2020-2021学年高中物理第三章交变电流第2节交变电流是怎样产生的教案2鲁科版

1、第 2 节 交变电流是怎样产生的一、教学目标1、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。2、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。3、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。二、教学重点：交变电流产生的物理过程的分析。三、教学难点：交变电流的变化规律

2、及应用。教学过程一、交流发电机 （实验、动画）1、原理：由法拉第电磁感应定律可知，只要通过闭合导体的磁通量发生变化，就可以产生感应电动势和感应电流 （线圈、磁感线） （学生实验）2、构造：发电机主要由线圈（电枢）和磁极两部分组成。3、种类：（ 1）旋转电枢式发电机磁极固定不动，让电枢在磁极中旋转，使穿过线圈的磁通量发生变化而产生感应电动势，这种发电机称为旋转电枢式发电机。（ 2）旋转磁极式发电机电枢固定不动，让磁极在电枢中旋转，使穿过线圈的磁通量发生变化而产生感应电动势，这种发电机称为旋转磁极式发电机。不论哪种发电机，转动的部分都叫做转子，固定不动的部分都叫做定子。旋转电枢式发电机转子是电枢，

3、定子是磁极。旋转磁极式发电机刚好相反。（ 3）两种发电机的比较（了解）旋转电枢式发电机需要用电刷将产生的电流引到外电路，如果电压太高，就容易发生火花放电，烧坏电刷。而且由于空间的限制线圈匝数不能太多。因此电压不会太高，一般在 500v 以下。而旋转磁极式发电机克服了上述缺点，能提供几千到几万伏的电压。所以，大多数大型发动机是旋转磁极式。二、交变电流的产生原理（实验 用交流发电机产生交变电流）现象：线圈在磁场中每旋转1 圈，电流表指针就左右摆动1 次，它的大小和方向都随时间做周期性变化。为什么交流发电机会产生大小和方向都随时间做周期性变化的电流？1、手摇交流发电机构造（图 ）手摇发电机可以等效为

4、一个矩形线圈，放在两个磁极产生的磁场中。矩形线圈两端分别与金属环K和L相连。两个金属环又分别和电刷A B接触，并和电表一起组成一个闭合回路。2、产生电流的原因矩形线圈 abcd 在磁场中绕oo 匀速转动，由于 ab 和 cd 做切割磁感线的运动 （通过线圈的磁通量发生变化） ，使线圈中产生感应电动势和感应电流。3、过程分析（感应电流的方向）（用制作的教具分析） （立体图画在旁边）（ 1）图 a ，线圈平面与磁感线垂直，穿过线圈的磁通量最大。这个位置称为中性面。Ab和cd的速度方向与磁感线平行，线圈两边都不切割磁感线，因此不产生感应电动势，没有感应电流。磁通量：最大感应电动势（磁通量变化率）：0

5、当线圈沿逆时针方向转动时，ab、cd在竖直方向的分速度使其切割磁感线，产生沿d-c-b-a方向的感应电流。（ 2）图 b ，线圈沿逆时针方向转过90 ，线圈与磁感线平行，穿过线圈的磁通量为0。此时，ab向下垂直切割磁感线， cd向上垂直切割磁感线。线圈中电流方向是d-cfb-a。磁通量： 0感应电动势（磁通量变化率）：最大。（ 3）图c ，线圈又回到了中性面。Ab 和 cd 的速度方向与磁感线平行，线圈平面与磁感线垂直，穿过线圈的磁通量最大。线圈两边都不切割磁感线，因此不产生感应电动势，没有感应电流。磁通量：最大感应电动势(磁通量变化率)：0当线圈沿逆时针方向转动时，ab、cd在竖直方向的分速

6、度使其切割磁感线，产生沿一d方向的感应电流。(4)图d,线圈继续转90时，线圈与磁感线平行，穿过线圈的磁通量为0。此时,切割磁感线，cd向下切割磁感线。线圈中电流方向是a-b-c-d。磁通量：0感应电动势(磁通量变化率)：最大。4、特殊位置(1)中性面：与磁感线相垂直的平面。如a和c。(2)中性面的垂面：与中性面相垂直的平面。如 b和d。(3)比较中性一中性面的单面位置线圈平面与磁场 班直线圈平面与磁场平行疏通诚ki Al省磁徜量F化率等最大述应电动势等增大电流方向改变不变通过以上分析可知，在线圈连续转动过程中，感应电流的大小和方向都将随时间做周期性变化。线圈每经过中性面1次，感应电流方向就改

7、变 1动1周，感应电流的方向就变化 2次。三、交变电流的变化规律1、推导设线圈平面从中性面开始转动，角速度是3。t,线圈转过的角度是cot, ab边的线速度v的方向a-b-cab向上过时间磁感线B,这时方向间的夹角也等于 at,如右图所示。设 ab边长为L1, bc边长L2,磁感应强度为 ab边产生的感应电动势为eab=BLvsin w t = BL 1 w sin w t = B BLiL2Sin w t22此时整个线框中感应电动势为e=eab+ecd=BLiL2 w sin w t若线圈有N匝时，相当于N个完全相同白电源串联，e=NBLL2cosin cot,令EfNBLLzco =NBS

8、o （S=LiL2）,叫做感应电动势的峰值， e叫做感应电动势的 瞬时值。R+r,那么根据欧姆2、规律（从中性面开始计时）在只含有电阻的交流电路中，欧姆定律也是适用的。如果回路的总电阻为定律，回路中感应电流的瞬时值就为i=I nsin cot （I m=E/R+r）。而外电阻上分担的电压为u= Unsin cot （U n=InR）（简单 的电路图）e=Esin cot (E n= NBSco ) i=I nsin w t (I n=E/R+r)u= Unsin w t (Um=I R)3、图象电动势、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，如图（图3-16）（1）纵坐标：电压的瞬

9、时值。横坐标：两种等价的表示方法，时刻 t （角度3 t）当 3 t=2 兀时，t=T 当 co t=兀时，t=1/2T（2）线圈转动时，输出电压的瞬时值随之改变。当co t=0 ,即t=0时，u=0,线圈处在中性面当 cot= 90 （逆时针转 90 ）,即 t=1/4T 时，u=Um当 cot=180 （逆时针转 180 ）,即 t=1/2T 时，u=0当 cot= 270 （逆时针转 270 ）,即 t=3/4T 时，u=-Um当 cot=180 （逆时针转 360 ）,即 t=T 时，u=0没有特别说明时，交流电都是指正弦交流电。（P55例题）a四、描述交变电流大小的物理量物理晴物理含义重要犬系造川怙配及说明瞬时值交变电流某 时刻的也e - Eiisinorf t= luisiriruE计特线圈某时刻的受力情况显k俏最大的瞬时侑E = N BSttiEin = NG= 3F j 5 R r也容踹的击穿电压行皴值跟玄整电海的 热效应等效帕 考市也端的值对正余）强交流|也E、= JtE51-用JZm j2 fL日兑与山端的照设 应4关的吊Y如功.功 率、热量F等器L气设笛-铭牌” 1 所用值：，保除丝的烟晰山流 立交流也流表、由庆 去的示数平均值交变也波阳赛 中图线与时间 埠所灾的F超 与时间的比aW= IH, vN篝?二 云Hr计弟