物理选修31 交变电流教学设计

这是一份物理选修31 交变电流教学设计，共5页。

1．理解交变电流的产生原理
2．掌握交变电流的变化规律及表示方法
3．理解交流电的瞬时值，最大值及中性面的概念
4．培养观察能力、空间想象能力以及立体图转化为平面图形的能力
教学重点：交变电流产生的物理过程分析
教学难点：交变电流的变化规律及应用
教学方法：启发 引导 讲授
教学用具：发动机模型
教学过程：
（一）引入新课
（二）新课教学
1.交变电流
恒定电流：大小和方向都不随时间而改变的电流。
交变电流：方向随时间周期性变化的电流。与直流电相比，交流电有许多优点，如：可以利用变压器升高或降低电压，利于长途传输；可以驱动结构简单，运行可靠的感应电动机。
2.交变电流的产生
演示实验：手摇发电机使小灯泡发亮 课件观察交变电流的产生。
B⊥S，φ最大，各边不切割磁感应线，无感应电流——中性面
B∥S，φ=0，垂直切割，感应电流最大
B∥S，φ=0，
a（b）d（c）垂直切割，感应电流最大
B⊥S，φ最大，各边不切割磁感应线，无感应电流——中性面
]
结论：
（1）．线圈转动过程中电流的大小做周期性变化，中性面位置（B⊥S）最小，与中性面垂直的位置（B∥S）最大。
（2）．线圈每经中性面一次，感应电流方向改变一次，线圈转动一周，感应电流方向改变两次。
3.交变电流的变化规律
设线圈从中性面以角速度ω开始转动，经时间t，线圈转过θ=ωt，此时V与B夹角也为θ，令ab=dc=L，ad=bc=L′，则线圈面积S=LL′。此时，ab与dc边产生的电动势大小均为BLVSinωt，整个线圈中产生的瞬时电动势大小为：e=2BLVSinωt，又V=，有：
令Em=BωS有：（Em为最大值）
若电路总电阻为R，则瞬时电流为：
同理可得电路的某段电压的瞬时值。
结论：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，产生的感应电流是按正弦规律变化的，这种交变电流叫正弦交流电。
4.交变电流的图象
（1）．正弦交流电图象（可用示波器观察到）
（2）．几种常见的交变电流波形
5.例题
（1）、有人说，线圈平面转到中性面的瞬间穿过线圈磁通量最大，因而线圈中感应电动势最大；线圈平面与中性面垂直的瞬间，穿过线圈中磁通量为零，因而线圈中感应电动势为零，这种说法对不对？为什么？
解析：这种说法不对。在中性面时，各边都不切割磁感线，电动势为0，在与中性面垂直的位置，线圈切割磁感线的速度最大，电动势最大。
（2）、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，线圈中产生的感应电动势e随时间t的变化如图，则说法正确的是（ D ）
A．t2时刻通过线圈的磁通量最大；
B．t1时刻通过线圈的磁通量为零；
C．t3时刻通过线圈的磁通量的变化率最大；
D．每当电动势变换方向时，通过线圈的磁通量都为最大。
（3）、边长为20cm正方形线圈绕对称轴OO′在匀强磁场中匀速转动，转速为n=120r/min，磁感应强度为B=0.2T，求转动中最大感应电动势及其位置。若以图示位置为计时起点，写出电动势的瞬时表达式 e=3.2π
（4）、发电机的转子是匝数为100匝，边长为20cm的正方形线圈，将它置于磁感应强度B=0.05T的匀强磁场中，绕着垂直于磁场方向的轴以ω＝100πrad/s的角速度转动，当线圈平面与磁场方向垂直时开始计时。线圈和外电路的总电阻R＝100Ω。
①写出交流电流瞬时值表达式
②线圈从计时开始，转过π/3过程中通过线圈某一截面的电荷量为多少？
在中性面时，，转过π/3 时，，，通过导体截面的电荷量
6.练习
（1）、某交流发电机正常工作时，电动势E=Emsinωt，当磁感应强度增大到原来的2倍，转速变为原来的1/3，其它条件不变时，感应电动势的表达式为
（2）、对于如图所示的电流i随时间t作周期性变化的图象，下列说法中正确的是（ AC ）
A、电流大小变化，方向不变，是直流电
B、电流大小、方向都变化，是交流电
C、电流最大值为0.2A，周期为0.01s
D、电流大小变化，方向不变，不是直流电，是交流电
（3）、面积为S的矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中，从中性面起以角速度ω匀速转动，在t时刻线圈磁通量的瞬时值为（ B ）
A、BSB、BScsωtC、BSsinωtD、BS/sinωt
（4）、如图所示，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁感线的轴匀速转动，已知线圈在转动中产生的感应电动势最大值为 (V)，转动的角速度为ω(rad/s)。若线圈转到图示位置开始计时，那么下列四个式子中正确表达了该线圈上产生的电动势e随时间变化的函数式是（ BC ）
A、e=sinωt B、e=csωt
C、e=sin(ωt+π/2) D、e=cs(ωt+π/2)
（5）、一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交流电的图象如图所示，由图可以知道（ BD ）
A、0.01s时刻线圈处于中性面位置
B、0.01s时刻穿过线圈的磁通量为零
C、0.02s时刻穿过线圈的磁通量为零
D、0.02s时刻穿过线圈的磁通量为最大
课堂小结：本节需要掌握的有交变电流的含义，明确两个特殊位置：中性面以及与之处置的平面，会写交变电流瞬时值的表达式，知道磁通量的变化与感应电流变化的关系。
作业：完成问题与练习