高中物理交变电流教案设计与知识点解析文档格式.docx

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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

教学过程

（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。

（二）进行新课

1、交变电流的产生

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。

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=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。

2．交变电流的变化规律

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ab边长为L1，bc边长L2，磁感应强度为B，这时ab边产生的感应电动势多大?

eab=BL1vsinωt=BL1·

ωsinωt=BL1L2sinωt

此时整个线框中感应电动势多大?

e=eab+ecd=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：

3．几种常见的交变电波形

（三）课堂总结、点评

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e=0。

（四）实例探究

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

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。

分析物理图象的要点：

一看：

看“轴”、看“线”、看“斜率”、看“点”、看“截距”、看“面积”、看“拐点”，并理解其物理意义。

二变：

掌握“图与图”“图与式”和“图与物”之间的变通关系。

三判：

在此基础上进行正确的分析和判断。

综合应用

【例3】如图所示，匀强磁场的磁感应强度B=2T，匝数n=6的矩形线圈abcd绕中心轴OO′匀速转动，角速度ω=200rad/s。

已知ab=0.1m，bc=0.2m，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；

（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的过程中，感应电动势的平均值是多大？

解析：

5．2描述交变电流的物理量

1．理解什么是交变电流的峰值和有效值，知道它们之间的关系。

2．理解交变电流的周期、频率以及它们之间的关系。

知道我国生产和生活用电的周期（频率）的大小。

能应用数学工具描述和分析处理物理问题。

让学生了解多种电器铭牌，介绍现代科技的突飞猛进，激发学生的学习热情

交变电流有效值概念。

交变电流有效值概念及计算。

实验、启发

多媒体课件

电源、电容器、灯泡“6V，0.3A”、幻灯片、手摇发电机

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，在线圈中产生了正弦交变电流。

如何描述交变电流的变化规律呢？

可以用公式法描述。

从中性面开始计时，得出

瞬时电动势：

e=Emsinωt瞬时电流：

i=Imsinωt

瞬时电压：

u=Umsinωt其中Em=NBSω

交变电流的大小和方向都随时间做周期性变化，只用电压、电流描述不全面。

这节课我们学习表征正弦交变电流的物理量。

1．周期和频率

请同学们阅读教材，回答下列问题：

（1）什么叫交变电流的周期？

（2）什么叫交变电流的频率？

（3）它们之间的关系是什么？

（4）我国使用的交变电流的周期和频率各是多大？

交变电流完成一次周期性的变化所用的时间，叫做交变电流的周期，用T表示。

交变电流在1s内完成周期性变化的次数，叫做交变电流的频率，用f表示。

T=

我国使用的交变电流频率f=50Hz，周期T=0。

02s。

2．交变电流的峰值（Em，Im，Um）

交变电流的峰值是交变电流在一个周期内所能达到的最大数值，可以用来表示交变电流的电流或电压变化幅度。

［演示］电容器的耐压值

将电容器（8V，500μF）接在学生电源上充电，接8V电压时电容器正常工作，接16V电压时，几分钟后闻到烧臭味，后听到爆炸声。

电容器的耐压值是指能够加在它两端的最大电压，若电源电压的最大值超过耐压值，电容器可能被击穿。

但是交变电流的最大值不适于表示交变电流产生的效果，在实际中通常用有效值表示交变电流的大小。

思考与讨论：

0～0.2s、0.2～0.5s、0.5～0.8s、0.8～1s这四个阶段电流大小不变化，分别计算出热量，然后加起来。

由解得J；

J；

J

所以，1s内电阻R中产生的热量为J

由解得，A=1.67A

2．有效值（E、I、U）

让交变电流和直流电通过同样的电阻，如果它们在相同时间内产生热量相等，把直流电的值叫做交变电流的有效值。

通常用大写字母U、I、E表示有效值。

正弦交变电流的最大值与有效值有以下关系：

I==0.707ImU==0.707Um

［强调］

（1）各种使用交变电流的电器设备上所示值为有效值。

（2）交变电流表（电压表或电流表）所测值为有效值。

（3）计算交变电流的功、功率、热量等用有效值。

1．表征交变电流的几个物理量：

周期和频率、峰值和有效值。

2．交变电流的周期与频率的关系：

T=。

3．正弦式交变电流最大值与有效值的关系：

I=，U=。

【例1】表示交变电流随时间变化图象如图所示，则交变电流有效值为（）

A．5AB．5A

C．3.5AD．3.5A

【例2】交流发电机矩形线圈边长ab=cd=0.4m，bc=ad=0.2m，共50匝，线圈电阻r=1Ω，线圈在B=0.2T的匀强磁场中，绕垂直磁场方向的轴OO′以r/s转速匀速转动，外接电阻9Ω，如图所示。

求：

（1）电压表读数；

（2）电阻R上电功率。

5．3电感和电容对交变电流的影响

1．理解为什么电感对交变电流有阻碍作用。

2．知道用感抗来表示电感对交变电流阻碍作用的大小，知道感抗与哪些因素有关。

3．知道交变电流能通过电容器.知道为什么电容器对交变电流有阻碍作用。

4．知道用容抗来表示电容对交变电流的阻碍作用的大小.知道容抗与哪些因素有关。

1．培养学生独立思考的思维习惯。

2．培养学生用学过的知识去理解、分析新问题的习惯。

培养学生有志于把所学的物理知识应用到实际中去的学习习惯。

1．电感、电容对交变电流的阻碍作用。

2．感抗、容抗的物理意义。

1．感抗的概念及影响感抗大小的因素。

2．容抗概念及影响容抗大小的因素。

实验法、阅读法、讲解法。

双刀双掷开关、学生用低压交直流电源、灯泡（6V、0.3A）、线圈（用变压器的副线圈）、电容器（“103μF、15V”与“200μF、15V”）2个、两个扼流圈、投影片、投影仪

在直流电路中，影响电流跟电压关系的只有电阻。

在交变电流路中，影响电流跟电压关系的，除了电阻外，还有电感和电容。

电阻器、电感器、电容器是交变电流路中三种基本元件。

这节课我们学习电感、电容对交变电流的影响。

（二）进行新课

1．电感对交变电流的阻碍作用

［演示］电阻、电感对交、直流的影响。

实验电路如下图甲、乙所示：

演示甲图，电键分别接到交、直流电源上，引导学生观察两次灯的亮度

灯的亮度相同。

说明电阻对交流和直流的阻碍作用相同。

演示乙图，电键分别接到交、直流电源上，引导学生观察两次灯的亮度

电键接到直流上，亮度不变；

接到交流上时，灯泡亮度变暗。

说明线圈对直流电和交变电流的阻碍作用不同。

线圈对直流电的阻碍作用只是电阻；

而对交变电流的阻碍作用除了电阻之外，还有电感.为什么会产生这种现象呢？

由电磁感应的知识可知，当线圈中通过交变电流时，产生自感电动势，阻碍电流的变化。

电感对交变电流阻碍作用的大小，用感抗来表示。

感抗的大小与哪些因素有关？

请同学们阅读教材后回答。

感抗决定于线圈的自感系数和交变电流的频率。

线圈的自感系数越大，自感作用就越大，感抗就越大；

交变电流的频率越高，电流变化越快，自感作用越大，感抗越大。

线圈在电子技术中有广泛应用，有两种扼流圈就是利用电感对交变电流的阻碍作用制成的。

出示扼流圈，并介绍其构造和作用。

（1）低频扼流圈

构造：

线圈绕在闭合铁芯上，匝数多，自感系数很大。

作用