《認(rèn)識交變電流》教學(xué)設(shè)計(jì)

《認(rèn)識交變電流》教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)：知道交變電流的特點(diǎn)；知道中性面及其特點(diǎn)；知道正弦式交變電流方向和大小在特殊位置的變化情況。通過觀察實(shí)驗(yàn)，明確交變電流大小和方向的特點(diǎn)，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力。經(jīng)歷建立正弦式交變電流模型，用右手定則和法拉第電磁感應(yīng)定律推理得出正弦式交變電流方向和大小的規(guī)律的過程，體會(huì)建立模型與推理分析的思維方法，體驗(yàn)科學(xué)探究的過程。了解發(fā)電機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，各種發(fā)電機(jī)的區(qū)別在于機(jī)械能產(chǎn)生的形式不同。教學(xué)重點(diǎn)：交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生交變電流的過程；正弦式交變電流方向和大小變化的特點(diǎn)。教學(xué)難點(diǎn)：正弦式交變電流方向和大小變化的特點(diǎn)。教學(xué)方法：演示實(shí)驗(yàn)，問題探究、講授。課時(shí)安排：1課時(shí)問題引入：如圖所示，用學(xué)生電源把照明電路中220V的交變電壓變成6V或3V的低壓交變電壓，給小燈泡供電。把小燈泡的兩端接入示波器的輸入端，觀察示波器顯示的波形圖。示波器顯示出來的波形圖是什么形狀？需要引進(jìn)哪些物理量進(jìn)行描述？新課教學(xué)：交變電流的產(chǎn)生交變電流的定義：強(qiáng)弱和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流，稱為交變電流，簡稱交流（AC）。日常生活和生產(chǎn)中所使用的交變電流是按正弦規(guī)律變化的?！居^察與思考】如圖所示，把電流計(jì)接入發(fā)電機(jī)模型的輸出端，搖動(dòng)發(fā)電機(jī)的手柄，使線圈在磁極之間轉(zhuǎn)動(dòng)，觀察電流計(jì)指針的擺動(dòng)情況。問題1：觀察電流計(jì)的指針有何變化，說明了什么？你能想到什么？問題2：手柄搖得更快時(shí)，電流計(jì)的指針擺動(dòng)的幅度有什么變化？說明了什么？情境：如圖是交流發(fā)電機(jī)的示意圖。裝置中兩磁極之間產(chǎn)生的磁場可近似為勻強(qiáng)磁場，為了便于觀察，圖中只畫出了其中的一匝線圈。線圈的邊連在金屬滑環(huán)L上，邊連在滑環(huán)K上；導(dǎo)體做的兩個(gè)電刷A、B分別壓在兩個(gè)滑環(huán)上，線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以通過滑環(huán)和電刷保持與外電路的連接?！舅伎紗栴}】假定線圈沿逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖所示。我們考慮下面幾個(gè)問題。矩形線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，哪些邊會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢？只有、邊產(chǎn)生電動(dòng)勢，怎樣由立體圖畫出平面圖？（3）在線圈由(a)圖轉(zhuǎn)到(b)圖所示位置的過程中，邊中電流向哪個(gè)方向流動(dòng)？（4）在線圈由(c)圖轉(zhuǎn)到(d)圖所示位置的過程中，邊中電流向哪個(gè)方向流動(dòng)？（5）轉(zhuǎn)到什么位置時(shí)線圈中沒有電流，轉(zhuǎn)到什么位置時(shí)線圈中的電流最大？這些位置磁通量及磁通量的變化率等物理量有什么特點(diǎn)？（6）大致畫出通過電流表的電流隨時(shí)間變化的曲線，在橫坐標(biāo)上標(biāo)出線圈到達(dá)（a）、（b）、（c）、（d）各位置時(shí)對應(yīng)的時(shí)刻。中性面：線圈垂直于磁感線時(shí)所處的位置稱為中性面。中性面的特點(diǎn)：①線圈處于中性面時(shí)磁通量最大，磁通量的變化率為零，感應(yīng)電動(dòng)勢為零，感應(yīng)電流為零；②線圈每經(jīng)過中性面一次，感應(yīng)電流的方向改變一次，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，兩次經(jīng)過中性面，電流方向改變兩次。（2）中性面的垂面的特點(diǎn)：線圈位于此位置時(shí)磁通量為零，磁通量的變化率最大，感應(yīng)電動(dòng)勢最大，感應(yīng)電流最大。用公式描述交變電流【討論與交流】如圖所示是交流發(fā)電機(jī)線圈截面示意圖。標(biāo)有的小圓圈表示線圈邊的橫截面，標(biāo)有的小圓圈表示線圈邊的橫截面。設(shè)邊的長度為，邊的長度為，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為。線圈平面從中性面開始以角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過時(shí)間后轉(zhuǎn)到圖示位置。根據(jù)上述信息，推導(dǎo)此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢的表達(dá)式。問題1：此時(shí)，線圈與中性面的夾角是多少？問題2：邊的速度是多少？問題3：邊速度的方向與磁場方向的夾角是多少？問題4：邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢是多少？問題5：線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢是多少？問題6：如果線圈不是從中性面開始旋轉(zhuǎn)，線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢如何表述？感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值：感應(yīng)電動(dòng)勢的峰值：練習(xí)：一臺(tái)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生正弦式電流。如果發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢的峰值＝400V，線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度＝314rad/s，