人教新課標2交變電流教學設計

教學設計(二)eq\o(\s\up7(),\s\do5(整體設計))教學目的1．交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律。2．會用公式和圖象表示交變電流。3．培養(yǎng)學生觀察實驗能力和思維能力。重點、難點、疑點及解決辦法1．重點：交變電流產(chǎn)生的物理過程分析及中性面的特點。2．難點：交變電流產(chǎn)生的物理過程分析。3．疑點：當線圈處于中性面時磁通量最大，而感應電動勢為零。當線圈平行磁感線時，通過線圈的磁通量為零，而感應電動勢最大。即Φmin＝0，Em有最大值；Φmax＝BS。Emin＝0的理解。4．解決辦法(1)通過對矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動一周的實物演示，立體圖結(jié)合側(cè)視圖的分析、特殊位置結(jié)合任一位置分析使學生了解交變電流的大小和方向是如何變化的。(2)通過側(cè)視圖分析線圈運動方向與磁場方向B之間的關(guān)系，利用導體切割磁感線方法來處理，使問題容易理解。教學準備手搖發(fā)電機模型、演示電流計、導線若干、微機、實物投影。eq\o(\s\up7(),\s\do5(教學過程))[事件1]創(chuàng)設情景，導入新課。1831年法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象，為人類進入電氣化時代打開了大門，今天我們使用的電燈、微波爐等家用電器的交流電是怎樣產(chǎn)生并且送到我們的家庭中來的呢？這就是這章要學習的內(nèi)容，先看第一節(jié)：交流電的產(chǎn)生。知識回顧教師：如何產(chǎn)生感應電流？請運用電磁感應的知識，設計一個發(fā)電機模型。教師巡視教室一圈，將學生典型的兩種畫法用幻燈片展現(xiàn)。請學生回答電路中為什么會有感應電流？學生回答，①電路閉合，②磁通量變化。引導學生答出甲圖由面積增大引起磁通量增加。乙圖是由線圈平面與磁感線的夾角變化引起磁通量變化。[事件2]交變電流的產(chǎn)生。拿出手搖發(fā)電機模型，介紹主要部件，(對照乙圖)將發(fā)電機接演示用電流計緩慢轉(zhuǎn)動線框一周，讓學生觀察電流計指針偏轉(zhuǎn)情況(重復兩次)。學生：指針左右擺動一次。這說明通過電流計的電流有何特點？[學生]電流大小變化，方向變化。[教師]連續(xù)3次緩慢轉(zhuǎn)動線框，請學生繼續(xù)觀察電流計指針偏轉(zhuǎn)情況。[學生]連續(xù)左右擺動3次。[教師]這反映在連續(xù)轉(zhuǎn)動線框過程中，通過電流計的電流有何特點？[學生]周期性變化。[教師]我們把這種大小、方向都隨時間作周期性變化的電流叫做交流電。[事件3]交變電流的變化規(guī)律。剛才矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動為什么可以產(chǎn)生交流電？產(chǎn)生的交流電又屬于哪種交流電呢(就剛才實物提問)？這節(jié)課我們就來解決這些問題。線框勻速轉(zhuǎn)動過程中，哪些邊在切割磁感線？ab邊、cd邊。ab邊、cd邊其實在繞OO′做勻速圓周運動。演示并觀察何時電動勢最大？教師緩慢轉(zhuǎn)動線框，請學生發(fā)現(xiàn)指針偏轉(zhuǎn)最大時喊停。此時線圈平面與磁感線平行。演示并觀察何時電動勢最??？教師緩慢轉(zhuǎn)動線框，請學生發(fā)現(xiàn)指針偏轉(zhuǎn)最小時喊停。當線框平面垂直磁感線時，感應電動勢最小。為了便于討論，我們來看圖(轉(zhuǎn)動一周中的五個特殊位置)。教師交代1．磁場為勻強磁場。2．OO′與ab邊、cd邊等距且ab＝cd＝l1、bc＝da＝l2我們把線框與磁感線垂直的平面稱為中性面，線框處于中性面時通過的磁通量最大。為了能更方便地說明問題，我們將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖來分析，那如何轉(zhuǎn)化呢？我們一起來看甲圖是如何轉(zhuǎn)化的，我們能看到的邊是ad邊，切割的兩條邊ab、cd可用點來表示，即為(甲)圖。切割邊ab、cd在圖中的運動方向呢？ab邊、cd邊繞OO′作圓周運動，所以運動方向時刻與圓周半徑垂直。請同學們在(甲)圖標上邊ab、cd此時的運動方向。請同學們完成其余四圖轉(zhuǎn)化工作及標上ab、cd在各圖中的切割方向。學生完成后，用幻燈片進行校正。我們現(xiàn)在來分析線框轉(zhuǎn)動一周過程中是如何產(chǎn)生交變電流的。甲圖中的運動方向v平行于磁感應強度方向B，則各邊產(chǎn)生的感應電動勢多大？ab邊、cd邊產(chǎn)生感應電動勢均為零，則線框中總感應電動勢為零。同樣得出乙圖中eab＝Bl1v，由學生利用右手定則判斷出電流方向a→b。ecd＝Bl1v，由學生利用右手定則判斷出電流方向c→d。線框由甲位置經(jīng)t時間到某位置時，如圖示，(幻燈片上)此時，ab、cd運動方向如何？v與B方向夾角如何？如何處理？此時ab邊、cd邊運動方向與ad垂直。線框轉(zhuǎn)過的角度為ωt。將v分解v1＝vsinωtv1⊥Bv2＝vcosωtv2∥BEab＝Bl1vsinωta→becd＝Bl1vsinωtc→d即線框中感應電動勢e＝2Bl1vsinωtv＝ωeq\f(l2,2)，得e＝BSωsinωt若為N匝，則e＝NBSωsinωt，其中Em＝NBSWa→b→c→d。而后半周期學生較熟練，教師引導學生完成，應特別注意電流方向。最后師生共同總結(jié)：線框在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動一周過程中：①線框中電流按正弦規(guī)律變化，故稱正弦交變電流。e＝Emsinωtt＝0時線框處中性面時開始計時。②中性面特點：a.Φmax＝BSε＝0b．電流在此改變方向，線框轉(zhuǎn)動一周內(nèi)電流方向改變兩次。③當S∥B時Φmin＝0，Em＝2Bl1v[事件4]交變電流的圖象。我們照明電路里的電流就是由這種發(fā)電機(實際結(jié)構(gòu)比這個復雜)產(chǎn)生的交流電，通過實驗來觀察它的電壓隨時間變化圖象。教師將示波器提到講臺桌上，先向?qū)W生介紹其功能、用途。然后將生活用電接到示波器觀察圖象如何。按正弦規(guī)律變化表達式e＝εmsinωt。將此電壓接到電阻為R電路中的電流圖象如何呢？由學生答出。閉合電路歐姆定律同樣適用純電阻的交流電路，但注意時刻的對應關(guān)系。幾種常見的交變電波形：[事件5]學生總結(jié)提升。本節(jié)課主要學習了以下幾個問題：(1)矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動時，線圈中產(chǎn)生正弦式交變電流。(2)從中性面開始計時，感應電動勢瞬時值的表達式為e＝NBSωsinωt，感應電動勢的最大值為Em＝NBSω。(3)中性面的特點：磁通量最大為Φm，但e＝0。eq\o(\s\up7(),\s\do5(板書設計))交變電流eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(產(chǎn)生：矩形線圈在勻強磁場中轉(zhuǎn)動,規(guī)律：e＝NBSωsinωt,圖象：是一條正弦曲線))[事件6]優(yōu)化訓練1．如圖所示表示交變電流的圖象是()2．一只矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動，穿過線圈的磁通量隨時間變化的圖象如圖甲所示，則下列說法中正確的是()A．t＝0時刻線圈平面與中性面垂直B．t＝0時刻線圈平面與中性面平行C．t＝秒時刻，交流電動勢達到最大D．該線圈相應的交流電動勢圖象如圖乙所示3．一臺發(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)動的角速度是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，電路中的總電阻為100Ω，試寫出通過負載的電流強度的瞬時表達式。在t＝eq\f(1,120)s時電流強度的瞬時值為多少？4．一個矩形線圈在勻強磁場中轉(zhuǎn)動產(chǎn)生交流電壓為u＝220eq\r(2)sin100πtV，則…()A．它的頻率是50HzB．當t＝0時，線圈平面與中性面重合C．電壓的平均值是220VD．當t＝eq\f(1,200)s時，電壓達到最大值5．交流發(fā)電機工作時的電動勢的變化規(guī)律為e＝Emsinωt，如果轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n提高1倍，其他條件不變，則電動勢的變化規(guī)律將變化為()A．e＝Emsin2ωtB．e＝2Emsin2ωtC．e＝2Emsin4ωtD．e＝2Emsinωt參考答案：1．CD3．解析：因為電動勢的最大值Em＝311V，角速度ω＝100πrad/s，所以電動勢的瞬時值表達式是e＝311sin100πtV。根據(jù)歐姆定律，電路中電流強度的最大值為Im＝eq\f(Em,R)＝eq\f(311,100)A＝3.11A，所以通過負載的電流強度的瞬時值表達式是i＝πt。當t＝eq\f(1,120)s時，電流的瞬時值為i＝(100π·eq\f(1,120))＝×eq\f(1,2)A＝1.56A。4．ABDeq\o(\s\up7(),\s\do5(備課資料))1．抽水蓄能發(fā)電電被稱為現(xiàn)代文明的血液。一天當中的不同時段，比如生產(chǎn)、生活最忙碌的時候，與夜晚夜深人靜之際，對電的使用量往往懸殊。而電力又不能直接大量貯存。這就要求電網(wǎng)具有靈活的調(diào)節(jié)能力，在高峰時增加供電，而在低谷時又減少供電。否則電網(wǎng)的電壓就會與標準不符，不僅用戶無法正常用電，電網(wǎng)的運行安全也會受到威脅。水電、火電、核電是目前電網(wǎng)大規(guī)模發(fā)電的主要形式，也是電網(wǎng)調(diào)節(jié)的主要形式。其中水電機組開停機迅速，調(diào)節(jié)能力最強；而火電機組從開機到滿負荷工作或反之運行的時間往往需要近10個小時，跟不上網(wǎng)內(nèi)的負荷變化，調(diào)節(jié)能力很差；而核電機組由于技術(shù)和安全方面的原因，基本上沒有調(diào)節(jié)能力。華北電網(wǎng)占裝機容量97%以上的是火電機組。華北屬于缺電地區(qū)，用電高峰時全部機組滿負荷運行也難以滿足用電需求，所以不得不頻繁地拉閘限電；而在低谷時電網(wǎng)內(nèi)又有大量過剩的電能需要削減。那么，是否可以把低谷的剩余電量貯存起來，補充高峰時的供電不足，從而提高華北電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力呢？循著這樣的思路，1992年9月，十三陵抽水蓄能電站破土動工了。從工程結(jié)構(gòu)上說，抽水蓄能電站包括兩個具有水平垂直高差的水庫，分別叫作上水庫和下水庫。十三陵抽水蓄能電站的下水庫是早已建成的十三陵水庫；上水庫建在十三陵水庫左岸蟒山后面的上寺溝內(nèi)。上下水庫間的落差有480m。上水庫的總庫容為400萬立方米。上下水庫之間的山體內(nèi)建有地下廠房和附屬洞室，裝備了既可做水泵也可做水輪機運行的蓄能機組。十三陵抽水蓄能電站的地下廠房面積為4000m2抽水蓄能電站是依照能量轉(zhuǎn)換原理工作的。在午夜之后的用電低谷蓄能機組做水泵運行，用電網(wǎng)內(nèi)多余的電能把水庫的水抽到上水庫，把電能轉(zhuǎn)換成勢能貯存起來；在用電高峰時，機組又成為發(fā)電機，由上水庫向下水庫放水，像常規(guī)水電站一樣，把水的勢能轉(zhuǎn)換成電能，返送回電網(wǎng)補充供電的不足。這樣，在蓄水放水，耗電發(fā)電的循環(huán)過程中，電站對電網(wǎng)負荷的高峰和低谷起到調(diào)節(jié)作用。十三陵抽水蓄能電站建成后，每年可吸收億千瓦時的低谷剩余電量，提供12億千瓦時的高峰電量。如果按1千瓦時高峰電量可創(chuàng)4～6元產(chǎn)值計算，每年可創(chuàng)社會產(chǎn)值50～70億元。更重要的是抽水蓄能電站增強了華北電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力，保證了整個電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行。目前抽水蓄能發(fā)電在我國呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的勢頭。除十三陵抽水蓄能電站外，全國還有好幾個抽水蓄能電站，有的正在興建中，有的已經(jīng)投入運行。2．崛起的新能源——核電電力是國民經(jīng)濟發(fā)展的命脈。目前世界電力主要由火電、水電和核電構(gòu)成?；痣娛强咳紵?、石油等化石燃料獲得的。作為不可再生的自然資源，化石燃料儲量有限，而且都是重要的化工和輕紡工業(yè)原料?；剂系娜紵€會對環(huán)境造成很大污染，是造成“酸雨”“溫室效應”等環(huán)境問題的元兇。水電是可再生資源，而且不會污染環(huán)境，但它的限制條件較多，如水資源分布不均，水流量的季節(jié)變化會導致發(fā)電量的變化。只有核電能夠既滿足電力需求，又不污染環(huán)境。自1954年蘇聯(lián)建成世界上第一座核電站至今，全球已有30多個國家建起了440多臺機組，總裝機容量達到3億多千瓦，其中法國、美國、日本、德國、英國等經(jīng)濟發(fā)達國家的核電都超過本國總發(fā)電量的20%，法國甚至達到70%以上。作為一個人口眾多的發(fā)展中國家，我國的電力工業(yè)一直在穩(wěn)步發(fā)展，裝機容量和年發(fā)電量分別排世界第四位和第三位。但人均發(fā)電量排在世界第80位，僅為世界平均水平的1/3。1996年全國電力缺口在20%左右，遠遠不能滿足快速增長的國民經(jīng)濟發(fā)展的需求。我國將近70%的煤炭資源分布在華北和西北，工業(yè)發(fā)達和人口密集的東南沿海地區(qū)的煤炭和水力資源都很匱乏，國家每年都要投入巨資進行“北煤南運”。我國初步規(guī)劃2000～2022年新增裝機容量5億千瓦。如果全部建成火電站發(fā)電用煤需要13億噸，這無論從煤的新增產(chǎn)量、遠距離運輸，還是從生態(tài)環(huán)境等各方面看，都存在巨大困難，可以說發(fā)展核電是中國解決能源問題的一條重要途徑。有關(guān)部門預測，21世紀將是中國核電大發(fā)展的時期。1991年中國大陸實現(xiàn)了核電零的突破?，F(xiàn)在已有兩座核電站3臺核電機組共210萬千瓦裝機容量，其發(fā)電量占全國發(fā)電總量的%。國