第一節(jié)《交變電流》

第一節(jié)《交變電流》第一頁，共四十頁，2022年，8月28日教學目標

（一）知識與技能1．使學生理解交變電流的產(chǎn)生原理，知道什么是中性面。2．掌握交變電流的變化規(guī)律及表示方法。3．理解交變電流的瞬時值和最大值及中性面的準確含義。（二）過程與方法1．掌握描述物理量的三種基本方法（文字法、公式法、圖象法）。2．培養(yǎng)學生觀察能力，空間想象能力以及將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖形的能力。3．培養(yǎng)學生運用數(shù)學知識解決物理問題的能力。第二頁，共四十頁，2022年，8月28日（三）情感、態(tài)度與價值觀通過實驗觀察，激發(fā)學習興趣，培養(yǎng)良好的學習習慣，體會運用數(shù)學知識解決物理問題的重要性教學重點交變電流產(chǎn)生的物理過程的分析。教學難點交變電流的變化規(guī)律及應用。教學方法

演示法、分析法、歸納法教學手段

手搖單相發(fā)電機、小燈泡、示波器、多媒體教學課件、示教用大的電流表第三頁，共四十頁，2022年，8月28日1、直流電流(DC)方向不隨時間變化的電流2、交變電流(AC)大小和方向都隨時間做周期性變化的電流一、交變電流的概念交變電流可以變成直流！交變電流是如何產(chǎn)生的呢？第四頁，共四十頁，2022年，8月28日交流發(fā)電機模型二、交變電流的產(chǎn)生第五頁，共四十頁，2022年，8月28日第六頁，共四十頁，2022年，8月28日做一做第七頁，共四十頁，2022年，8月28日1、線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動二、交變電流的產(chǎn)生第八頁，共四十頁，2022年，8月28日2、過程分析（1）在線圈轉(zhuǎn)動的過程中，那些邊會產(chǎn)生感應電動勢？ab邊cd邊（2）怎樣將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖？第九頁，共四十頁，2022年，8月28日將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖第十頁，共四十頁，2022年，8月28日（3）在線圈由甲轉(zhuǎn)到乙的過程中，AB邊中電流向哪個方向流動？丙轉(zhuǎn)到丁呢？（4）線圈轉(zhuǎn)到什么位置，電流最?。]有電流）？線圈轉(zhuǎn)到什么位置，電流最大？由a→b由b→a第十一頁，共四十頁，2022年，8月28日B⊥SΦ最大E=0I=0中性面垂直磁場方向的平面叫做中性面。線圈經(jīng)過中性面時，Φ最大，但線圈中的電動勢為零2、過程分析(V//B)第十二頁，共四十頁，2022年，8月28日判斷此位置有沒有感應電流，方向怎么樣？第十三頁，共四十頁，2022年，8月28日B∥SΦ=0E最大I最大感應電流方向a到b線圈與磁場平行時，Φ最小，但線圈中的電動勢最大(V⊥B)第十四頁，共四十頁，2022年，8月28日判斷此位置有沒有感應電流，方向怎么樣？第十五頁，共四十頁，2022年，8月28日B⊥SΦ最大E=0I=0中性面B∥SΦ=0E、I最大感應電流方向b到aV//BV⊥B第十六頁，共四十頁，2022年，8月28日（3）在線圈由甲轉(zhuǎn)到乙的過程中，AB邊中電流向哪個方向流動？丙轉(zhuǎn)到丁呢？（4）線圈轉(zhuǎn)到什么位置，電流最?。]有電流）？線圈轉(zhuǎn)到什么位置，電流最大？由a→b由b→a線圈轉(zhuǎn)到甲、丙位置時線圈中沒有電流；轉(zhuǎn)到乙、丁位置時線圈中電流最大！第十七頁，共四十頁，2022年，8月28日線圈轉(zhuǎn)動一周，多少次經(jīng)過中性面?電流方向改變多少次?思考與討論.a(b)c(d)O第十八頁，共四十頁，2022年，8月28日

1.中性面：垂直磁場方向的平面．（1）線圈經(jīng)過中性面時，穿過線圈的磁通量最大φ=BS，但△φ/△t=0最小，（ab和cd邊都不切割磁感線），線圈中的感應電動勢為零．（2）線圈經(jīng)過中性面時，電流將改變方向，線圈轉(zhuǎn)動一周，兩次經(jīng)過中性面，電流方向改變兩次．2.線圈平行與磁感線時，φ=0,△φ/△t最大，感應電動勢最大。第十九頁，共四十頁，2022年，8月28日以線圈經(jīng)過中性面開始計時，切割邊L1，另一邊L2,推導任意時刻t線圈中的感應電動勢∴令則有

e為電動勢在時刻t的瞬時值，Em為電動勢的最大值（峰值）NBSω=NBSω三、交變電流的變化規(guī)律

第二十頁，共四十頁，2022年，8月28日1、電動勢按正弦規(guī)律變化2、電流按正弦規(guī)律變化

3、電壓按正弦規(guī)律變化

電流i通過R時：成立條件：轉(zhuǎn)軸垂直勻強磁場，經(jīng)中性面時開始計時第二十一頁，共四十頁，2022年，8月28日eoEmT/42T/43T/4Tπ/2π3π/22πωtt四、交流電的圖像

第二十二頁，共四十頁，2022年，8月28日四、交流電的圖像

et0Em-Emit0Im-Im第二十三頁，共四十頁，2022年，8月28日(1)正弦交流電(2)示波器中的鋸齒波掃描電壓(3)電子計算機中的矩形脈沖(4)激光通信中的尖脈沖五、交變電流的種類第二十四頁，共四十頁，2022年，8月28日２、交流電的產(chǎn)生：矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速旋轉(zhuǎn)時，線圈中就產(chǎn)生

．１、交變電流：

和

都隨時間做

的電流叫做交變電流．電壓和電流隨時間按

變化的交流電叫正弦交流電大小方向正弦規(guī)律正弦交流電周期性變化課堂練習第二十五頁，共四十頁，2022年，8月28日３、當線圈平面垂直于磁感線時，線圈各邊都不切割磁感線，線圈中沒有感應電流，這樣的位置叫做

．線圈平面每經(jīng)過中性面一次，感應電流方向就改變一次，因此線圈轉(zhuǎn)動一周，感應電流方向改變

．中性面兩次第二十六頁，共四十頁，2022年，8月28日４、線圈從中性面開始轉(zhuǎn)動，角速度是ω，線圈中的感應電動勢的峰值是Em，那么在任一時刻t感應電動勢的瞬時值e為

．若電路總電阻為Ｒ，則感應電流的瞬時值Ｉ為

．e0Em-Emte=Emsinωti=(Em/R)·sinωt第二十七頁，共四十頁，2022年，8月28日六、交流發(fā)電機第二十八頁，共四十頁，2022年，8月28日第二十九頁，共四十頁，2022年，8月28日1、組成：①用來產(chǎn)生感應電動勢的線圈（叫電樞）②用來產(chǎn)生磁場的磁極2、種類①旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機②旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機轉(zhuǎn)動的部分叫轉(zhuǎn)子，不動的部分叫定子第三十頁，共四十頁，2022年，8月28日５、交流發(fā)電機有兩種，即

、

．其中轉(zhuǎn)動的部分叫

，不動的部分叫

．發(fā)電機轉(zhuǎn)子是由

、

或其它動力機帶動旋轉(zhuǎn)磁極式旋轉(zhuǎn)電樞式轉(zhuǎn)子定子水輪機蒸汽輪機第三十一頁，共四十頁，2022年，8月28日6、一矩形線圈,繞垂直于勻強磁場并位于線圈平面的固定軸轉(zhuǎn)動,線圈中的感應電動勢e隨時間t的變化如圖所示,下面說法中正確的是A.t1時刻通過線圈的磁通量為零B.t2時刻通過線圈的磁通量的絕對值最大C.t3時刻通過線圈的磁通量的絕對值最大D.每當e變換方向時，通過線圈的磁通量絕對值最小et0t1t2t3t4Em-EmC第三十二頁，共四十頁，2022年，8月28日1、知道交變電流定義（AC）：大小和方向都隨時間作周期性變化的電流。方向不隨時間變化的電流為直流電（DC）。辨析電流圖。3、推導和理解交變電流的變化規(guī)律：（重難點）（1）方向變化規(guī)律----線圈平面每經(jīng)過中性面一次，感應電流的方向就改變一次；線圈轉(zhuǎn)動一周，感應電流的方向改變兩次。φ最大，△φ/△t=0最小，感應電動勢最小E=0（2）大小變化規(guī)律----按正弦規(guī)律變化：（能畫出瞬時線速度分解圖）e=EmsinωtEm=NBSω叫電動勢的最大值（峰值）

i=ImsinωtIm=Em/R+r叫電流的最大值（峰值）u=UmsinωtUm=ImR叫電壓的最大值（峰值）

5.1交變電流小結2、理解交變電流產(chǎn)生的過程：線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生正弦式交變電流。能畫出四幅過程圖。垂直磁場方向的平面叫做中性面。

（重點）電流通過R時：第三十三頁，共四十頁，2022年，8月28日1．在如圖所示的幾種電流隨時間變化的圖線中，屬于交變電流的是，屬于正弦交變電流的是。tiABCDABDA三、課堂練習第三十四頁，共四十頁，2022年，8月28日2一矩形線圈繞垂直于勻強磁場并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動，線圈中的感應電動勢隨時間的變化規(guī)律如圖所示，下面說法中正確的是()：T1時刻通過線圈的磁通量為零；T2時刻通過線圈的磁通量的絕對值最大；T3時刻通過線圈的磁通量變化率的絕對值最大；每當e變換方向時，通過線圈的磁通量的絕對值都為最大。答案：D第三十五頁，共四十頁，2022年，8月28日1.矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動。設線圈ab邊長為20cm，ad邊長為10cm，磁感應強度B=0.01T，線圈的轉(zhuǎn)速n=50r/s，求：電動勢的最大值及對應的線圈位置。0.0628V線圈平面與磁場方向平行。

2.如圖所示：匝數(shù)為N、面積為S的矩形線圈在勻強磁場B中勻速轉(zhuǎn)動，角速度為ω，求線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過180度時間內(nèi)的平均感應電動勢。...E平均=S2NBω/π第三十六頁，共四十頁，2022年，8月28日練習一臺發(fā)電機在產(chǎn)生正弦式電流。如果發(fā)電機電動勢的峰值為Em=400V，線圈勻速轉(zhuǎn)動的角速度為ω=314rad/s，試寫出電動勢瞬時值的表達式。如果這個發(fā)電機的外電路只有電阻元件，總電阻為2000Ω，電路中電流的峰值是多少？寫出電流瞬時值的表達式。e=EmsinWt=400sin314t解：電動勢瞬時值的表達式為：電流峰值為：Im=Em/R=400÷2000=0.2A電流瞬時值的表達式為：i=ImsinWt=2sin314t第三十七頁，共四十頁，2022年，8月28日

4、一臺發(fā)電機產(chǎn)生的按正弦規(guī)律變化的感應電動勢的最大值為311V，線圈在磁場中轉(zhuǎn)動的角速度100πrad/s。（1）寫出感應電動勢的瞬時值表達式。（2）若該發(fā)電機只與含電阻的負載組成閉合電路，電路的總電阻為100Ω，試寫出通過負載的電流強度的瞬時表達式，在t=1/120s時電流強度的瞬時值為多少？（3）線圈從中性面轉(zhuǎn)過180度的過程中，電動勢的最大值、平均值分別是多少？（4）轉(zhuǎn)動過程中磁通量的變化率最大值是多少？答案（1）e=311Sin100πt（2）I=3.11Sin（100π*1/120）=3.11*1/2=1.55（A）（3）E

m=311VE=NΔφ/Δt=2NBSω/π≈198V（4）Δφ/Δt=311/N（Wb/s）第三十八頁，共四十頁，2022年，8月28日(甲)(乙)(丙)(丁)E

I

，電流方向：

.E

,I

,Φ

.E

I

，電流方向：