高中物理 {1交变电流}教学设计(二)新人教版选修3

1、教学设计(二整体设计教学目的1.交变电流的产生及变化规律。2.会用公式和图象表示交变电流。3.培养学生观察实验能力和思维能力。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分析及中性面的特点。2.难点:交变电流产生的物理过程分析。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min=0,Em有最大值;max=BS。Emin =0的理解。(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

2、与磁场方向B之间的关系,利用导体切割磁感线方法来处理,使问题容易理解。教学准备手摇发电机模型、演示电流计、导线若干、微机、实物投影。教学过程事件1创设情景,导入新课。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送到我们的家庭中来的呢?这就是这章要学习的内容,先看第一节:交流电的产生。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。教师巡视教室一圈,将学生典型的两种画法用幻灯片展现。请学生回答电路中为什么会有感应电流?学生回答,电路闭合,磁通量变化。引导学生答出甲图由面积增大引起磁通量增加

3、。乙图是由线圈平面与磁感线的夹角变化引起磁通量变化。 事件2交变电流的产生。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,通过电流计的电流有何特点?学生周期性变化。教师我们把这种大小、方向都随时间作周期性变化的电流叫做交流电。事件3交变电流的变化规律。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

4、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。演示并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。演示并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,我们来看图(转动一周中的五个特殊位置。 教师交代1.磁场为匀强磁场。2.OO与ab边、cd边等距且ab=cd=l1、bc=da=l2我们把线框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

5、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(甲图标上边ab、cd此时的运动方向。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,用幻灯片进行校正。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,则各边产生的感应电动势多大? ab边、cd边产生感应电动势均为零,则线框中总感应电动势为零。同样得

6、出乙图中e ab=Bl1v,由学生利用右手定则判断出电流方向ab。e cd=Bl1v,由学生利用右手定则判断出电流方向cd。 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t。将v分解v1=vsint v1B v2=vcost v2BE ab=Bl1vsint ab e cd=Bl1vsint cd即线框中感应电动势e=2Bl1vsint v=l22,得e=BSsint 若为N匝,则e=NBSsint,其中Em=NBSW abcd。而后半周期学生较熟练,教师引导学生完成,应特

7、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:线框中电流按正弦规律变化,故称正弦交变电流。e=Emsint t=0时线框处中性面时开始计时。中性面特点:a.max=BS =0b.电流在此改变方向,线框转动一周内电流方向改变两次。当SB时min=0,Em=2Bl1v事件4交变电流的图象。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。然后将生活用电接到示波器观察图象如何。按正弦规律变化表达式e =m sin t 。将此电压接到电阻为R 电路中的电流图象如何呢?

8、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。 几种常见的交变电波形: 事件5学生总结提升。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 =NBS sin t ,感应电动势的最大值为Em =NBS 。(3中性面的特点:磁通量最大为m ,但e =0。板书设计交变电流产生:矩形线圈在匀强磁场中转动规律:e =NBS sin t图象:是一条正弦曲线事件6优化训练1.如图所示表示交变电流的图象是( 2.一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动,穿

9、过线圈的磁通量随时间变化的图象如图甲所示,则下列说法中正确的是( A .t =0时刻线圈平面与中性面垂直B .t =0时刻线圈平面与中性面平行C .t =0.02秒时刻,交流电动势达到最大D .该线圈相应的交流电动势图象如图乙所示3.一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311 V ,线圈在磁场中转动的角速度是100rad/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,电路中的总电阻为100 ,试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式。在t =1120s 时电流强度的瞬时值为多少?4.一个矩形线圈在匀强磁场中转动产生交流电压为u =2202sin100tV ,则( A .它的频率是50 HzB .当t =0时,线圈平面与中性面重合C .电压的平均值是220 VD .当t =1200s 时,电压达到最大值5.交流发电机工作时的电动势的变化规律为e =Emsin t ,如果转子的转速n 提高1倍,其他条件不变,则电动势的变化规律将变化为( A .e =Emsin2tB .e =2Emsin2tC .e =2Emsin4t3.解析:因为电动势的最大值Em =311 V ,角速度=100rad/s ,所