高考物理总练习教学案第60讲交流电的产生和变化规律.docx

高考物理总练习教学案第60讲交流电的产生和变化规律.docx

《高考物理总练习教学案第60讲交流电的产生和变化规律.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理总练习教学案第60讲交流电的产生和变化规律.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

高考物理总练习教学案第60讲交流电的产生和变化规律

2019高考物理总练习教学案第60讲-交流电的产生和变化规律

17.1交流电的产生和变化规律

17.2表征交变电流的物理量

【一】教育目标

1、使学生了解交流电的产生原理。

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。

【二】重点、难点、疑点及解决办法

1、重点

交变电流产生的物理过程的分析及中性面的特点。

2、难点

交变电流产生的物理过程的分析。

3、疑点

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Φmin＝0εm有最大值Φmax＝BS。

εmin=0的理解。

4、解决办法

（1）通过对矩形线圈在匀强磁场中匀速转动一周的实物演示，立体图结合侧视图的分析、特殊位置结合任一位置分析使学生了解交变电流的大小和方向是如何变化的。

（2）通过侧视图分析线圈运动方向与磁场方向B之间关系，利用导体切割磁场线方法来处理，使问题容易理解。

【三】教具准备

手摇发电机模型、演示电流计、导线假设干、教学挂图、幻灯机、投影灯片。

【四】教学步骤

1、引入新课

1831年法拉第发现了电磁感应现象，为人类进入电气化时代打开了大门，今天我们使用的电灯，微波炉等家用电器的交流电是怎样产生并且怎样送到我们的家庭中来的呢？

这就是我们这章的内容，先看第一节交流电的产生。

请同学们根据电磁感应知识，自己设计一发电机模型，教师巡视教室一圈，将学生典型两种画法用幻灯片打出。

请学生回答电路中为什么会有感应电流？

学生回答，①电路闭合②磁通量变化。

引导学生答出甲图由于面积增大引起磁通量增加。

乙图是由于线圈平面与磁感线的夹角变化引起磁通量变化。

拿出手摇发电机模型，介绍主要部件，（对照乙图）将发电机接演示用电流计缓慢转动线框一周，让学生观察电流计指针偏转情况（重复两次）

[学生]指针左右摆动一次

这说明通过电流计的电流有何特点？

[学生]电流大小变化，方向变化

[教师]连续3次缓慢转动线框，请学生继续观察电流计指针偏转情况。

[学生]连续左右摆动3次。

[教师]这反映在连续转动线框过程中，通过电流计电流有何特点？

[学生]周期性变化

[教师]我们把这种强度、方向都随时间作周期性变化的电流叫做交流电。

练习（幻灯打出）

1、下图画出了6种电流随时间变化的图象，这6个图中的电流i都随时间做周期性变化，其中属于交变电流的是_____，属于正弦式电流的是____。

个别提问基础上总结

（1）i-t图中处于t轴上方表示什么意思？

处于上下方线段表示有何不同？

（2）如何体会周期性变化的含义？

2、新课教学

那刚才矩形线圈在匀强磁场中匀速转动为什么可以产生交流电？

产生的交流电又属于哪种交流电呢（就刚才实物提问）？

这节课我们就来解决这些问题。

线框匀速转动过程中，哪些边在切割磁感线？

ab边、cd边。

ab边、cd边其实在绕OO′做匀速圆周运动。

演示观察何时电动势最大？

教师缓慢转动线框，请学生发现指针偏转最大时喊停。

此时线圈平面与磁感线平行。

演示观察何时电动势最小？

教师缓慢转动线框，请学生发现指针偏转最小时喊停。

当线框平面垂直磁感线时，感应电动势最小。

为了便于讨论，我们来看挂图（转动一周五个特殊位置）。

教师交代

1、磁场为匀强磁场

2、OO′与ab边、cd边等距且ab＝cd＝l1bc＝da＝l2

我们把与磁感线垂直的平面称为中性面，线框处于中性面时通过的磁通量最大。

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，那如何转化呢？

我们一起来看甲图是如何转化的，我们能看到的边是ad边，切割的两条边ab、cd可用点来表示。

即为（甲）图

切割边ab、cd在图中的运动方向呢？

ab边、cd边绕OO′作圆周运动，所以运动方向时刻与圆周半径垂直。

请同学们在（甲）图上标上边ab、cd此时运动方向。

请同学们完成其余四图转化工作及标上ab、cd在各图中的切割方向。

学生完成后，打出事先准备好的幻灯片进行校正。

我们现在来分析线框转动一周过程中是如何产生交变电流的。

甲图中的运动方向v平行于磁感应强度方向B，那么各产生的感应电动势多大？

ab边、cd边产生感应电动势均为零，那么线框中总感应电动势为零。

同样得出乙图中eab＝Bl1v由学生利用右手定那么判断出电流方向a→b

ecd＝Bl1v由学生利用右手定那么判断出电流方向盘c→d

线框由甲位置经t时间到某位置时，如

图示，（幻灯片上）此时，ab、cd运动方向如何？

v与B方向夹角如何？

如何处理？

此时ab边、cd边运动方向与ad垂直

线框转过的角度为ωt

将v分解

v1＝vsimωtv1⊥Bv2＝vcosωtv2∥B

Eab＝Bl1vsinωta→becd＝Bl1vsinωtc→d

即线框中感应电动势e＝2Bl1vsinωta→b→c→D、

而后半周期学生较熟练，教师引导学生完成，应特别注意电流方向。

最后师生共同总结

线框在匀强磁场中匀速转动一周过程中。

①线框中电流按正弦规律变化，故称正弦交变电流。

e＝εmsinωtt＝0时线框处中性面时开始计时

②中性面特点A、Φmax＝BSε＝0

B、电流在此改变方向，线框转动一周内电流方向改变两次

③当S∥B时Φmin＝0，εm=2Bl1v

我们照明电路里的电流就是由这种发电机（实际结构比这个复杂）产生的交流电，通过实验来观察它的电压随时间变化图象。

教师将示波器提到讲台桌上，先向学生介绍其功能、用途。

接着将市电接到示波器观察图象如何。

按正弦规律变化表达式e＝εmsinωt伏。

将此电压接到电阻为R电路中的电流图象如何呢？

由学生答出。

闭合电路欧姆定律同样适用纯电阻的交流电路，但注意时刻的对应关系

练习：

（幻灯打出）

3、某一交变电流如图示

（1）该图表示线框在何处开始计时？

（2）线框在哪些时刻处于中性面？

（3）ωtM·ωtN时线框分别处于与中性面夹角多大处？

（4）对照实物或侧视图分析tM、tN时刻电流方向？

（5）说出e＝εmsinωt既表示电动势大小，又表示方向理由？

教师简单就演示物介绍发电机的构造及分类。

最后介绍我国电力建设成就

【五】总结、扩展

（1）矩形线框在匀强磁场中匀速转动，产生正弦交变电流。

假设从中性面开始计时那么e＝εmsinωti＝εm/Rsinωtεm＝2Bl1v

假设开始就与中性面夹角=30°那么公式、图象又如何表示？

（2）中性面的特点①Φmax＝BSε＝0

②电流在此改变方向

（3）如何理解①Φmax＝BSεmin＝0εmin＝0εmax＝2Bl1v可否类比v-ts-t？

斜率的含义从Φ-t图斜率理解。

六、板书设计

1、产生原理线框在匀强磁场中匀速转动

2、过程分析甲S⊥BΦmax＝BSεmin=0______中性面

乙S∥BΦmin=2Bl1v电流方向a→b→c→d

甲→乙与中性面夹角ωtΦ=BSεωte＝εmsinωt

电流方向a→b→c→dεmsinωt

3、规律公式e＝εωmsinωti＝εm/Rsinωt

17.2表征交变电流的物理量

【一】教育目标

1、复习上节课知识，并推出εm=BωSεm＝NBωS

2、理解交变电流的周期、频率含义，掌握它们相互间关系

3、理解交变电流有效值的意义，会应用正弦式交变电流有效值公式对纯电阻电路的电压、电流进行有关计算

4、能利用有效值定义计算某些交变电流的有效值

【二】重点、难点、疑点及解决办法

1、交变电流有效值概念既是重点又是难点，通过计算特殊形式的交变电流的有效值来体会和掌握它的定义

2、交变电流瞬时值确定使学生感到困难，通过例题分析使学生学会借助数学工具处理解决物理问题的能力

【三】教具准备

投影机、幻灯机、手摇发电机、导线假设干、万用电表（25只）

灯泡“220V、100W”（25只）

【四】教学步骤

〔一〕复习引入

通过上节课学习，我们知道矩形线框在匀强磁场中匀速转动时，线框中产生了正弦式交流电。

我们是怎样描述交变电流的变化规律呢？

公式法e＝εmsinωtI＝Imsinωt（中性面开始计时）i/A

其中εm＝2Bl1v

l1为切割边ab、cd长度。

而v那么是ab边绕O轴（O轴为过bc边、ad边中点的直线）以ω角速

假设线框绕ab边为轴转动呢？

εm＝εbt＝Bl1v1＝Bl1ωl2＝BωS

假设线框绕O1O2轴（均垂直磁感线）转动呢？

εm＝BωS

启发引导学生回答，矩形线框在匀强磁场中只要绕垂直磁感线的轴转动，线框中产生感应电动势最大值为εm＝BωS假设有n匝线框那么εm＝nBωS

矩形线框在匀强磁场中匀速转动一周过程中，只有两个时刻处在最大值，不同时刻感应电动势瞬时值不同。

显然交变电流是较为复杂的，那用什么物理量来描述交变电流呢？

（假设时间不够，εm＝BωS的推导放至习题课进行）

〔二〕新课教学

交变电流是周期性变化的，用什么来描述周期性变化的快慢呢？

周期（T）——交流电完成一次周期性变化所需时间

频率（f）——1秒内完成周期性变化的次数

它们关系如何？

各自单位？

T＝1/f，T秒（s），f赫兹（Hz）

描述交变电流变化快慢的物理量除周期，频率外，还有什么物理量？

转速n（转/秒），角速度ω（弧度/秒）

那它们间又有什么关系呢？

T=2π/ωf＝ω/2πω＝2π/T＝2πf=2πn

交变电流不同时刻，瞬时值不同，但我们用什么来表示交变电流平均的效果呢？

如果初温相同，同时加热相同时间烧开。

即通过相同电阻在相同的时间里甲图直流电与乙图交变电流产生了相同热量，我们把此时直流电压称为交变电流电压的有效值。

那如何定义交变电流的电流有效值呢？

有效值定义——让交流电和直流电通过同样阻值的电阻，如果它们在同一时间内产生的热量相等。

这一交流电的电流有效值就跟这个直流电的电流相等。

有效值是交变电流一个非常重要的物理量，它根据电流热效应来定义，电流产生的平均效果。

正弦式交变电流的有效值与最大值间有什么关系呢？

同时交代学生最大值、有效值、瞬时值的符号表示

通常我们说的市电220V即为有效值

请同学们用万用电表测量学生电源交流输出10V时，交流电压表的读数。

教师提示注意选档、量程、正确读数等问题。

请同学们将“220V、100W”灯泡接至学生电源交流10V输出的两端，测出此时通过灯泡的电流强度并观察灯泡亮度。

请学生回答为什么灯泡几乎不亮？

强调①凡是没有说明时，所指的均为有效值

②各类交流电表所测的值也为有效值

③各类用电器铭牌所示值也为有效值

幻灯显示

1、某用电器两端允许加的最大直流电压是100V，能否把它接在交流电压100V电路里？

为什么？

2、照明用交流电压是200V，动力提供线路的电压是380V，它们的有效值、最大值各是多少？

假设用电压测得，测得值各是多大？

提问个别学生，及时纠正，并给出正确答案

幻灯显示

1、一电压U＝10V的直流电通过电阻R，在时间t内产生热量与一交流电通过电阻R/2时在同一时间内产生热量相同那么该交流电压的有效值为

2、请写出以下各图的周期、频率、最大值、有效值。

甲乙两图有效值相同，说明正弦式交变电流的有效值与最大值的关系与频率无关。

学生求解丙图的有效值时遇到了问题。

交变电流有效值是表示交变电流产生的热效应的平均效果，就是平均值吗？

我们应该从有效值的定义入手，相同时间可取半个周期吗？

为什么？

有效值表示交变电流产生平均效果，用半个周期无法表达出来。

又由于它具有周期性特点，相同时间必须取周期整数倍，一般为了方便计算，只取一个周期便可以。

师生共同完成以下步骤

Q直=I2Rt＝2I2R

Q交＝Q直

50R＝2I2R

I＝5A

可以用这种方法去计算正弦式交变电流的有效值吗？

为什么？

不可以。

现有知识无法求得交变电流在一个周期内产生的热量。

幻灯显示

5、试电笔上的氖管，起辉电压86.6V，假设将其接在电压为70.7V频率为50Hz的交流电路，氖管能发光吗？

在1秒内有多少时间发光？

①70.7V是什么电压？

该交流电压最大值为多少？

周期又为多少？

②交变电流的图象如何？

表达式如何？

70.7V是有效值

氖管会发光

解作出交变电流的U-t图U＝Umsinωt＝100sinl00πt伏

设电压为70.7V对应时刻为t1代入公式即

70.7V＝100sin100πt1

t1＝0.0025s

由图象对称性知，氖管发光时间为Δt＝4（t1-0）＝0.01s

【五】总结、扩展

1、全面详细描述交变电流的公式和图像、最大值、有效值、周期、频率等物理量是描述交变电流某一方面的特性的。

2、由图象和公式均可求出最大值、周期、有效值、频率等物理量。

反之，由最大值、周期等也可求出交变电流的公式及图象。

3、思考题

这种图象的交变电压有效值能求吗？

六、板书设计

第二节表征交变电流的物理量

1、表征文变电流变化快慢物理量

周期T（s）频率（Hz）

角速度ω（弧度/秒）转速n（转/秒）

2、表征交变电流大小物理量

瞬时值eiu

最大值εmImUm

有效值εIU

有效值让交流电和直流电在相同的时间内

通过相同的电阻产生相同的热量