新人教版高中物理选修3－2第五章《交变电流》精品教案 课题 §5.1交变电流 课型 新授课 课时 1 教 学 目 的 （一）知识与技能 1．使学生理解交变电流的产生原理，知道什么是中性面。 2．掌握交变电流的变化规律及表示方法。 3．理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准确含义。 （二）过程与方法 1．掌握描述物理量的三种基本方法（文字法、公式法、图象法）。 2．培养学生观察能力，空间想象能力以及将立体图转化为平面图形的能力。 3．培养学生运用数学知识解决物理问题的能力。 （三）情感、态度与价值观 培养学生用辩证唯物主义的观点认识问题。 重 难 点 教学方法 教 学 过 程 教学重点 交变电流产生的物理过程的分析。 ★教学难点 交变电流的变化规律及应用。 通过演示实验，引导学生观察现象、分析实验 教师活动 【预习导引】 1.恒定电流的定义是什么？直流电的定义是什么？ 2.我们根据什么来定义直流电和恒定电流的？ 【新课教学】 一、交变电流 1.定义： 2.试讨论交变电流与恒定电流和直流电的区别是什么？ 二、交变电流的产生 右图为交流电发电机的示意图，线圈所在磁场为匀强磁场，设矩形线圈ABCD以角速度ω绕oo' 轴、从线圈平面跟磁感线垂直的位置开始做逆时针方向转动． 1．开始时，线圈是否切割磁感线？线圈中感应电动势为多大？此时磁通量多大？方向怎样？ 2.经过时间t线圈转过的角度为多大？，此时ab边的线速度v方向跟磁感线方向夹角为多大 ，设ab边的长度为l，bd边的长度为l'，线圈中感应电动势怎么计算？电流方向怎样判断？此时磁通量多大？ 方向怎样？ 学生活动 学生思考预习引导的两个问题？（3分钟） 教师指导学生阅读课本完成1、2两题（4分钟） 学生思考并讨论右侧的四个问题（10分钟） 教 学 过 程 3.当线圈转过T/4时间，线圈平面转到跟磁感线平行的位置，ωt=π/2，sinωt =1，ab边和cd边都垂直切割磁感线，线圈中感应电动势最大，用Em来表示，Em=NBSω．（怎样得到的？）则线圈经过任意位置时，感应电动势的瞬时值：e =Emsinωt，可见，线圈里产生的感应电动势是按正弦规律变化的。此时磁通量多大？方向怎样？ 4.结合上述问题分析，在旋转过程中磁通量的变化规律是怎样的？和电动势的变化规律有什么联系？ 例题精析：一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示。下面说法中正确的是 （ ） A．t1时刻通过线圈的磁通量为零 B．t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大 C．t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大 D．每当e转换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大 三、交变电流的规律 由上述分析可知，上述发电机的电动势随时间变化的基本规律： e =Emsinωt 其中时间t从线圈和磁场垂直开始计时的，此时线圈产生的电动势为 ，线圈中的磁通量为 ，线圈所在位置称之为中性面。 Em是个常数，表示电动势可能达到的最大值，称为电动势的峰值，ω是 。 由于发电机的电动势按正弦规律变化，那么回路中的电流的电压的变化规律怎样？（提示根据闭合电路的欧姆定律分析） 电流规律： 电压规律： 所以发电机的电动势、电路中的电流与电压的瞬时值与时间的关系可以用正弦曲线来表示，如下图所示： 学生分析解决练习一并总结思路（4 ） 教师指导学生阅读课本完成填空（7分钟） 提示：结合课本的思考题 教 学 过 程 正弦交流电： 。 思考： 在线圈旋转一周的时间内，磁通量是怎样变化的？感应电动势如何变化？如何用法拉第电磁感应定律理解这个问题？能否画出二者随时间变化的图像？ 例题精析：如图所示，匀强磁场的磁感应强度B=2 T，匝数n=6的矩形线圈abcd绕中心轴OO′匀速转动，角速度ω=200 rad/s。已知ab=0.1 m，bc=0.2 m，线圈的总电阻R=40Ω，试求： （1）感应电动势的最大值，感应电流的最大值； （2）设时间t=0时线圈平面与磁感线垂直，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式； （3）画出感应电流的瞬时值i随ωt变化的图象； （4）当ωt=30°时，穿过线圈的磁通量和线圈中的电流的瞬时值各是多大？ （5）线圈从图示位置转过π的过程中，感应电动势的平均值是多大？ 2 四、几种常见的交变电波形（结合交变电流的定义看下图中的交变电流） 学生小组间讨论思考左侧的问题及例题并阐述思路（5分钟） 学生通过几种波形图理解交变电流的含义（4分钟） 教师引导学生对本节进行小结。（3分钟） 小结：本节课主要学习了以下几个问题： 1．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生正弦式交变电流。 2．中性面的特点：线圈和磁场垂直，线圈不切割磁感线磁通量最大为Φm，但e=0。 3．从中性面开始计时，感应电动势瞬时值的表达式为e=NBSωsinωt，感应电动势的最大值为Em=NBSω。 4. 矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，磁通量和电动势随时间的变化规律。 备注 [课外训练]
1．交流发电机的线圈转到线圈平面与中性面重合时，下列说法中正确的是 （ ） A．电流将改变方向 B．磁场方向和线圈平面平行 C．线圈的磁通量最大 D．线圈产生的感应电动势最大
2．关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流，以下说法中正确的是 （ ） A．线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，感应电动势方向不变 B．线圈每转动一周，感应电流方向就改变一次
C．线圈平面经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向都要改变一次 D．线圈转动一周，感应电动势和感应电流方向都要改变一次
3．如图所示，一个位于xOy平面内的矩形线圈abcd，处在匀强磁场中，线圈的四个边分别与x、y轴平行，当线圈绕Ox轴匀速转动到与xOy平面重合时，线圈中感应电流方向为a→b→c→d→a，并且电流最大.那么关于磁场方向及线圈转动方向（沿x轴负方向观察），下述说法中正确的是
A.磁场方向沿x轴正方向，线圈顺时针转动 B.磁场方向沿y轴正方向，线圈逆时针转动 C.磁场方向沿z轴正方向，线圈逆时针转动 D.磁场方向沿y轴正方向，线圈顺时针转动
4．如图所示，正方形线圈abcd绕对称轴OO′在匀强磁场中匀速转动，转动次数n=120 min-1，若已知ab=bc=20 cm，匝数=20，磁感应强度B=0.2 T，求：
（1）转动中最大电动势位置；
（2）写出交流感应电动势瞬时值的表达式（从中性面开始旋转）。 （3）画出e-t图线。
（4）从图示位置转过90°过程中的平均电动势。
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