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2019-2020年高二物理 （人教大綱版）第二冊 第十七章 交變電流 一、交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律(第一課時) ●本節(jié)教材分析 為了適應學生的接受能力，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問題.教材先用教具演示矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生交流電，以展示交流電是怎樣產(chǎn)生的.并強調(diào)讓學生觀察教材圖17—2所示線圈通過五個特殊位置時，電流表指針變化的情況，分析電動勢和電流方向的變化，這樣學生就會對電動勢和電流的變化情況有個大致的了解.然后讓學生用右手定則獨立分析線圈中電動勢和電流的方向.這樣能充分調(diào)動學生的積極性,培養(yǎng)學生的觀察和分析能力. 關于交變電流的變化規(guī)律,教材利用上章學過的法拉第電磁感應定律引導學生進行推導,得出感應電動勢的瞬時值和最大值的表達式,進而根據(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值與最大值的表達式. 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,學生容易接受.這樣做也是為后面用圖象表示三相交流電準備條件,在電磁波的教學中還要用到圖象的方法.在介紹了交流電的周期和頻率后,可通過練習鞏固學生對交流電圖象的認識. 在本節(jié)學生第一次接觸到許多新名詞,如:交流電、正弦交流電、中性面、瞬時值、最大值等.要讓學生搞清楚這些名詞的準確含義.要使學生了解交流電有許多種,正弦交流電是其中簡單的一種,在本章教材中常把正弦交流電簡稱交流電.要使學生明確中性面是指與磁場方向垂直的平面.中性面的特點是:線圈位于中性面時,電動勢為零;線圈通過中性面時,電動勢的方向要改變.要向?qū)W生指出,一般科技書中都用小寫字母表示瞬時值,用大寫字母并加腳標，m表示最大值. ●教學目標 一、知識目標 1.使學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值和最大值及中性面的準確含義. 二、能力目標 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)學生運用數(shù)學知識解決物理問題的能力. 三、德育目標 培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的思想. ●教學重點 交變電流產(chǎn)生的物理過程的分析. ●教學難點 交變電流的變化規(guī)律及應用. ●教學方法 演示法、分析法、歸納法. ●教學用具 手搖單相發(fā)電機、小燈泡、示波器、多媒體教學課件、示教用大的電流表. ●課時安排 1課時 ●教學過程 一、引入新課 ［師］出示單相交流發(fā)電機，引導學生首先觀察它的主要構(gòu)造. ［演示］將手搖發(fā)電機模型與小燈泡組成閉合電路.當線框 快速轉(zhuǎn)動時，觀察到什么現(xiàn)象? ［生］小燈泡一閃一閃的. ［師］再將手搖發(fā)電機模型與示教電流表組成閉合電路,當線框緩慢轉(zhuǎn)動(或快速擺動)時,觀察到什么? ［生］電流表指針左右擺動. ［師］線圈里產(chǎn)生的是什么樣的電流？請同學們閱讀教材后回答. ［生］轉(zhuǎn)動的線圈里產(chǎn)生了大小和方向都隨時間做周期性變化的交變電流. ［師］現(xiàn)代生產(chǎn)和生活中大都使用交流電.交流電有許多優(yōu)點，今天我們學習交流電的產(chǎn)生和變化規(guī)律. 二、新課教學 1.交變電流的產(chǎn)生 ［師］為什么矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動時線圈里能產(chǎn)生交變電流？ ［生］對這個問題有濃厚的興趣,討論熱烈. ［師］多媒體課件打出下圖.當abcd線圈在磁場中繞OO′軸轉(zhuǎn)動時,哪些邊切割磁感線? ［生］ab與cd. ［師］當ab邊向右、cd邊向左運動時,線圈中感應電流的方向如何? ［生］感應電流是沿著a→b→c→d→a方向流動的. ［師］當ab邊向左、cd邊向右運動時,線圈中感應電流的方向如何? ［生］感應電流是沿著d→c→b→a→d方向流動的. ［師］正是這兩種情況交替出現(xiàn),在線圈中產(chǎn)生了交變電流.當線圈轉(zhuǎn)到什么位置時,產(chǎn)生的感應電動勢最大? ［生］線圈平面與磁感線平行時,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,此時產(chǎn)生感應電動勢最大. ［師］線圈轉(zhuǎn)到什么位置時,產(chǎn)生的感應電動勢最小? ［生］當線圈平面跟磁感線垂直時,ab邊和cd邊線速度方向都跟磁感線平行,即不切割磁感線,此時感應電動勢為零. ［師］利用多媒體課件,屏幕上打出中性面概念: (1)中性面——線框平面與磁感線垂直位置. (2)線圈處于中性面位置時,穿過線圈Φ最大,但=0. (3)線圈越過中性面,線圈中I感方向要改變.線圈轉(zhuǎn)一周,感應電流方向改變兩次. 2.交變電流的變化規(guī)律 設線圈平面從中性面開始轉(zhuǎn)動,角速度是ω.經(jīng)過時間t,線圈轉(zhuǎn)過的角度是ωt,ab邊的線速度v的方向跟磁感線方向間的夾角也等于ωt,如右圖所示.設ab邊長為L1,bc邊長L2,磁感應強度為B,這時ab邊產(chǎn)生的感應電動勢多大? ［生］eab=BL1vsinωt=BL1ωsinωt=BL1L2sinωt ［師］cd邊中產(chǎn)生的感應電動勢跟ab邊中產(chǎn)生的感應電動勢大小相同,又是串聯(lián)在一起,此時整個線框中感應電動勢多大? ［生］e=eab+ecd=BL1L2ωsinωt ［師］若線圈有N匝時,相當于N個完全相同的電源串聯(lián),e=NBL1L2ωsinωt,令Em=NBL1L2ω,叫做感應電動勢的最大值,e叫做感應電動勢的瞬時值.請同學們閱讀教材,了解感應電流的最大值和瞬時值. ［生］根據(jù)閉合電路歐姆定律,感應電流的最大值Im=,感應電流的瞬時值i=Imsinωt. ［師］電路的某一段上電壓的瞬時值與最大值等于什么? ［生］根據(jù)部分電路歐姆定律,電壓的最大值Um=ImR,電壓的瞬時值U=Umsinωt. ［師］電動勢、電流與電壓的瞬時值與時間的關系可以用正弦曲線來表示,如下圖所示: 3.幾種常見的交變電波形 三、小結(jié) 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=NBSωsinω t,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. 四、作業(yè) 1.閱讀教材內(nèi)容. 2.練習一的（1）、（2）兩題寫在作業(yè)本上. 五、板書設計 六、本節(jié)優(yōu)化訓練設計 1.一矩形線圈，繞垂直于勻強磁場并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動，線圈中的感應電動勢E隨時間t的變化如圖所示，則下列說法中正確的是 A.t1時刻通過線圈的磁通量為零 B.t2時刻通過線圈的磁通量的絕對值最大 C.t3時刻通過線圈的磁通量變化率的絕對值最大 D.每當電動勢E變換方向時，通過線圈的磁通量的絕對值都為最大 2.一臺發(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311 V，線圈在磁場中轉(zhuǎn)動的角速度是100π rad/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100 Ω，試寫出通過負載的電流強度的瞬時表達式.在t= s時電流強度的瞬時值為多少？ 3.一個矩形線圈在勻強磁場中轉(zhuǎn)動產(chǎn)生交流電壓為u=220sin100πt V，則 A.它的頻率是50 Hz B.當t=0時，線圈平面與中性面重合 C.電壓的平均值是220 V D.當t= s時，電壓達到最大值 4.交流發(fā)電機工作時的電動勢的變化規(guī)律為e=Emsinω t，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=Emsin2ω t B.e=2Emsin2ω t C.e=2Emsin4ω t D.e=2Emsinω t 參考答案： 1.D 2.解析：因為電動勢的最大值Em=311 V，角速度ω=100 π rad/s，所以電動勢的瞬時值表達式是e=311sin100π t V. 根據(jù)歐姆定律，電路中電流強度的最大值為Im= A=3.11 A，所以通過負載的電流強度的瞬時值表達式是i=3.11sin100π t A. 當t= s時，電流的瞬時值為 i=3.11sin(100π)=3.11A=1.55 A. 3.ABD 4.B