《交變電流》設(shè)計(jì)5

《交變電流》教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)：1．理解交變電流的產(chǎn)生原理2．掌握交變電流的變化規(guī)律及表示方法3．理解交流電的瞬時(shí)值，最大值及中性面的概念4．培養(yǎng)觀察能力、空間想象能力以及立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖形的能力教學(xué)重點(diǎn)：交變電流產(chǎn)生的物理過程分析教學(xué)難點(diǎn)：交變電流的變化規(guī)律及應(yīng)用教學(xué)方法：啟發(fā)引導(dǎo)講授教學(xué)用具：發(fā)動(dòng)機(jī)模型教學(xué)過程：（一）引入新課（二）新課教學(xué)1.交變電流恒定電流：大小和方向都不隨時(shí)間而改變的電流。交變電流：方向隨時(shí)間周期性變化的電流。與直流電相比，交流電有許多優(yōu)點(diǎn)，如：可以利用變壓器升高或降低電壓，利于長途傳輸；可以驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。2.交變電流的產(chǎn)生演示實(shí)驗(yàn)：手搖發(fā)電機(jī)使小燈泡發(fā)亮課件觀察交變電流的產(chǎn)生。結(jié)論：（1）線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中電流的大小做周期性變化，中性面位置（B⊥S）最小，與中性面垂直的位置（B∥S）最大。（2）線圈每經(jīng)中性面一次，感應(yīng)電流方向改變一次，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，感應(yīng)電流方向改變兩次。3.交變電流的變化規(guī)律設(shè)線圈從中性面以角速度ω開始轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)時(shí)間t，線圈轉(zhuǎn)過θ=ωt，此時(shí)V與B夾角也為θ，令ab=dc=L，ad=bc=L′，則線圈面積S=LL′。此時(shí)，ab與dc邊產(chǎn)生的電動(dòng)勢大小均為BLVSinωt，整個(gè)線圈中產(chǎn)生的瞬時(shí)電動(dòng)勢大小為：e=2BLVSinωt，又V=，有：令Em=BωS有：（Em最大值）若電路總電阻為R，則瞬時(shí)電流為：同理可得電路的某段電壓的瞬時(shí)值。結(jié)論：線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電流是按正弦規(guī)律變化的，這種交變電流叫正弦交流電。4.交變電流的圖象（1）正弦交流電圖象（可用示波器觀察到）（2）幾種常見的交變電流波形5.例題（1）有人說，線圈平面轉(zhuǎn)到中性面的瞬間穿過線圈磁通量最大，因而線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢最大；線圈平面與中性面垂直的瞬間，穿過線圈中磁通量為零，因而線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢為零，這種說法對不對？為什么？解析：這種說法不對。在中性面時(shí)，各邊都不切割磁感線，電動(dòng)勢為0，在與中性面垂直的位置，線圈切割磁感線的速度最大，電動(dòng)勢最大。（2）一矩形線圈，繞垂直于勻強(qiáng)磁場并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢e隨時(shí)間t的變化如圖，則說法正確的是（D）A．t2時(shí)刻通過線圈的磁通量最大；B．t1時(shí)刻通過線圈的磁通量為零；C．t3時(shí)刻通過線圈的磁通量的變化率最大；D．每當(dāng)電動(dòng)勢變換方向時(shí)，通過線圈的磁通量都為最大。（3）邊長為20cm正方形線圈繞對稱軸OO′在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速為n=120r/min，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=，求轉(zhuǎn)動(dòng)中最大感應(yīng)電動(dòng)勢及其位置。若以圖示位置為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，寫出電動(dòng)勢的瞬時(shí)表達(dá)式e=π（4）發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是匝數(shù)為100匝，邊長為20cm的正方形線圈，將它置于磁感應(yīng)強(qiáng)度B=的勻強(qiáng)磁場中，繞著垂直于磁場方向的軸以ω＝100πrad/s的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)線圈平面與磁場方向垂直時(shí)開始計(jì)時(shí)。線圈和外電路的總電阻R＝100Ω。①寫出交流電流瞬時(shí)值表達(dá)式②線圈從計(jì)時(shí)開始，轉(zhuǎn)過π/3過程中通過線圈某一截面的電荷量為多少？在中性面時(shí)，，轉(zhuǎn)過π/3時(shí)，，，通過導(dǎo)體截面的電荷量6.練習(xí)（1）某交流發(fā)電機(jī)正常工作時(shí)，電動(dòng)勢E=Emsinωt，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度增大到原來的2倍，轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼?/3，其它條件不變時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢的表達(dá)式為（2）對于如圖所示的電流i隨時(shí)間t作周期性變化的圖象，下列說法中正確的是（AC）A.電流大小變化，方向不變，是直流電B.電流大小、方向都變化，是交流電C.電流最大值為，周期為D.電流大小變化，方向不變，不是直流電，是交流電（3）面積為S的矩形線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，從中性面起以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，在t時(shí)刻線圈磁通量的瞬時(shí)值為（B）A、BS B、BScosωt C、BSsinωt D、BS/sinωt（4）如圖所示，矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，已知線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢最大值為(V)，轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω(rad/s)。若線圈轉(zhuǎn)到圖示位置開始計(jì)時(shí)，那么下列四個(gè)式子中正確表達(dá)了該線圈上產(chǎn)生的電動(dòng)勢e隨時(shí)間變化的函數(shù)式是（BC）=sinωt=cosωt=sin(ωt+π/2)=cos(ωt+π/2)（5）一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生交流電的圖象如圖所示，由圖可以知道（BD）時(shí)刻線圈處于中性面位置時(shí)刻穿過線圈的磁通量為零時(shí)刻穿過線圈的磁通量為零時(shí)