交变电流+教学设计 高二上学期物理人教版选修3-2

高二物理选修3-2第五章交变电流第一节交变电流教学目标：1.会观察电流（或电压）的波形图，理解交变电流、直流的概念2.分析线圈转动1周中电动势和电流方向的变化，能对交变电流的产生有比较清楚的了解，具有运用基本原理解决新情境下问题的能力3.知道交变电流的变化规律及表示方法，知道交变电流的峰值、瞬时值的物理含义教学重点：交变电流产生的物理过程的分析。教学难点：交变电流的变化规律及应用。教学过程一、导入新课、板书课题回顾：恒定电流电压导入：我们已经学过恒定电流，在生活中，我们接触到的还有家庭电路中的交变电流，这种电路和电池所提供的直流电流有何不同？二、出示目标、明确任务1.理解交变电流、直流的概念2.能对交变电流的产生有比较清楚的理解，掌握交变电流的变化规律及表示方法，熟记交变电流的峰值、瞬时值的物理含义三、学生自学、独立思考阅读课本31-33页内容，找到书中的知识点、重点、困惑点四、自学指导、紧扣教材1.阅读课本31页第一段、演示和交变电流部分、做一做①通过阅读第一段，找到什么叫做“波形图”②通过阅读交变电流部分，找到交变电流和直流电流的概念、特点、分别由谁提供。它们之间是否可以相互转化？③通过阅读做一做，观看多媒体动画，尝试说明实验现象2.阅读课本32页交变电流的产生部分①通过阅读前两段，找到如何保持转动的线圈和外电路的连接②假定逆时针转动，如书中甲至丁，尝试思考课本上的问题③找到什么叫做“中性面”3.阅读课本32-33页交变电流的变化规律部分①找到电动势e随时间变化的规律公式，清楚式中各字母的含义，知道电动势的峰值如何表示②负载两端的电压、电流也按正弦规律变化，公式如何？③找到正弦式交变电流的定义，知道其他几种变变电流五、自学展示、精讲点拨①利用电压传感器（或电流传感器）可以在荧光屏上绘出电压（或电流）随时间变化的图象。这样的图形在电工技术和电子技术中常常叫做“波形图”。②电流的大小和方向都随时间做周期性的变化，这样的电流叫做交变电流，简称交流方向不随时间变化的电流称为直流。发电机产生交流电，电池产生直流电交变电流经过电子电路的处理，也能变成直流③可以观察到两个发光二极管交替发光，该实验说明了发动机产生的电流的方向随时间变化，不是直流，是交变电流。2.①线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。②假定线圈沿逆时针方向匀速转动，如图5.1-3甲至丁。我们考虑下面几个问题。1.图5.1-3中，在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？（由B到A）2.在线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？（由A到B）3.当线圈转到什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置时线圈中的电流最大？（线圈转到甲或丙位置时线圈中没有电流，该位置成为中性面。线圈转到乙或丁位置时，线圈中的电流最大）4.大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线，从E经过负载流向F的电流记为正，反之为负。在横坐标上标出线圈到达甲、乙、丙、丁几个位置时对应的时刻。③线圈平面与磁场垂直的位置3.①e=Emsinωt式中Em是个常数，表示电动势可能达到的最大值，叫做电动势的峰值，ω是发电机线圈转动的角速度。②u=Umsinωti=Imsinωt③家庭电路中的正弦式电流、示波器中的锯齿形扫描电压、电子电路中的矩形脉冲精讲1.正弦交流电的产生当闭合矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴线做匀角速转动时，闭合线圈中就有交流电产生。如图所示。设矩形线圈abcd以角速度ω绕oo'轴、从线圈平面跟磁感线垂直的位置开始做逆时针方向转动。此时，线圈都不切割磁感线，线圈中感应电动势等于零。经过时间t线圈转过ωt角，这时ab边的线速度v方向跟磁感线方向夹角等于ωt，设ab边的长度为l，bd边的长度为l'，线圈中感应电动势为。当线圈平面转到跟磁感线平行的位置时，线圈转过T/4时间，ωt=π/2，ab边和cd边都垂直切割磁感线，sinωt=1，线圈中感应电动势最大，用来表示，。则。由上式知，在匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴做匀角速转动的线圈里产生的感应电动势是按正弦规律变化的．根据闭合电路欧姆定律：，令，则 路端电压，令，则 如果线圈从如图所示位置开始转动，电路中感应电动势、感应电流和路端电压将按余弦规律变化2．中性面当线圈转动至线圈平面垂直于磁感线位置时，各边都不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这个特定位置叫做中性面。应注意：①中性面在垂直于磁场位置。②线圈通过中性面时，穿过线圈的磁通量最大。③线圈平面通过中性面时感应电动势为零。④线圈平面每转过中性面时，线圈中感应电流方向改变一次，转动一周线圈两次通过中性面，故一周里线圈中电流方向改变两次。3．正弦交流电的图象矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴做匀角速转动，线圈里产生正弦交流电。当线圈从中性面开始转动，在一个周期中：在t（0，T/4）时间内，线圈中感应电动势从0达到最大值。在t（T/4，T/2）时间内，线圈中感应电动势从最大值减小到0。在t（T/2，3T/4）时间内，线圈中感应电动势从0增加到负的最大值-。在t（3T/4，T）时间内，线圈中感应电动势的值从负的最大值-减小到0。电路中的感应电流、路端电压与感应电动势的变化规律相同，如图所示。二、描述交变电流的物理量1、瞬时值：它是反映不同时刻交流电的大小和方向，正弦交流瞬时值表达式为：，。应当注意必须从中性面开始。生活中用的市电电压为220V。其最大值为V=311V（有时写为310V），频率为50HZ，所以其电压瞬时值的表达式为u=311sin314t（V）。2、最大值：也叫峰值，它是瞬时值的最大者，它反映的是交流电大小的变化范围，当线圈平面跟磁感线平行时，交流电动势最大，（转轴垂直于磁感线）。电容器接在交流电路中，则交变电