【教學(xué)設(shè)計(jì)】《1．交變電流》（人教）.docx

1交變電流 教材分析本章共有5節(jié)，大致分為三個(gè)單元。第一單元包括第1、2節(jié)，介紹正弦交變電流的產(chǎn)生和描述，這是本章的基礎(chǔ)概念；第二單元是第3節(jié)，討論的是在簡(jiǎn)單的交流電路中，電感、電容元件對(duì)交流電路的影響；第三單元包括第4、5節(jié)，了解在生產(chǎn)生活中廣泛應(yīng)用的變壓器原理，及其在電能輸送中所起的作用。為了適應(yīng)學(xué)生的接受能力，教材采取從感性到理性、從定性到定量逐漸深入的方法講述這個(gè)問題。教材先用教具演示矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生交流電，以展示交流電是怎樣產(chǎn)生的。并強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生觀察教材圖中線圈通過五個(gè)特殊位置時(shí)，電流表指針變化的情況，分析電動(dòng)勢(shì)和電流方向的變化，這樣學(xué)生就會(huì)對(duì)電動(dòng)勢(shì)和電流的變化情況有個(gè)大致的了解。然后讓學(xué)生用右手定則獨(dú)立分析線圈中電動(dòng)勢(shì)和電流的方向，這樣能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的觀察和分析能力。關(guān)于交變電流的變化規(guī)律，教材利用上章學(xué)過的法拉第電磁感應(yīng)定律引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行推導(dǎo)，得出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值和最大值的表達(dá)式，進(jìn)而根據(jù)閉合電路歐姆定律和部分電路歐姆定律推出電流與電壓瞬時(shí)值與最大值的表達(dá)式。用圖表表示交流電的變化規(guī)律是一種重要的方法,這種方法直觀、形象，學(xué)生容易接受。這樣做也是為后面用圖象表示三相交流電準(zhǔn)備條件，在電磁波的教學(xué)中還要用到圖象的方法.在介紹了交流電的周期和頻率后，可通過練習(xí)鞏固學(xué)生對(duì)交流電圖象的認(rèn)識(shí)。在本節(jié)學(xué)生第一次接觸到許多新名詞，如:交流電、正弦交流電、中性面、瞬時(shí)值、最大值等.要讓學(xué)生搞清楚這些名詞的準(zhǔn)確含義，要使學(xué)生了解交流電有許多種，正弦交流電是其中簡(jiǎn)單的一種，在本章教材中常把正弦交流電簡(jiǎn)稱交流電。要使學(xué)生明確中性面是指與磁場(chǎng)方向垂直的平面，中性面的特點(diǎn)是：線圈位于中性面時(shí)，電動(dòng)勢(shì)為零，線圈通過中性面時(shí)，電動(dòng)勢(shì)的方向要改變。要向?qū)W生指出，一般科技書中都用小寫字母表示瞬時(shí)值，用大寫字母并加腳標(biāo)，m表示最大值。 教學(xué)目標(biāo)【知識(shí)與能力目標(biāo)】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。【過程與方法目標(biāo)】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?！厩楦袘B(tài)度價(jià)值觀目標(biāo)】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。 教學(xué)重難點(diǎn)【教學(xué)重點(diǎn)】交變電流產(chǎn)生的物理過程的分析?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】交變電流的變化規(guī)律及應(yīng)用。 課前準(zhǔn)備 手搖單相發(fā)電機(jī)、小燈泡、示波器、多媒體教學(xué)課件、示教用大的電流表。 教學(xué)過程新課導(dǎo)入我們生活在電的時(shí)代，電能的應(yīng)用非常廣泛，它在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、國(guó)防建設(shè)、科學(xué)研究及日常生活中用得越來越多，電能的生產(chǎn)和使用規(guī)模，以成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要標(biāo)志。我們已經(jīng)學(xué)過了恒定電流，還有大小和方向都隨時(shí)間作周期性變化的電流。它也是電荷的定向移動(dòng)形成的，與恒定電流存在共同點(diǎn)，但它有自己的特點(diǎn)。正是這些特點(diǎn)，它與恒定電流相比有許多優(yōu)點(diǎn)。交變電流可以利用變壓器升高或者降低電壓，可以驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，因此在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中普遍使用交變電流。 現(xiàn)代生產(chǎn)、生活中，大都使用交變電流。它有許多優(yōu)點(diǎn)，今天學(xué)習(xí)交流電產(chǎn)生原理和變化規(guī)律。新課教學(xué)利用電壓傳感器（或電流傳感器）可以在熒光屏上繪出電壓（或電流）隨時(shí)間變化的圖象。這樣的圖形在電工技術(shù)中常常叫做“波形圖”?！狙菔尽坑秒妷簜鞲衅鳎ɑ螂娏鱾鞲衅鳎┫扔^察電池供給的電壓（或電流）波形，再觀察學(xué)生電源交流擋供給的電壓（或電流）波形。一、交變電流1交變電流大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流，叫做交變電流，簡(jiǎn)稱交流。2直流方向不隨時(shí)間變化的電流，叫做直流。電池供給的電流，大小和方向都不隨時(shí)間變化，所以屬于直流。交變電流經(jīng)過電子電路的處理，也能變成直流，學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生電源應(yīng)有這種功能?！咀鲆蛔觥?出示單相交流發(fā)電機(jī)，引導(dǎo)學(xué)生首先觀察它的主要構(gòu)造)用手搖發(fā)電機(jī)模型演示。第一次發(fā)電機(jī)接小燈泡，當(dāng)線圈緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，小燈泡不亮；當(dāng)線圈快速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，小燈泡一閃一閃的。第二次發(fā)電機(jī)接上示教電流計(jì)，當(dāng)線圈緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)（或快速轉(zhuǎn)動(dòng)），可以看到電流表的指針隨著線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)而擺動(dòng)，并且線圈每轉(zhuǎn)一周，指針左右擺動(dòng)一次。這表明轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈里產(chǎn)生了大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流。二、交變電流的產(chǎn)生1交變電流的產(chǎn)生教學(xué)用發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電流，大小和方向都在不斷地變化，是一種交變電流。下圖是交流發(fā)電機(jī)的示意圖。為了清楚，圖中只畫出了一匝線圈。線圈的AB邊連在金屬滑環(huán)K上，CD邊連在金屬滑環(huán)L上；導(dǎo)體做的兩個(gè)電刷E、F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。為什么矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈里能產(chǎn)生交變電流？假定線圈沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖甲至丁。我們考慮下面幾個(gè)問題。1線圈由甲轉(zhuǎn)到乙的過程中，AB邊中電流向哪個(gè)方向流動(dòng)？2線圈由丙轉(zhuǎn)到丁的過程中，AB邊中電流向哪個(gè)方向流動(dòng)？3當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到什么位置時(shí)線圈中沒有電流，轉(zhuǎn)到什么位置時(shí)線圈中電流電大？4大致畫出通過電流表的電流隨時(shí)間變化的曲線，從E流向F的電流記為正，反之為負(fù)。在橫坐標(biāo)上標(biāo)出線圈到達(dá)甲、乙、丙、丁幾個(gè)位置時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻。線圈中BC、DA始終在平行磁感線方向轉(zhuǎn)動(dòng)，因而不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，只起導(dǎo)線作用。線圈由甲轉(zhuǎn)到乙的過程中，AB邊中電流方向?yàn)锽A；線圈由丙轉(zhuǎn)到丁的過程中，AB邊中電流方向?yàn)锳B；當(dāng)線圈平面跟磁感線垂直時(shí)，AB與CD邊的速度方向跟磁力線平行，即兩邊不切割磁感線，此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0，線圈中沒有電流；線圈平面與磁感線平行時(shí)，AB邊與CD邊線速度方向都跟磁感線方向垂直，即兩邊都垂直切割磁感線，此時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大?？梢龑?dǎo)學(xué)生從截面圖中判斷，并將電流方向標(biāo)在圖中。甲圖中線圈平面垂直于磁感線，AB、CD邊此時(shí)速度方向與磁感線平行，線圈中沒有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，沒有感應(yīng)電流。這時(shí)線圈平面處在中性面位置。線圈平面逆時(shí)針轉(zhuǎn)過90時(shí)（乙圖），即線圈平面與磁感線平行時(shí)，AB、CD邊的線速度方向都跟磁感線垂直，即兩邊都垂直切割磁感線，這時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，線圈中的感應(yīng)電流也最大。跟蹤AB這段導(dǎo)線，根據(jù)右手定則可以判斷，當(dāng)線圈經(jīng)過圖乙的位置時(shí)，電流由B向A流動(dòng)。再轉(zhuǎn)過90時(shí)（丙圖），線圈又處于中性面位置，線圈中沒有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)線圈再轉(zhuǎn)過90時(shí)（丁圖），AB、CD邊的瞬時(shí)速度方向，跟線圈經(jīng)過（乙圖）位置時(shí)的速度方向相反，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向也跟在（乙圖）位置相反。跟蹤AB這段導(dǎo)線，根據(jù)右手定則可以判斷，當(dāng)線圈經(jīng)過丁圖的位置時(shí)，電流由A向B流動(dòng)。再轉(zhuǎn)過90，線圈處于起始位置，與甲圖位置相同，線圈中沒有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。線圈在不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，電路中電流的方向也就不斷改變，交變電流就是這樣產(chǎn)生的。2中性面（1）中性面線圈平面與磁感線垂直的位置，或瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零的位置。（2）中性面的特點(diǎn)線圈處于中性面位置時(shí)，穿過線圈的磁通量最大，但0；線圈經(jīng)過中性面，線圈中感應(yīng)電流的方向要改變。線圈轉(zhuǎn)一周，感應(yīng)電流方向改變兩次。三、交變電流的變化規(guī)律1交變電流的瞬時(shí)值如果線圈從中性面開始計(jì)時(shí)，逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度為，經(jīng)時(shí)間t，線圈轉(zhuǎn)到圖示位置，AB邊與CD邊的速度方向與磁場(chǎng)方向夾角為t，如圖所示。設(shè)ABCDl1，BCADl2，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。問題：這時(shí)AB邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)多大？分析：，eabBl1l2sint問題：CD邊中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)跟AB邊中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小關(guān)系怎樣？又是怎樣連接的？此時(shí)整個(gè)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)多大？分析：CD邊中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)跟AB邊中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小相等，兩者又是串聯(lián)在一起，此時(shí)整個(gè)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：eeabecdBl1l2sint從上面的推證可以看出，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是按正弦規(guī)律變化的。瞬時(shí)表達(dá)式：eBl1l2sintBSsint對(duì)N匝相同的線圈，相當(dāng)于N個(gè)完全相同的電源串聯(lián)。則eNBSsint其中最大值EmNBS，所以eEmsint當(dāng)線圈和用電器構(gòu)成回路時(shí)，根據(jù)閉合電路的歐姆定律有isint最大值Im，所以iImsint當(dāng)交變電流通過電阻R時(shí)，根據(jù)歐姆定律，UIR，電阻兩端的電壓跟通過電阻的電流成正比，所以電壓也按正弦規(guī)律變化。uUmsint總結(jié)：交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式eEmsintiImsintuUmsint2交變電流的峰值交變電流的最大值叫做峰值，其表達(dá)式為EmNBSImUmImR【鞏固練習(xí)】如轉(zhuǎn)t60，150，210，300時(shí)，請(qǐng)學(xué)生分別計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向？總結(jié)：在規(guī)定正方向后，eEmsint，既能表示電動(dòng)勢(shì)大小，又能表示電動(dòng)勢(shì)方向。3交變電流的類型（1）正弦式交變電流按正弦規(guī)律變化的交變電流叫做正弦式交變電流，簡(jiǎn)稱正弦式電流。正弦式電流是最簡(jiǎn)單又最基本的交變電流。電力系統(tǒng)中應(yīng)用的大多是正弦式電流。家庭電路中的交變電流就是正弦式交變電流。（2）其它形式的交變電流實(shí)際中應(yīng)用的交變電流，不只限于正弦交變電流，它們隨時(shí)間的變化規(guī)律是各種各樣的。在電子技術(shù)中也常遇到其他形式的交變電流。幾種交變電流的波形。4交變電流的圖象電動(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，如下圖所示：四、交流發(fā)電機(jī)1交流發(fā)電機(jī)的組成（1）電樞和磁極交流發(fā)電機(jī)構(gòu)造比模型復(fù)雜得多，但基本組成都是有產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的線圈（通常叫電樞）和產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁極。（2）轉(zhuǎn)子和定子轉(zhuǎn)動(dòng)的部分稱為轉(zhuǎn)子，不動(dòng)的部分稱為定子。2交流發(fā)電機(jī)的種類（1）旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)電樞轉(zhuǎn)動(dòng)，磁極不動(dòng)的發(fā)電機(jī)，叫做旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)。（2）旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)磁極轉(zhuǎn)動(dòng)，而電樞不動(dòng)的發(fā)電機(jī)，叫做旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)。（3）兩種發(fā)電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)經(jīng)過裸露的滑環(huán)和電刷引到外電路，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞又不可能很大，產(chǎn)生的電壓一般不超過500V。旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)克服了上述缺點(diǎn)，能夠產(chǎn)生幾千伏到幾