3.1交变电流—【新教材】人教版高中物理选择性必修第二册教案word版含答案
文档属性
| 名称 | 3.1交变电流—【新教材】人教版高中物理选择性必修第二册教案word版含答案 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 74.1KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-05-25 17:43:58 | ||
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文档简介
教 案
上课时间： 年 月 日
题课
第三章交变电流第一节交变电流
课型
新
课时
1
教
学
目
标
1.通过实验（并联二极管接入交流电流）认识交变电流，会用图像和公式描述正弦式交变电流。
2.经历建立正弦式交变电流模型，体会建立模型与推理分析的思维方法。
3.了解发电机是将机械能转化为电能的装置。
学习重点
交变电流产生的物理过程的分析、用图像和公式描述正弦式交变电流。
学习难点
交变电流的变化规律及应用
教 学 过 程
教学环节（含备注）
教 学 内 容
引入新课
进行新课
讲
练与议
练与议
课堂总结
课堂演练
作业：
（一）引入新课
出示单相交流发电机，引导学生首先观察它的主要构造。
演示：将手摇发电机模型与小灯泡组成闭合电路。当线框快速转动时，观察到什么现象?
这种大小和方向都随时间做周期性变化电流，叫做交变电流。简称交流。
方向不随时间变化的电流称为直流。
（二）进行新课
1、交变电流的产生
讲：为什么矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时线圈里能产生交变电流？
多媒体课件打出下图。当abcd线圈在磁场中绕OO′轴转动时，哪些边切割磁感线? ab与cd。
当ab边向右、cd边向左运动时，线圈中感应电流的方向 沿着a→b→c→d→a方向流动的。
当ab边向左、cd边向右运动时，线圈中感应电流的方向如何?
感应电流是沿着d→c→b→a→d方向流动的。
false 线圈平面与磁感线平行时，ab边与cd边线速度方向都跟磁感线方向垂直，即两边都垂直切割磁感线，此时产生感应电动势最大。
线圈转到什么位置时，产生的感应电动势最小?
当线圈平面跟磁感线垂直时，ab边和cd边线速度方向都跟磁感线平行，即不切割磁感线，此时感应电动势为零。
利用多媒体课件，屏幕上打出中性面概念：
（1）中性面——线框平面与磁感线垂直的位置。
（2）线圈处于中性面位置时，穿过线圈Φ最大，但false=0。
（3）线圈越过中性面，线圈中I感方向要改变。线圈转一周，感应电流方向改变两次。
练与议：课堂案【一】交变电流的产生“问题1和2”
2．交变电流的变化规律
false
设线圈平面从中性面开始转动，角速度是ω。经过时间t，线圈转过的角度是ωt，ab边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于ωt，如右图所示。设bc边长为L1，db边长L2，磁感应强度为B，这时bc边产生的感应电动势多大?
ebc=BL1vsinωt = BL1·falseωsinωt =falseBL1L2sinωt
此时整个线框中感应电动势多大?
e=ebc+ead=BL1L2ωsinωt
若线圈有N匝时，相当于N个完全相同的电源串联，e=NBL1L2ωsinωt，令Em=NBL1L2ω，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。
电动势、电流与电压的瞬时值与时间的关系可以用正弦曲线来表示，如下图所示：
false
练与议：课堂案【二】和【三】
3．几种常见的交变电波形
false
4.交流发电机
（1）基本组成：电枢（产生感应电动势的线圈）和磁体（产生磁场）
（2）转子与定子
（3）两类发电机：
旋转电枢式和旋转磁极式。后者电压高，常用。
（4）能量转化：转子转动，把机械能转化为电能。
（三）课堂总结
本节课主要学习了以下几个问题：
1．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生正弦式交变电流。
2．从中性面开始计时，感应电动势瞬时值的表达式为e=NBSωsinωt，感应电动势的最大值为Em=NBSω。
3．中性面的特点：磁通量最大为Φm，但其变化率最小即e=0。
（四）课堂演练
1.交变电流的图象、交变电流的产生过程
【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
3172460-734060
2.交变电流的变化规律
【例2】在匀强磁场中有一矩形线圈，从中性面开始绕垂直于磁感线的轴以角速度ω匀速转动时，产生的交变电动势可以表示为e=Emsinωt。现在把线圈的转速增为原来的2倍，试分析并写出现在的交变电动势的峰值、交变电动势的瞬时值表达式，画出与其相对应的交变电动势随时间变化的图象。
解：Em＇=2NBSω=2Em
e＇=2Emsin2ωt
3.综合应用（选练）
4114800767080【例3】 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，线圈的总电阻R=40Ω，试求：
（1）感应电动势的最大值，感应电流的最大值；
（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；（变式：设时间t=0时线圈平面与磁感线平行，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式；）
（3）画出感应电流的瞬时值i随ωt变化的图象；
（4）当ωt=30°时，穿过线圈的磁通量和线圈中的电流的瞬时值各是多大？
（5）线圈从图示位置转过false的过程中，感应电动势的平均值是多大？
答案：(1)48V 1.2A (2) e=48sin（200t）（V）（3）i=1.2 sin（200t）（A）
(4)Φ=0.02Wb i=1.2 cos（30°）（A）=1.2 sin（60°）（A）=33/5(A )
(5)2BSω/π=2.55V
教材51页“练习与应用”第1-4题。学案检测（选做）
板书设计
3.1交变电流
1．产生：
矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生正弦式交变电流。
2．瞬时值表达式：
（1）从中性面开始计时，感应电动势瞬时值的表达式为e=NBSωsinωt，
从垂直于中性面（或与磁场平行的平面）开始计时，感应电动势瞬时值的表达式为e=NBSωcosnωt，
（2）感应电动势的最大值为Em=NBSω。
（3）Um=ImR Im=Em/R u=iR i=e/R
3．中性面的特点：
磁通量最大为Φm，但其变化率最小即e=0。
4.交流发电机
（1）基本组成：电枢和磁体
（2）能量转化：把机械能转化为电能。
课后反思
上课时间： 年 月 日
题课
第三章交变电流第一节交变电流
课型
新
课时
1
教
学
目
标
1.通过实验（并联二极管接入交流电流）认识交变电流，会用图像和公式描述正弦式交变电流。
2.经历建立正弦式交变电流模型，体会建立模型与推理分析的思维方法。
3.了解发电机是将机械能转化为电能的装置。
学习重点
交变电流产生的物理过程的分析、用图像和公式描述正弦式交变电流。
学习难点
交变电流的变化规律及应用
教 学 过 程
教学环节（含备注）
教 学 内 容
引入新课
进行新课
讲
练与议
练与议
课堂总结
课堂演练
作业：
（一）引入新课
出示单相交流发电机，引导学生首先观察它的主要构造。
演示：将手摇发电机模型与小灯泡组成闭合电路。当线框快速转动时，观察到什么现象?
这种大小和方向都随时间做周期性变化电流，叫做交变电流。简称交流。
方向不随时间变化的电流称为直流。
（二）进行新课
1、交变电流的产生
讲：为什么矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时线圈里能产生交变电流？
多媒体课件打出下图。当abcd线圈在磁场中绕OO′轴转动时，哪些边切割磁感线? ab与cd。
当ab边向右、cd边向左运动时，线圈中感应电流的方向 沿着a→b→c→d→a方向流动的。
当ab边向左、cd边向右运动时，线圈中感应电流的方向如何?
感应电流是沿着d→c→b→a→d方向流动的。
false 线圈平面与磁感线平行时，ab边与cd边线速度方向都跟磁感线方向垂直，即两边都垂直切割磁感线，此时产生感应电动势最大。
线圈转到什么位置时，产生的感应电动势最小?
当线圈平面跟磁感线垂直时，ab边和cd边线速度方向都跟磁感线平行，即不切割磁感线，此时感应电动势为零。
利用多媒体课件，屏幕上打出中性面概念：
（1）中性面——线框平面与磁感线垂直的位置。
（2）线圈处于中性面位置时，穿过线圈Φ最大，但false=0。
（3）线圈越过中性面，线圈中I感方向要改变。线圈转一周，感应电流方向改变两次。
练与议：课堂案【一】交变电流的产生“问题1和2”
2．交变电流的变化规律
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设线圈平面从中性面开始转动，角速度是ω。经过时间t，线圈转过的角度是ωt，ab边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于ωt，如右图所示。设bc边长为L1，db边长L2，磁感应强度为B，这时bc边产生的感应电动势多大?
ebc=BL1vsinωt = BL1·falseωsinωt =falseBL1L2sinωt
此时整个线框中感应电动势多大?
e=ebc+ead=BL1L2ωsinωt
若线圈有N匝时，相当于N个完全相同的电源串联，e=NBL1L2ωsinωt，令Em=NBL1L2ω，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。
电动势、电流与电压的瞬时值与时间的关系可以用正弦曲线来表示，如下图所示：
false
练与议：课堂案【二】和【三】
3．几种常见的交变电波形
false
4.交流发电机
（1）基本组成：电枢（产生感应电动势的线圈）和磁体（产生磁场）
（2）转子与定子
（3）两类发电机：
旋转电枢式和旋转磁极式。后者电压高，常用。
（4）能量转化：转子转动，把机械能转化为电能。
（三）课堂总结
本节课主要学习了以下几个问题：
1．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生正弦式交变电流。
2．从中性面开始计时，感应电动势瞬时值的表达式为e=NBSωsinωt，感应电动势的最大值为Em=NBSω。
3．中性面的特点：磁通量最大为Φm，但其变化率最小即e=0。
（四）课堂演练
1.交变电流的图象、交变电流的产生过程
【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
3172460-734060
2.交变电流的变化规律
【例2】在匀强磁场中有一矩形线圈，从中性面开始绕垂直于磁感线的轴以角速度ω匀速转动时，产生的交变电动势可以表示为e=Emsinωt。现在把线圈的转速增为原来的2倍，试分析并写出现在的交变电动势的峰值、交变电动势的瞬时值表达式，画出与其相对应的交变电动势随时间变化的图象。
解：Em＇=2NBSω=2Em
e＇=2Emsin2ωt
3.综合应用（选练）
4114800767080【例3】 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，线圈的总电阻R=40Ω，试求：
（1）感应电动势的最大值，感应电流的最大值；
（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；（变式：设时间t=0时线圈平面与磁感线平行，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式；）
（3）画出感应电流的瞬时值i随ωt变化的图象；
（4）当ωt=30°时，穿过线圈的磁通量和线圈中的电流的瞬时值各是多大？
（5）线圈从图示位置转过false的过程中，感应电动势的平均值是多大？
答案：(1)48V 1.2A (2) e=48sin（200t）（V）（3）i=1.2 sin（200t）（A）
(4)Φ=0.02Wb i=1.2 cos（30°）（A）=1.2 sin（60°）（A）=33/5(A )
(5)2BSω/π=2.55V
教材51页“练习与应用”第1-4题。学案检测（选做）
板书设计
3.1交变电流
1．产生：
矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生正弦式交变电流。
2．瞬时值表达式：
（1）从中性面开始计时，感应电动势瞬时值的表达式为e=NBSωsinωt，
从垂直于中性面（或与磁场平行的平面）开始计时，感应电动势瞬时值的表达式为e=NBSωcosnωt，
（2）感应电动势的最大值为Em=NBSω。
（3）Um=ImR Im=Em/R u=iR i=e/R
3．中性面的特点：
磁通量最大为Φm，但其变化率最小即e=0。
4.交流发电机
（1）基本组成：电枢和磁体
（2）能量转化：把机械能转化为电能。
课后反思