物理：《交流电流是怎样产生的》教案（鲁科版选修3-2）

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3.2 交流电是怎样产生的
［课时安排］： 1课时
［教学目标］：
1、 知识与技能
(1)．知道正弦交流电是矩形线框在匀强磁场中匀速转动产生的．知道中性面的概念．
　 （2）．掌握交变电流的变化规律及表示方法，理解描述正弦交流电的物理量的物理含义．
　　（3）．理解正弦交流电的图像，能从图像中读出所需要的物理量．
　　（4）．理解交变电流的瞬时值和最大值，能正确表达出正弦交流电的最大值、有效值、瞬时值．
　　（5）．理解交流电的有效值的概念，能用有效值做有关交流电功率的计算
1、 过程与方法：
（1）掌握描述物理规律的基本方法——文字法、公式法、图像法．
　（2）．培养学生观察能力、空间想象能力、立体图转化为平面图进行处理问题的能力．
　（3）．培养学生运用数学知识解决处理物理问题的能力．
1、 情感态度与价值观：
培养学生爱国主义精神及为富民强国认真学习的精神．
［教学重点］：交变电流产生的物理过程的分析及中性面的特点．
［教学难点］：（1）交变电流产生的物理过程的分析.
（2）当线圈处于中性面时磁通量最大，而感应电动势为零．当线圈处于平行磁感线时，通过线圈的磁通量为零，而感应电动势最大．即 ， 有最大值； ， 的理解．
［教学器材］：投影仪、投影片、演示电流计、交流发电机模型
［教学方法］：实验+启发式
［教学过程］：
（一）引入新课：
一、知识回顾
教师：如何产生感应电流？
　　请运用电磁感应的知识，设计一个发电机模型．
学生设计：让矩形线圈在匀强磁场中匀速转动．
（二）进行新课[来源:21世纪教育网]
1、交变电流的产生
演示1：出示手摇发电机模型，并连接演示电流表．
　　当线圈在磁场中转动时，电流表的指针随着线圈的转动而摆动，线圈每转动一周指针左右摆动一次．
表明电流强度的大小和方向都做周期性的变化，这种电流叫交流电．
2、交变电流的变化规律
投影显示：矩形线圈在匀强磁场中匀速转动的四个过程．
分析：线圈bc、da始终在平行磁感线方向转动，因而不产生感应电动势，只起导线作用．21世纪教育网
　　（1）线圈平面垂直于磁感线（a图），ab、cd边此时速度方向与磁感线平行，线圈中没有感应电动势，没有感应电流．
教师强调指出：这时线圈平面所处的位置叫中性面．
中性面的特点：线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大，感应电动势最小为零，感应电流为零．
　　（2）当线圈平面逆时针转过 时（b图），即线圈平面与磁感线平行时，ab、cd边的线速度方向都跟磁感线垂直，即两边都垂直切割磁感线，这时感应电动势最大，线圈中的感应电流也最大．
　　（3）再转过 时（c图），线圈又处于中性面位置，线圈中没有感应电动势．
　　（4）当线圈再转过 时，处于图（c）位置，ab、cd边的瞬时速度方向，跟线圈经过图（b）位置时的速度方向相反，产生的感应电动势方向也跟在（图b）位置相反．
　　（5）再转过 线圈处于起始位置（d图），与（a）图位置相同，线圈中没有感应电动势．
　　在场强为 的匀强磁场中，矩形线圈边长为 ，逆时针绕中轴匀速转动，角速度为 ，从中性面开始计时，经过时间 ．线圈中的感应电动势的大小如何变化呢？
　　线圈转动的线速度为 ，转过的角度为 ，此时ab边线速度 以磁感线的夹角也等于 ，这时ab边中的感应电动势为：
　　同理，cd边切割磁感线的感应电动势为：
　　就整个线圈来看，因ab、cd边产生的感应电势方向相同，是串联，所以当线圈平面跟磁感线平行时，即 ，这时感应电动势最大值 ；
．
　　感应电动势的瞬时表达式为：
　　可见在匀强磁场中，匀速转动的线圈中产生的感应电动势是按正弦规律变化的．即感应电动势的大小和方向是以一定的时间间隔做周期性变化．
　　当线圈跟外电路组成闭合回路时，设整个回路的电阻为 ，则电路的感应电流的瞬时值为表达式 ．
　　感应电流瞬时值表达式为 ，这种按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流．
3、交流电的图像
　　交流电的变化规律还可以用图像来表示，在直角坐标系中，横轴表示线圈平面跟中性面的夹角（或者表示线圈转动经过的时间 ），纵坐标表示感应电动势 （感应电流 ）．21世纪教育网
4、交流发电机
　　（1）发电机的基本组成
　　①用来产生感应电动势的线圈（叫电枢）．
　　②用来产生磁场的磁极．
　　（2）发电机的基本种类
　　①旋转电枢式发电机（电枢动磁极不动）．
　　②旋转磁极式发电机（磁极动电枢不动）．
无论哪种发电机，转动的部分叫转子，不动的部分叫定子．
（三）课堂练习
1．讲评作业题（53页练习3.4.5题）
（四）小结
　　1、交流电的产生
　　强度和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流．
　　2、交流电的变化规律
　　感应电动势的瞬时表达式为： ．
　　感应电流瞬时值表达式： ．
　　3、交流电的图像
　　4、交流发电机21世纪教育网
　　（1）发电机的基本组成：①电枢．②磁极．
　　（2）发电机的基本种类:①旋转电枢式发电机．②旋转磁极式发电机．
1．电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比．这就是法拉第电磁感应定律E=n△Φ/△t
2．导体做切割磁感线运动时产生感应电动势大小表达式E＝Blvsinθ．
（五）布置作业：
21世纪教育网
［教学反思］
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