（新人教版选修3-2）物理：5.1《交变电流》
文档属性
| 名称 | （新人教版选修3-2）物理：5.1《交变电流》 |  | |
| 格式 | rar | ||
| 文件大小 | 2.5MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2010-08-23 19:22:00 | ||
图片预览
文档简介
课件40张PPT。第五章《交变电流》第一节 《交变电流》教 学 目 标 （一）知识与技能
1．使学生理解交变电流的产生原理，知道什么是中性面。
2．掌握交变电流的变化规律及表示方法。
3．理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准确含义。
（二）过程与方法
1．掌握描述物理量的三种基本方法（文字法、公式法、图象法）。
2．培养学生观察能力，空间想象能力以及将立体图转化为平面图形的能力。
3．培养学生运用数学知识解决物理问题的能力。（三）情感、态度与价值观
通过实验观察，激发学习兴趣，培养良好的学习习惯，体会运用数学知识解决物理问题的重要性
教学重点
交变电流产生的物理过程的分析。
教学难点
交变电流的变化规律及应用。
教学方法
演示法、分析法、归纳法
教学手段
手摇单相发电机、小灯泡、示波器、多媒体教学课件、示教用大的电流表 1、直流电流(DC)方向不随时间变化的电流2、交变电流(AC)大小和方向都随时间做周期性变化的电流一、交变电流的概念交变电流可以变成直流！交变电流是如何产生的呢？交流发电机模型二、交变电流的产生做一做1、线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动二、交变电流的产生2、过程分析（1）在线圈转动的过程中，那些边会产生感应电动势？ab边 cd边（2）怎样将立体图转化为平面图？将立体图转化为平面图（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？ 丙转到丁呢？（4）线圈转到什么位置，电流最小（没有电流）？
线圈转到什么位置，电流最大？由a→b由b→aB⊥SΦ最大E=0I=0中性面垂直磁场方向的平面叫做中性面。线圈经过中性面时，Φ最大，但线圈中的电动势为零2、过程分析(V // B)判断此位置有没有感应电流，方向怎么样？B∥SΦ=0E最大I最大感应电流方向a到b线圈与磁场平行时，Φ最小，但线圈中的电动势最大(V⊥B)判断此位置有没有感应电流，方向怎么样？B⊥SΦ最大E=0I=0中性面B∥SΦ=0E、I最大感应电流方向b到aV // BV⊥B（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？ 丙转到丁呢？（4）线圈转到什么位置，电流最小（没有电流）？
线圈转到什么位置，电流最大？由a→b由b→a线圈转到甲、丙位置时线圈中没有电流；
转到乙、丁位置时线圈中电流最大！线圈转动一周，
多少次经过中性面?
电流方向改变多少次?思考与讨论 1.中性面：垂直磁场方向的平面．
（1）线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大φ=BS，但△φ/△t =0最小，（ ab和cd边都不切割磁感线），线圈中的感应电动势为零．
（2）线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈转动一周，两次经过中性面，电流方向改变两次．
2.线圈平行与磁感线时，φ=0,△φ/△t最大，感应电动势最大。以线圈经过中性面开始计时，切割边L1，另一边L2,推导任意时刻t线圈中的感应电动势∴令则有 e为电动势在时刻t的瞬时值，
Em为电动势的最大值（峰值）NBSω=NBSω三、交变电流的变化规律 1、电动势按正弦规律变化2、电流按正弦规律变化 3、电压按正弦规律变化 电流i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四、交流电的图像 四、交流电的图像 et0Em-Emit0Im-Im(1)正弦交流电(2)示波器中的锯齿波扫描电压(3)电子计算机中的矩形脉冲(4)激光通信中的尖脉冲五、交变电流的种类 ２、交流电的产生：矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速旋转时，线圈中就产生 ． １、交变电流： 和 都随时间做 的电流叫做交变电流．电压和电流随时间按 变化的交流电叫正弦交流电 大小方向正弦规律正弦交流电周期性变化课堂练习 ３、当线圈平面垂直于磁感线时，线圈各边都不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这样的位置叫做 ．线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，因此线圈转动一周，感应电流方向改变 ．中性面两次４、线圈从中性面开始转动，角速度是ω，线圈中的感应电动势的峰值是Em，那么在任一时刻t感应电动势的瞬时值e为 ．若电路总电阻为Ｒ，则感应电流的瞬时值Ｉ为 ．e=Emsinωti=(Em/R)·sinωt六、交流发电机1、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、种类 ①旋转电枢式发电机 ②旋转磁极式发电机转动的部分叫转子，不动的部分叫定子５、交流发电机有两种，即 、 ．其中转动的部分叫 ，不动的部分叫 ．发电机转子是由 、 或其它动力机带动旋转磁极式旋转电枢式转子定子水轮机蒸汽轮机6、一矩形线圈,绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面的固定轴转动,线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示,下面说法中正确的是
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的绝对值最大
D.每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值最小C1、知道交变电流定义（AC）：大小和方向都随时间作周期性变化的电流。方向不随时间变化的电流为直流电（DC）。辨析电流图。3、推导和理解交变电流的变化规律：（重难点）
（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。 φ 最大，△φ/△t =0最小，感应电动势最小E=0（2）大小变化规律----按正弦规律变化：（能画出瞬时线速度分解图） e=Emsinωt Em=NBSω叫电动势的最大值（峰值）
i=Imsinωt Im=Em/R+r 叫电流的最大值（峰值）
u=Umsinωt Um=ImR 叫电压的最大值（峰值） 5.1交变电流 小结2、理解交变电流产生的过程：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动产生正弦式交变电流。能画出四幅过程图。 垂直磁场方向的平面叫做中性面。 （重点）电流通过R时：1．在如图所示的几种电流随时间变化的图线中，属于交变电流的是 ，属于正弦交变电流的是 。ABCDA B DA三、课堂练习2 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随时间的变化规律如图所示，下面说法中正确的是( )：
T1时刻通过线圈的磁通量为零；
T2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大；
T3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大；
每当e变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大。 答案： D1. 矩形线圈在匀强磁场中匀速转动。设线圈ab边长为20cm，ad边长为10cm，磁感应强度 B=0.01T，线圈的转速n=50r/s，求：电动势的最大值及对应的线圈位置。0.0628V 线圈平面与磁场方向平行。 2. 如图所示：匝数为N、面积为S的矩形线圈在匀强磁场B中匀速转动，角速度为ω，求线圈从图示位置转过180度时间内的平均感应电动势。练习 一台发电机在产生正弦式电流。如果发电机电动势的峰值为
Em=400V，线圈匀速转动的角速度为ω=314rad/s，试写出电动
势瞬时值的表达式。如果这个发电机的外电路只有电阻元件，总
电阻为2000Ω，电路中电流的峰值是多少？写出电流瞬时值的表
达式。e=EmsinWt=400sin314t解：电动势瞬时值的表达式为：电流峰值为：Im=Em/R=400÷2000=0.2A电流瞬时值的表达式为：i=ImsinWt=2sin314t 4、 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311V，线圈在磁场中转动的角速度100πrad/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，电路的 总电阻为100Ω，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？（3）线圈从中性面转过180度的过程中，电动势的最大值、平均值分别是多少？
（4）转动过程中磁通量的变化率最大值是多少？答案（1）e=311Sin100πt
（2）I=3.11Sin（100π*1/120）=3.11*1/2=1.55（A）（3）E m=311V E=NΔφ/Δt=2NBSω/π≈198V
（4）Δφ/Δt=311/N（Wb/s）(甲) (乙)(丙)(丁)E I ，
电流方向： .E , I , Φ .E I ，电流方向： .=0=0有最大值有最大值有最大值a —>b有最大值有最大值b—>aE , I , Φ .= 0= 0有最大值 为了能更方便地说明问题，我们将立体图转化为平面图来分析.(学生画） 问题：各环节电流方向？电流最大最小的位置？大致画出i-t图像？线圈转动一周，电流方向改变多少次？
1．使学生理解交变电流的产生原理，知道什么是中性面。
2．掌握交变电流的变化规律及表示方法。
3．理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准确含义。
（二）过程与方法
1．掌握描述物理量的三种基本方法（文字法、公式法、图象法）。
2．培养学生观察能力，空间想象能力以及将立体图转化为平面图形的能力。
3．培养学生运用数学知识解决物理问题的能力。（三）情感、态度与价值观
通过实验观察，激发学习兴趣，培养良好的学习习惯，体会运用数学知识解决物理问题的重要性
教学重点
交变电流产生的物理过程的分析。
教学难点
交变电流的变化规律及应用。
教学方法
演示法、分析法、归纳法
教学手段
手摇单相发电机、小灯泡、示波器、多媒体教学课件、示教用大的电流表 1、直流电流(DC)方向不随时间变化的电流2、交变电流(AC)大小和方向都随时间做周期性变化的电流一、交变电流的概念交变电流可以变成直流！交变电流是如何产生的呢？交流发电机模型二、交变电流的产生做一做1、线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动二、交变电流的产生2、过程分析（1）在线圈转动的过程中，那些边会产生感应电动势？ab边 cd边（2）怎样将立体图转化为平面图？将立体图转化为平面图（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？ 丙转到丁呢？（4）线圈转到什么位置，电流最小（没有电流）？
线圈转到什么位置，电流最大？由a→b由b→aB⊥SΦ最大E=0I=0中性面垂直磁场方向的平面叫做中性面。线圈经过中性面时，Φ最大，但线圈中的电动势为零2、过程分析(V // B)判断此位置有没有感应电流，方向怎么样？B∥SΦ=0E最大I最大感应电流方向a到b线圈与磁场平行时，Φ最小，但线圈中的电动势最大(V⊥B)判断此位置有没有感应电流，方向怎么样？B⊥SΦ最大E=0I=0中性面B∥SΦ=0E、I最大感应电流方向b到aV // BV⊥B（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？ 丙转到丁呢？（4）线圈转到什么位置，电流最小（没有电流）？
线圈转到什么位置，电流最大？由a→b由b→a线圈转到甲、丙位置时线圈中没有电流；
转到乙、丁位置时线圈中电流最大！线圈转动一周，
多少次经过中性面?
电流方向改变多少次?思考与讨论 1.中性面：垂直磁场方向的平面．
（1）线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大φ=BS，但△φ/△t =0最小，（ ab和cd边都不切割磁感线），线圈中的感应电动势为零．
（2）线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈转动一周，两次经过中性面，电流方向改变两次．
2.线圈平行与磁感线时，φ=0,△φ/△t最大，感应电动势最大。以线圈经过中性面开始计时，切割边L1，另一边L2,推导任意时刻t线圈中的感应电动势∴令则有 e为电动势在时刻t的瞬时值，
Em为电动势的最大值（峰值）NBSω=NBSω三、交变电流的变化规律 1、电动势按正弦规律变化2、电流按正弦规律变化 3、电压按正弦规律变化 电流i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四、交流电的图像 四、交流电的图像 et0Em-Emit0Im-Im(1)正弦交流电(2)示波器中的锯齿波扫描电压(3)电子计算机中的矩形脉冲(4)激光通信中的尖脉冲五、交变电流的种类 ２、交流电的产生：矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速旋转时，线圈中就产生 ． １、交变电流： 和 都随时间做 的电流叫做交变电流．电压和电流随时间按 变化的交流电叫正弦交流电 大小方向正弦规律正弦交流电周期性变化课堂练习 ３、当线圈平面垂直于磁感线时，线圈各边都不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这样的位置叫做 ．线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，因此线圈转动一周，感应电流方向改变 ．中性面两次４、线圈从中性面开始转动，角速度是ω，线圈中的感应电动势的峰值是Em，那么在任一时刻t感应电动势的瞬时值e为 ．若电路总电阻为Ｒ，则感应电流的瞬时值Ｉ为 ．e=Emsinωti=(Em/R)·sinωt六、交流发电机1、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、种类 ①旋转电枢式发电机 ②旋转磁极式发电机转动的部分叫转子，不动的部分叫定子５、交流发电机有两种，即 、 ．其中转动的部分叫 ，不动的部分叫 ．发电机转子是由 、 或其它动力机带动旋转磁极式旋转电枢式转子定子水轮机蒸汽轮机6、一矩形线圈,绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面的固定轴转动,线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示,下面说法中正确的是
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的绝对值最大
D.每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值最小C1、知道交变电流定义（AC）：大小和方向都随时间作周期性变化的电流。方向不随时间变化的电流为直流电（DC）。辨析电流图。3、推导和理解交变电流的变化规律：（重难点）
（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。 φ 最大，△φ/△t =0最小，感应电动势最小E=0（2）大小变化规律----按正弦规律变化：（能画出瞬时线速度分解图） e=Emsinωt Em=NBSω叫电动势的最大值（峰值）
i=Imsinωt Im=Em/R+r 叫电流的最大值（峰值）
u=Umsinωt Um=ImR 叫电压的最大值（峰值） 5.1交变电流 小结2、理解交变电流产生的过程：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动产生正弦式交变电流。能画出四幅过程图。 垂直磁场方向的平面叫做中性面。 （重点）电流通过R时：1．在如图所示的几种电流随时间变化的图线中，属于交变电流的是 ，属于正弦交变电流的是 。ABCDA B DA三、课堂练习2 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随时间的变化规律如图所示，下面说法中正确的是( )：
T1时刻通过线圈的磁通量为零；
T2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大；
T3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大；
每当e变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大。 答案： D1. 矩形线圈在匀强磁场中匀速转动。设线圈ab边长为20cm，ad边长为10cm，磁感应强度 B=0.01T，线圈的转速n=50r/s，求：电动势的最大值及对应的线圈位置。0.0628V 线圈平面与磁场方向平行。 2. 如图所示：匝数为N、面积为S的矩形线圈在匀强磁场B中匀速转动，角速度为ω，求线圈从图示位置转过180度时间内的平均感应电动势。练习 一台发电机在产生正弦式电流。如果发电机电动势的峰值为
Em=400V，线圈匀速转动的角速度为ω=314rad/s，试写出电动
势瞬时值的表达式。如果这个发电机的外电路只有电阻元件，总
电阻为2000Ω，电路中电流的峰值是多少？写出电流瞬时值的表
达式。e=EmsinWt=400sin314t解：电动势瞬时值的表达式为：电流峰值为：Im=Em/R=400÷2000=0.2A电流瞬时值的表达式为：i=ImsinWt=2sin314t 4、 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311V，线圈在磁场中转动的角速度100πrad/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，电路的 总电阻为100Ω，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？（3）线圈从中性面转过180度的过程中，电动势的最大值、平均值分别是多少？
（4）转动过程中磁通量的变化率最大值是多少？答案（1）e=311Sin100πt
（2）I=3.11Sin（100π*1/120）=3.11*1/2=1.55（A）（3）E m=311V E=NΔφ/Δt=2NBSω/π≈198V
（4）Δφ/Δt=311/N（Wb/s）(甲) (乙)(丙)(丁)E I ，
电流方向： .E , I , Φ .E I ，电流方向： .=0=0有最大值有最大值有最大值a —>b有最大值有最大值b—>aE , I , Φ .= 0= 0有最大值 为了能更方便地说明问题，我们将立体图转化为平面图来分析.(学生画） 问题：各环节电流方向？电流最大最小的位置？大致画出i-t图像？线圈转动一周，电流方向改变多少次？