2020-2021學(xué)年高中物理第三章交變電流第2節(jié)交變電流是怎樣產(chǎn)生的教案2魯科版

1、第 2 節(jié) 交變電流是怎樣產(chǎn)生的一、教學(xué)目標(biāo)1、知識(shí)與技能（ 1）使學(xué)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(shí)值和最大值及中性面的準(zhǔn)確含義。2、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(xué)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(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問題的能力。3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀: 通過實(shí)驗(yàn)觀察，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，體會(huì)運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問題的重要性。二、教學(xué)重點(diǎn)：交變電流產(chǎn)生的物理過程的分析。三、教學(xué)難點(diǎn)：交變電流的變化規(guī)律

2、及應(yīng)用。教學(xué)過程一、交流發(fā)電機(jī) （實(shí)驗(yàn)、動(dòng)畫）1、原理：由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，只要通過閉合導(dǎo)體的磁通量發(fā)生變化，就可以產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流 （線圈、磁感線） （學(xué)生實(shí)驗(yàn)）2、構(gòu)造：發(fā)電機(jī)主要由線圈（電樞）和磁極兩部分組成。3、種類：（ 1）旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)磁極固定不動(dòng)，讓電樞在磁極中旋轉(zhuǎn)，使穿過線圈的磁通量發(fā)生變化而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這種發(fā)電機(jī)稱為旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)。（ 2）旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)電樞固定不動(dòng)，讓磁極在電樞中旋轉(zhuǎn)，使穿過線圈的磁通量發(fā)生變化而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這種發(fā)電機(jī)稱為旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)。不論哪種發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)動(dòng)的部分都叫做轉(zhuǎn)子，固定不動(dòng)的部分都叫做定子。旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是電樞，

3、定子是磁極。旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)剛好相反。（ 3）兩種發(fā)電機(jī)的比較（了解）旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)需要用電刷將產(chǎn)生的電流引到外電路，如果電壓太高，就容易發(fā)生火花放電，燒壞電刷。而且由于空間的限制線圈匝數(shù)不能太多。因此電壓不會(huì)太高，一般在 500v 以下。而旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)克服了上述缺點(diǎn)，能提供幾千到幾萬伏的電壓。所以，大多數(shù)大型發(fā)動(dòng)機(jī)是旋轉(zhuǎn)磁極式。二、交變電流的產(chǎn)生原理（實(shí)驗(yàn) 用交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生交變電流）現(xiàn)象：線圈在磁場(chǎng)中每旋轉(zhuǎn)1 圈，電流表指針就左右擺動(dòng)1 次，它的大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化。為什么交流發(fā)電機(jī)會(huì)產(chǎn)生大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流？1、手搖交流發(fā)電機(jī)構(gòu)造（圖 ）手搖發(fā)電機(jī)可以等效為

4、一個(gè)矩形線圈，放在兩個(gè)磁極產(chǎn)生的磁場(chǎng)中。矩形線圈兩端分別與金屬環(huán)K和L相連。兩個(gè)金屬環(huán)又分別和電刷A B接觸，并和電表一起組成一個(gè)閉合回路。2、產(chǎn)生電流的原因矩形線圈 abcd 在磁場(chǎng)中繞oo 勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，由于 ab 和 cd 做切割磁感線的運(yùn)動(dòng) （通過線圈的磁通量發(fā)生變化） ，使線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流。3、過程分析（感應(yīng)電流的方向）（用制作的教具分析） （立體圖畫在旁邊）（ 1）圖 a ，線圈平面與磁感線垂直，穿過線圈的磁通量最大。這個(gè)位置稱為中性面。Ab和cd的速度方向與磁感線平行，線圈兩邊都不切割磁感線，因此不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，沒有感應(yīng)電流。磁通量：最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（磁通量變化率）：0

5、當(dāng)線圈沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，ab、cd在豎直方向的分速度使其切割磁感線，產(chǎn)生沿d-c-b-a方向的感應(yīng)電流。（ 2）圖 b ，線圈沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)過90 ，線圈與磁感線平行，穿過線圈的磁通量為0。此時(shí)，ab向下垂直切割磁感線， cd向上垂直切割磁感線。線圈中電流方向是d-cfb-a。磁通量： 0感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（磁通量變化率）：最大。（ 3）圖c ，線圈又回到了中性面。Ab 和 cd 的速度方向與磁感線平行，線圈平面與磁感線垂直，穿過線圈的磁通量最大。線圈兩邊都不切割磁感線，因此不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，沒有感應(yīng)電流。磁通量：最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(磁通量變化率)：0當(dāng)線圈沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，ab、cd在豎直方向的分速

6、度使其切割磁感線，產(chǎn)生沿一d方向的感應(yīng)電流。(4)圖d,線圈繼續(xù)轉(zhuǎn)90時(shí)，線圈與磁感線平行，穿過線圈的磁通量為0。此時(shí),切割磁感線，cd向下切割磁感線。線圈中電流方向是a-b-c-d。磁通量：0感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(磁通量變化率)：最大。4、特殊位置(1)中性面：與磁感線相垂直的平面。如a和c。(2)中性面的垂面：與中性面相垂直的平面。如 b和d。(3)比較中性一中性面的單面位置線圈平面與磁場(chǎng) 班直線圈平面與磁場(chǎng)平行疏通誠ki Al省磁徜量F化率等最大述應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等增大電流方向改變不變通過以上分析可知，在線圈連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，感應(yīng)電流的大小和方向都將隨時(shí)間做周期性變化。線圈每經(jīng)過中性面1次，感應(yīng)電流方向就改

7、變 1動(dòng)1周，感應(yīng)電流的方向就變化 2次。三、交變電流的變化規(guī)律1、推導(dǎo)設(shè)線圈平面從中性面開始轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度是3。t,線圈轉(zhuǎn)過的角度是cot, ab邊的線速度v的方向a-b-cab向上過時(shí)間磁感線B,這時(shí)方向間的夾角也等于 at,如右圖所示。設(shè) ab邊長為L1, bc邊長L2,磁感應(yīng)強(qiáng)度為 ab邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為eab=BLvsin w t = BL 1 w sin w t = B BLiL2Sin w t22此時(shí)整個(gè)線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為e=eab+ecd=BLiL2 w sin w t若線圈有N匝時(shí)，相當(dāng)于N個(gè)完全相同白電源串聯(lián)，e=NBLL2cosin cot,令EfNBLLzco =NBS

8、o （S=LiL2）,叫做感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值， e叫做感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的 瞬時(shí)值。R+r,那么根據(jù)歐姆2、規(guī)律（從中性面開始計(jì)時(shí)）在只含有電阻的交流電路中，歐姆定律也是適用的。如果回路的總電阻為定律，回路中感應(yīng)電流的瞬時(shí)值就為i=I nsin cot （I m=E/R+r）。而外電阻上分擔(dān)的電壓為u= Unsin cot （U n=InR）（簡(jiǎn)單 的電路圖）e=Esin cot (E n= NBSco ) i=I nsin w t (I n=E/R+r)u= Unsin w t (Um=I R)3、圖象電動(dòng)勢(shì)、電流與電壓的瞬時(shí)值與時(shí)間的關(guān)系可以用正弦曲線來表示，如圖（圖3-16）（1）縱坐標(biāo)：電壓的瞬

9、時(shí)值。橫坐標(biāo)：兩種等價(jià)的表示方法，時(shí)刻 t （角度3 t）當(dāng) 3 t=2 兀時(shí)，t=T 當(dāng) co t=兀時(shí)，t=1/2T（2）線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輸出電壓的瞬時(shí)值隨之改變。當(dāng)co t=0 ,即t=0時(shí)，u=0,線圈處在中性面當(dāng) cot= 90 （逆時(shí)針轉(zhuǎn) 90 ）,即 t=1/4T 時(shí)，u=Um當(dāng) cot=180 （逆時(shí)針轉(zhuǎn) 180 ）,即 t=1/2T 時(shí)，u=0當(dāng) cot= 270 （逆時(shí)針轉(zhuǎn) 270 ）,即 t=3/4T 時(shí)，u=-Um當(dāng) cot=180 （逆時(shí)針轉(zhuǎn) 360 ）,即 t=T 時(shí)，u=0沒有特別說明時(shí)，交流電都是指正弦交流電。（P55例題）a四、描述交變電流大小的物理量物理晴物理含義重要犬系造川怙配及說明瞬時(shí)值交變電流某 時(shí)刻的也e - Eiisinorf t= luisiriruE計(jì)特線圈某時(shí)刻的受力情況顯k俏最大的瞬時(shí)侑E = N BSttiEin = NG= 3F j 5 R r也容踹的擊穿電壓行皴值跟玄整電海的 熱效應(yīng)等效帕 考市也端的值對(duì)正余）強(qiáng)交流|也E、= JtE51-用JZm j2 fL日兌與山端的照設(shè) 應(yīng)4關(guān)的吊Y如功.功 率、熱量F等器L氣設(shè)笛-銘牌” 1 所用值：，保除絲的煙晰山流 立交流也流表、由慶 去的示數(shù)平均值交變也波陽賽 中圖線與時(shí)間 埠所災(zāi)的F超 與時(shí)間的比aW= IH, vN篝?二 云Hr計(jì)弟