第16章第01节交流电教案04 人教版

第16章第01节交流电教案04 人教版

第一节 交变电流的产生和变化规律 ‎ ‎●教学目标 一、知识目标 ‎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、能力目标 ‎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处理物理问题的能力.‎ 三、德育目标 培养学生理论联系实际的思想.‎ ‎●教学重点 ‎1.交变电流产生的物理过程的分析.‎ ‎2.变压器工作原理.‎ ‎●教学难点 交变电流的变化规律及应用.‎ ‎●教学方法 演示+分析+归纳 ‎1.通过矩形线圈在匀强磁场中匀速转一周的实物演示，立体图结合侧视图分析，特殊位置结合任一位置分析，使学生理解交变电流产生原理及变化规律.‎ ‎2.利用导体切割磁场线产生I感方法，分析得交流电的变化规律.‎ ‎●教学用具 手摇单相发电机、小灯泡、示波器、多媒体教学课件、示教用大的电流表.‎ 课时安排 ‎1课时 ‎●教学过程 ‎［投影］本节课学习目标 ‎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.‎ ‎●学习目标完成过程 一、引入新课 出示单相交流发电机，引导学生首先观察它的主要构造.‎ ‎［演示］老师手摇发电机模型.第一次发电机接小灯泡.当线框缓慢转动时，小灯泡不亮；当线框快速转动时，小灯泡一闪一闪的.‎ 第二次发电机接上示教电流计，当线框缓慢转动（或快速摆动），电流计指针左右摆动.‎ ‎［师问］线圈中产生的是什么样的交变电流？请同学们看书P189后回答.‎ ‎［生答］转动的线圈里产生了大小和方向都随时间做周期性变化的交变电流.‎ ‎［师］现代生产、生活中，大都使用交流电.它有许多优点，今天学习交流电产生原理和变化规律.‎ 二、新课教学 为什么矩形线框在匀强磁场中匀速转动，线框里能产生交变电流？‎ 多媒体课件打出下图.‎ ‎［师问］abcd线框在磁场中绕OO′轴转动时，哪些边切割磁感线？‎ ‎［生答］ab与cd边.‎ ‎［师问］线框转到什么位置，产生感应电动势最大？‎ ‎［生答］线圈平面与磁感线平行时，ab边与cd 边线速度方向都跟磁感线方向垂直，即两边都垂直切割磁感线.此时产生感应电动势最大.‎ ‎［师问］线框转动到什么位置时，感应电动势最小？‎ ‎［生答］当线框平面跟磁感线垂直时，ab与cd边的速度方向跟磁力线平行，即两边不切割磁力线，此时感应电动势为0.‎ 利用多媒体课件，屏幕上打出中性面概念：‎ ‎1.中性面——线框平面与磁力线垂直位置.‎ ‎2.线圈处于中性面位置时，穿过线圈Φ最大，但=0.‎ ‎3.线圈越过中性面，线圈中I感方向要改变.线圈转一周，感应电流I感方向改变两次.‎ 如果从中性面开始计时，逆时针方向匀速转动，角速度ω，经时间t，线圈转到图示位置，ab边与cd边的速度方向与磁场方向夹角为ωt，屏幕上打出线圈水平投影图，如图所示.‎ ‎［师问］设ab=cd=l1 磁感应强度B，bc=ad=l2‎ 这时ab边E感多大？‎ ‎［生答］eab=Bl1l2ωsinωt ‎［师］cd边中E感跟ab边中感应电动势大小相同，又是串联在一起，此时整个线框中感应电动势多大？‎ ‎［生答］e=eab+ecd=Bl1l2ωsinωt 屏幕上打出：‎ ‎1.在匀强磁场中，匀速转动线圈产生感应电动势及感应电流是按正弦规律变化的.‎ 瞬时表达式：e=Bl1l2ωsinωt=BSωsinωt N匝线圈时，相当于N个完全相同的电源来个串联，e=NBSωsinωt.‎ 其中最大值Em=NBSω 线框和用电器构成回路i= = sinωt 最大值Im=‎ ‎2.屏幕上使线圈转动，如转ωt=60°,150°,210°,300°时，请学生分别计算感应电动势的大小和方向？‎ 最后将学生计算结论总结：e=Emsinωt,既能表示电动势大小，又能表示电动势方向.‎ ‎［演示］用示波器显示照明电路的电压波形.分析波形曲线特点，如图所示.‎ 三、小结 ‎1.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动（绕与磁场垂直的轴）时，线圈中产生正弦交变电流，从中性面开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为：‎ e=NBSωsinωt e—ωt图线是一条正弦曲线.‎ ‎2.中性面特点：Φ最大，而e=0.‎ 四、作业 ‎1.阅读教材内容 ‎2.做P192练习一（1）、（2）‎ 五、板书设计 交变电流 六、本节优化训练设计 ‎1.一矩形线圈，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，则下列说法中正确的是 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.每当电动势E变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大 答案：D ‎2.一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电动势的最大值为311 V，线圈在磁场中转动的角速度是100πrad/s.‎ ‎（1）写出感应电动势的瞬时值表达式.‎ ‎（2）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路中的总电阻为100 Ω，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式.在t=s时电流强度的瞬时值为多少？‎ 解析：因为电动势的最大值Em=311 V，角速度ω=100πrad/s，所以电动势的瞬时值表达式是e=311sin100πt V.‎ 根据欧姆定律，电路中电流强度的最大值为Im===3.11 A，所以通过负载的电流强度的瞬时值表达式是i=3.11sin100πt A.‎ 当t=s时，电流强度的瞬时值为 i=3.11sin(100π·)=311×=1.55 A.‎ ‎3.一个矩形线圈在匀强磁场中转动产生交流电压为u=220sin100πt V，则 A.它的频率是50 Hz B.当t=0时，线圈平面与中性面重合 C.电压的平均值是220 V D.当t=s时，电压达到最大值 解析：对照交流电的电压一般表达式u=Umsin(ωt+φ),ω=2πf,U=,可求出f、φ0、U.可见：f===50 Hz;φ=0,有效值220 V，t=s时，u=220sin(100π×)=220=Um.‎ 答案：ABD ‎4.交流发电机工作时的电动势的变化规律为e=Emsinωt，如果转子的转速n提高1倍，其他条件不变，则电动势的变化规律将变化为 A.e=Emsin2ωt B.e=2Emsin2ωt C.e=2Emsin4 D.e=2Emsinωt 答案：B ‎5.将阻值为R的电阻，接在电动势E=10 V，内电阻r=R的直流电源两端，此时电阻R上的电功率为P，则 A.将电阻R接在另一直流电源两端时，若电阻R两端电压为10 V，则电阻R上消耗的电功率为2P B.将电阻R接在另一直流电源两端时，若电阻R两端电压为20 V，则电阻R上消耗的电功率为16P C.将电阻R接在另一正弦交变电源两端，若电阻R两端的电压最大值为10 V，则电阻R上消耗的电功率8P D.将电阻R接在另一正弦交变电源两端时，若电阻R两端电压的有效值为20 V，则电阻R上消耗的电功率为8P 解析：原来在电阻R上消耗的功率为 P=I2·R=（）2·R= ==‎ 如果将R接在10 V的直流电源上，则消耗的电功率 P1=,P1=4P.‎ 如果将R接在20 V的直流电源上，则消耗的电功率 P2=，P2=16P.‎ 如果将R接在最大值为10 V的交流电压上，则电阻R消耗的电功率为 P2=()2·，P2=2P.‎ 如果将R接在有效值为20 V的交流电源上，则电阻R消耗的电功率为 P4=,P4=16P ‎