三相正弦交流電路教（學(xué)）案

1、 第一節(jié) 交流電的產(chǎn)生一、教材分析1、教材的地位和作用本節(jié)課容節(jié)選自高等教育出版的全國中等職業(yè)學(xué)校規(guī)劃教材電工基礎(chǔ)第七章第一節(jié)，前一章主要講了電磁感應(yīng)。在此基礎(chǔ)上，本章學(xué)習(xí)正弦交流電路，而本節(jié)是講解交流電的產(chǎn)生。因此，本節(jié)容既是前章的總結(jié)，又是后面學(xué)習(xí)三相交流電路、對稱三相交流電路中電壓、電流和功率的計算方法的基礎(chǔ)。2、教學(xué)目標(biāo)（1）、知識目標(biāo)a、了解交流電動勢的產(chǎn)生。b、理解正弦交流電的特征。c、了解交流電的波形圖。（2）、能力目標(biāo)a、培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，思維能力。b、培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力。（3）、德育目標(biāo)a、培養(yǎng)學(xué)生勤于動腦、大膽實(shí)踐、勇于探索的良好習(xí)慣。b、指導(dǎo)

2、學(xué)生樹立辯證唯物主義世界觀。3、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：（1）、交流電產(chǎn)生的物理過程使同學(xué)了解線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)一周的時間，電流的大小與方向是怎樣變化的。難點(diǎn)：（1）、分析交流電的大小與方向時，線圈運(yùn)動方向(v)與磁感強(qiáng)度B之間的角度關(guān)系。二、教法設(shè)計1、重視問題情景的創(chuàng)設(shè)教師在導(dǎo)入、講授新課時，注重創(chuàng)設(shè)一定的物理情景，以便于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)學(xué)生思考。2、堅(jiān)持以學(xué)生為中心（1）、在得出交流電的波形圖的教學(xué)過程中,我采用學(xué)生分組“引導(dǎo)探究性推理”的教學(xué)方法。（2）、給學(xué)生提供多種機(jī)會應(yīng)用他們所學(xué)的知識。3、采用多種教學(xué)形式在教學(xué)中，教師采用視頻播放、課件展示與學(xué)生分組“引導(dǎo)探究性推理”（利用多

3、媒體教具學(xué)具）等教學(xué)方式，激發(fā)學(xué)生的興趣，并利用多媒體輔助分析演示實(shí)驗(yàn)與學(xué)生分組“引導(dǎo)探究性推理”，使學(xué)生獲得更多的理性認(rèn)識。三、學(xué)法指導(dǎo)1、強(qiáng)調(diào)“協(xié)作性學(xué)習(xí)”學(xué)生在教師的組織和引導(dǎo)下，分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，通過觀察、討論、交流、協(xié)商、辯論等多種形式，來促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的“穩(wěn)定性”、“清晰性”和“可利用性”。2、強(qiáng)調(diào)“引導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)”學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，通過動手實(shí)驗(yàn)、動腦分析，總結(jié)出楞次定律，化“驗(yàn)證”為“探索”，使學(xué)生有了單獨(dú)獲取知識的能力。四、教學(xué)過程1、創(chuàng)設(shè)情景，導(dǎo)入新課英國物理學(xué)家法拉第歷經(jīng)十年的潛心實(shí)驗(yàn)、研究，終于實(shí)現(xiàn)他的偉大夢想：“轉(zhuǎn)磁為電”。多媒體視頻播放。無論是各種形式的發(fā)電，還是

4、磁懸浮列車等高科技產(chǎn)品的使用，都是法拉第電磁感應(yīng)現(xiàn)象的重要應(yīng)用。他的這一偉大發(fā)現(xiàn)，極解放了生產(chǎn)力，推動了人類社會的飛速發(fā)展。那么,在發(fā)電廠里的電到底怎么產(chǎn)生呢?我們在使用的電到底是怎么樣的呢?現(xiàn)在我們一起來研究一下，教師利用實(shí)驗(yàn)器具展示給學(xué)生們創(chuàng)設(shè)物理情景一:磁場中線圈abcd，在U型磁鐵中緩緩轉(zhuǎn)動。并向?qū)W生提出問題：閉合回路中有感應(yīng)電流產(chǎn)生嗎？特征如何？學(xué)生通過觀察、分析,回答出：閉合回路中有感應(yīng)電流的產(chǎn)生，感應(yīng)電流的方向可以利用右手定則判定得出。教師繼續(xù)利用課件展示向?qū)W生創(chuàng)設(shè)物理情景二:閉合圓形線圈轉(zhuǎn)速加快。接著，教師繼續(xù)提出：線圈中的感應(yīng)電流有什么特征嗎？學(xué)生同樣經(jīng)過觀察、分析,回答出：

5、線圈中的感應(yīng)電流會快速的來回。這時，教師設(shè)疑并引入新課：這個來回擺動的電流到底是什么呢？這節(jié)課我們就一起來摸索一個電流，來覺察一個電流的特征交流電（板書課題）。2、科學(xué)猜想，設(shè)計實(shí)驗(yàn)首先立疑設(shè)問，提出有啟發(fā)性、耐人尋味的疑難問題:如何設(shè)計發(fā)電機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。依照認(rèn)知規(guī)律順序，從感性到理性，先用演示開路，引人新課，并留下懸念:為什么手搖發(fā)電機(jī)上安的小燈泡是一閃一閃的?這不僅能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，還可調(diào)動學(xué)生主動探索的積極性。教師提出：如果你是世界上第一個研究線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的感應(yīng)電流人，猜想一下，這個感應(yīng)電流會有哪些特征？學(xué)生：在教師的引導(dǎo)下猜測、討論、交流、辯論。教師：根據(jù)學(xué)生猜測結(jié)果，歸納、總

6、結(jié)出：這個感應(yīng)電流的大小在一定圍波動,波動的快慢與線圈轉(zhuǎn)速的快慢有關(guān)。教師：那交流電是什么樣子的呢？用示波器看正弦交流波形、鋸齒波形與方波波形。指出：這些都屬交流電。對比提問：這是不是交流電？告訴同學(xué)這是脈動直流電流的強(qiáng)弱雖然變化，但方向沒變。板書：“強(qiáng)度和方向都隨時間做周期性變化的電流叫做交流電”提出問題：這種交變電流是怎樣產(chǎn)生的呢？3、利用多媒體，探究電流的產(chǎn)生cbda（1）、首先對圖做一些說明線圈所在磁場為勻強(qiáng)磁場。由磁鐵產(chǎn)生的。設(shè)線圈為矩形線圈。線圈abcd為圖中線圈水平放置時的圖景，線圈平面與磁感線垂直圖1中abcd所在位置為中性面。規(guī)定t=0的時刻為圖中線圈所在的位置為起始時刻，即

7、由中性面開始，逆時針方向轉(zhuǎn)動。現(xiàn)在再注意觀察線圈轉(zhuǎn)動時線圈中的電流特性。1）首先觀察線圈中電流方向，從這個位置（中性面）開始轉(zhuǎn)動，注意觀察線圈ab邊、cd邊與電路中的電流方向有什么特點(diǎn)？（注：觀察到線圈中電流方向是變化的，這是計算機(jī)模擬的優(yōu)點(diǎn)，任何實(shí)驗(yàn)都做不到這點(diǎn)。這是交流電特性之一，一定要使學(xué)生觀察到）再注意觀察：線圈從什么位置開始改變電流方向？這個位置非常重要，常用它作為線圈位置的參照位置，給它起個名叫“中性面”，打開“中性面”。（注：這也只有計算機(jī)模擬才能實(shí)現(xiàn)。）2）現(xiàn)在請觀察電流強(qiáng)度。注意觀察電流表指針位置有什么特點(diǎn)？（應(yīng)觀察到指針位置是在不斷變化的。）這個特點(diǎn)反映了什么？（這個特點(diǎn)反

8、映了交流電的第二個特性：交流電流的強(qiáng)度也是在不斷變化的，要使學(xué)生觀察到）。再觀察電流強(qiáng)度與線圈位置的關(guān)系：現(xiàn)在先觀察線圈在什么位置電流最小？在什么位置電流最大？（要求學(xué)生觀察到在中性面時電流最小，與中性面垂直時電流最大）。在結(jié)合掛圖與課本中插圖引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)規(guī)律。總結(jié)：交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的是交變電流，電流強(qiáng)度與電流方向都是隨時間做周期性變化的。思考：當(dāng)線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)一周時，交流電方向改變幾次？電流強(qiáng)度改變幾次？角速度是，單位是rad/s。經(jīng)過時間t后，線圈轉(zhuǎn)過的角度是t。這時候ab邊在速度方向與磁感線方向間的夾角也等于t。設(shè)ab邊長為l，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度是B，那么ab邊中的感應(yīng)電動勢為：Blvsi

9、nt，cd邊的感應(yīng)電動勢跟ab邊中的大小一樣，又是串聯(lián)一起，所以，這一瞬間整個線圈的感應(yīng)電動勢：e=2Blvsint當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到與磁感線平行的位置時，ab邊和cd邊的線速度方向和磁感線垂直，即ab邊和cd邊都垂直切割磁感線，由于t=/2，sint=1。所以，這時的感應(yīng)電動勢最大。用Em表示，Em=2Blve= Emsint用R表示整個閉和電路的電阻，用i表示電路中的感應(yīng)電流，i=sint式中，是電流的最大值，用Im表示，則瞬間電流值：i=Imsint外電路上的電壓同樣也按照正弦規(guī)律變化的。u=Umsintu為瞬間電壓，Um為最大電壓。假如不是從線圈平面跟中性面重合的時刻開始計時，而是從線圈平

10、面與中性面有一個夾角0開始計時，那么經(jīng)過t時間后線圈平面和中性面間的角度是t+0。那么，感應(yīng)電動勢的公式就變成i=Imsin（t+0）u=Umsin（t+0）4、利用多媒體，探究電流變化規(guī)律從上面的觀察知道，交流電的電流強(qiáng)度與產(chǎn)生交流電的線圈位置有關(guān)。那么電流強(qiáng)度與線圈位置之間有什么關(guān)系呢？首先我們用儀器示波器來觀察一下交流電是怎樣變化的。（注：接好電路進(jìn)行觀察）請注意觀察屏幕上的圖像。這是在這個儀器過交流電時得到的一條圖線。它的形狀反映了交流電的變化情況。請思考這是一條什么圖線？這是一條正弦函數(shù)曲線。即這種交流電是按正弦規(guī)律變化的。所以這種交流電叫正弦交流電。  

11、0; 為什么這種交流電是按正弦規(guī)律變化的？我們?nèi)酝ㄟ^觀察模擬實(shí)驗(yàn)來認(rèn)識這種交流電的變化規(guī)律。（注：只有通過計算機(jī)的模擬演示才能觀察到，這又說明這種模擬演示中的現(xiàn)象是任何實(shí)驗(yàn)無法替代的）打開“圖像”進(jìn)行觀察。如圖。 注意觀察：圖中直角坐標(biāo)的橫軸代表什么？縱軸代表什么？線圈此刻在什么位置？ 進(jìn)行演示，并觀察思考：線圈位置與電流變化之間有什么關(guān)系？當(dāng)線圈停在如圖5所示的某位置時此時線圈中的電流是多大？請思考：這種交流電的變化規(guī)律怎樣用數(shù)學(xué)公式表示？為此，我們將它改成平面圖來研究，見圖6。請注意觀察：（）磁極間的磁場是一種什么磁場？線圈在轉(zhuǎn)動過程中那段導(dǎo)線切割磁感線而能產(chǎn)

12、生感應(yīng)電流的？（）線圈a邊的運(yùn)動速度是什么？切割速度是什么？（）線圈位置如何表示？（）如果線圈以w 做勻速圓周運(yùn)動，線圈位置用角b 表示，當(dāng)b 隨時間t變化時，b與w 是什么關(guān)系？bt（）線圈a邊中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢是什么？（）線圈中的感應(yīng)電動勢是什么？寫出電動勢公式。e=Em Sint，其中Em=2BLV=2BL L /2=BS（）閉合電路中的感應(yīng)電流是什么？寫出電流公式。i=Im Sint其中Im2BLV=2BL L /2=BS5、延伸知識發(fā)電機(jī)的基本組成部分是磁極和線圈(線圈匝數(shù)很多，嵌在硅鋼片制成的鐵心上，通常叫電樞)。電樞轉(zhuǎn)動、而磁極不動的發(fā)電機(jī)

13、，叫做旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)。磁極轉(zhuǎn)動、而電樞不動，線圈依然切割磁感線，電樞中同樣會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這種發(fā)電機(jī)叫做旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)。不論哪種發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)動的部分都叫轉(zhuǎn)子，不動的部分都叫定子。旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的電流必須經(jīng)過裸露著的滑環(huán)和電刷引到外電路，如果電壓很高，就容易發(fā)生火花放電，有可能燒毀電機(jī)。這種發(fā)電機(jī)提供的電壓一般不超過500 V。旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)克服了上述缺點(diǎn)，能夠提供幾千伏到幾十千伏的電壓，輸出功率可達(dá)幾十萬千瓦。所以，大型發(fā)電機(jī)都是旋轉(zhuǎn)磁極式的。發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是由蒸汽機(jī)、水輪機(jī)或其他動力機(jī)帶動的。動力機(jī)將機(jī)械能傳遞給發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能傳送給外電路。6、教學(xué)總結(jié)1、 電流強(qiáng)度與電流方向都是隨時間做周期性變化的。2、 交流電的圖象是一條正弦函數(shù)曲線。附：板書設(shè)計1產(chǎn)生原理線框在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動2過程分析甲SB maxBS min=0 中性面乙SB min=0 m=2Blv=BS 電流方向abcd甲乙與中性面夾角t = BSt emsint電流方向abcd msint3規(guī)律公式emsint im/R sint教學(xué)后記交流電的產(chǎn)生和變化規(guī)律是“交流電”這章的重點(diǎn)，又是電磁感應(yīng)、楞次定律、左右手定則等知識的進(jìn)一步具體應(yīng)用。理論分析是