置称为
面，此位置线圈两边切割磁感线的有效速度为 ，此时电路中的感应电流为 。
3、当线圈平面处于与匀强磁场平行的位置时，通过线圈的磁通量Φ= ，此时线圈两边切割磁感线的有效速度为最 ，此时电路中的感应电流为最 。
三、交变电流变化的规律
１、请思考：⑴感应电动势的大小如何变化？即在线圈在什么位置感应电动势有最大值？在什么位置有最小值？对应的磁通量与磁通量变化快慢如何？
⑵感应电动势的方向怎样改变？在什么位置电流方向发生改变？线圈旋转一周，电流方向改变 次。
２、正弦式电流的函数表达式：
（1）电动势瞬时值：e=
（2）电流瞬时值： i=
（3）电压瞬时值： u=
3、如何用图象表示交变电流
［教学过程］：
［演示实验1］
用手摇发电机连接小电珠，摇动发电机，观察小电珠的发光情况。
［问题1］小灯珠的闪烁，说明了什么问题？
［演示实验2］
手摇发电机连接两个发光二极管（说明：单向导电），摇动发电机，观察二极管发光情况。
［问题2］二极管轮流发光说明什么问题？
［演示实验3］
再将手摇发电机模型与示教电流表组成闭合电路,当线框缓慢转动(或快速摆动)时,观察到什么?
［问题3］示教电流表指针左右说明什么问题？
电流的分类
交变电流:大小和方向都随时间做周期性的变化，简称交流。
2、直流电: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、交变电流的产生及变化规律
观察交流发电机的示意图（见教材P32—图5.31）
结构：形成磁场的磁极、矩形线圈、金属滑环、电刷
1、中性面：
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=0。
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：（通过课件进行定性分析与定量计算）
位置1 位置2
特点： 特点：
位置3 位置4
特点： 特点：
小结：Φ最大时，V有、E感、I感、都为
φ=0时，V有、E感、I感、都为
单匝线圈旋转产生的最大感应电动势：
Em=BLlω=BSω
N匝线圈旋转产生的最大感应电动势： Em=
N匝线圈旋转产生的瞬时感应电动势：
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：
外电阻R两端的瞬时电压值：
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
4、交变电流的种类
三、课堂练习
【例1】一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化如右图所示。下面说法中正确的（ ）
A、t1时刻通过线圈的磁通量为零
B、t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大
C、t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大
D、每当e转换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大
训练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。
训练2、一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电动势的最大值为311 V，线圈在磁场中转动的角速度是100π rad/s。
（1）写出感应电动势的瞬时值表达式.
（2）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路中的总电阻为100 Ω，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式.在t=1/120s时电流强度的瞬时值为多少？
四、课堂总结
1、交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流
2、直流电流： 方向不随时间做周期性改变的电流
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+r)叫电流的最大值
u=Umsinωt Um=ImR叫电压的最大值
五、课堂反思
六、课后练习
书面完成P34“问题与练习”第3、4、5题。
板书设计（通过PPT）
电流的分类
1、交变电流:大小和方向都随时间做周期性的变化，简称交流。
2、直流电: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。
交变电流的产生及变化规律
1、中性面：
特点：①线圈处于中性面位置时,穿过线圈Φ最大,但线圈两边垂直切割磁
线的速度为零，感应电动势为0，同时也说明=0
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、交变电流的产生及其变化规律：
正弦式电流的函数表达式：
（1）电动势瞬时值：
（2）电流瞬时值：
（3）电压瞬时值：
3、正弦式电流的图象
4、交变电流的种类
课件43张PPT。各 位
迎 老
欢 师执教：常熟市浒浦中学 温卫国 班级：常熟市中学高二（3）班 听 课 指 导第一节 交变电流第五章 交变电流【演示1】观察小灯泡的发光情况【演示2】观察二极管的发光情况F12 【演示3 】 现象：电流表指针左右摆动1.交变电流:
大小和方向都随时间做周期性的变化.
简称交流（AC） 2.直流电:
方向不随时间变化的电流（DC）
恒定电流:大小和方向不随时间变化的电流
一、电流的分类(4)(1)(3)(2)(6)(5)iiiiii000000观察下列几个电流与时间的图象,判断哪些是交变电流?(2) (4) (6)
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试一试
RVBPQ手摇发电机线圈（转子） 磁铁（定子）电刷的作用：连接线圈与外电路二、交变电流的产生 及变化规律1、中性面的特点： ①线圈处于中性面位置时,穿过线圈的磁通量Φ最大,但线圈两边切割磁感线的有效速度为0，感应电动势为0，磁通量变化率为0。
②线圈越过中性面,线圈中电流方向要发生改变，线圈旋转一周,感应电流方向改变两次。注意2、交变电流规律（1）单匝线圈旋转产生的最大感应电动势：Em=BLlω=BSω（2）N匝线圈旋转产生的最大感应电动
势：Em=NBSω（3）N匝线圈旋转产生的瞬时感应电动势：其中Em=NBSω瞬时值 峰值 （4）N匝线圈旋转产生的瞬时电流值和电阻两端的瞬时电压值。（整个线圈的内阻为r,外电阻为R）R其中Em= NBSω交变电流的瞬时表达式 3、正弦式电流的图象
其中Em=NBSω （1）e-t图象bc （2）i-t图象（规定感应电流正方向为badcb）bc4.交变电流的种类【例1】一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示。下面说法中正确的
A．t1时刻通过线圈的磁通量为零（ ）
B．t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大
C．t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大
D．每当e转换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大D三
课
堂
练
习【训练1】线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交变电流的图象如图所示，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 ACD【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，
（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。思考1、最大值发生在什么位置？ 2、如图示位置开始计时，则表达式
又如何？ 3、能否写出磁通量随时间的变化规律？
设时间t=0时线圈平面与磁
感线垂直。【训练2】一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电动势的最大值为311 V，线圈在磁场中转动的角速度是100π rad/s。 （1）写出感应电动势的瞬时值表达式.
（2）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路中的总电阻为100 Ω，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式.在t=1/120s时电流强度的瞬时值为多少？ （1） e=311sin 100πt
（2） 因Im=Em/R=3.11A,故瞬时表达式为:
i=3.11sin100πt
当 t=1/120s时,i=3.06A
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+r)叫电流的最大值
u=Umsinωt Um=ImR叫电压的最大值 四、课堂总结2、直流电流： 方向不随时间做周期性改变的电流 思考1：若线框从垂直于中性面开始计时，感应电动势的瞬时值如何表达？并画出图象。e=nBsωcosωt=EmcosωtEm五、课堂反思 思考2：如线圈转动角速度增大一倍，瞬时表达式如何？e=2NBSωsin2ωt如线圈匝数增大一倍呢？e=2NBSωsinωt 思考3：利用楞次定律如何判断 感应电流的方向？ 思考4：如何利用法拉第电磁感应定
律计算感应电动势的最大值？θΦ1=0Φ2=BSsinθ=BSsinωt
≈BSωtΔΦ= Φ2-Φ1=BSωt 思考5：最大电动势的大小 与转轴的位置是否有关？ 结论：最大电动势的大小与转轴的位置无关 L1L2 思考6：最大感应电动势与线圈的形状是否有关？ 如图所示， ABC 是直角三角形线框，其中AC长为L1，BC长为它L2，以 AC 为转轴，在磁感应强度为 B 的恒定的匀强磁场中以恒定的角速度ω转动，请计算最大感应电动势。L1L2结论：最大电动势的大小与线圈的形状无关 L1L2思考7：【演示1】中小灯泡为什么会闪亮?小灯泡一个周期中闪亮几次?换成二极管呢?交流发电机简介作业：1、课下阅读“科学漫步”,进一步了解有关交流发电机的知识。
2、书面完成P34“问题与练习”第3、4、5题。 谢谢大家
