交变电流教学设计
教学设计思想：
交变电流是生产和生活中最常用到的电流，而正弦式电流又是最简单和最基本的。正弦式电流产生的原理是基于电磁感应的基本规律，所以本章是前一章的延续和发展，是电磁感应现象的具体应用。另一方面，本节知识是全章的理论基础，有着承上启下的作用。本节内容的教学重点是运用电磁感应的基本知识，配合响应的演示实验，分析交变电流的产生过程，认识交变电流的特点及其规律。
培养学生联系实际，勇于创新的科学精神和自主学习的能力，培养善于观察，勤于思考，科学推理、联系实际、勇于创新的精神。
教学目标：
1、知识与技能
（1）理解交变电流的产生，区别交流和直流。
（2）理解交变电流的产生原理，知道什么是中性面。
（3）掌握交变电流的变化规律，会写出交变电流的瞬时值表达式，会用图象表示，理解峰值的含义。
2、过程与方法
（1）结合演示实验，体会交直流电的区别，采取由感性到理性，由定性到定量逐步深入的方法，导出交变电流的变化规律。
（2）运用数学规律，研究解决物理问题。
3、情感、态度与价值观
（1）体现实验乐趣，进一步提高对新问题的观察、分析和推理能力。
（2）通过对物理规律的定性、定量的推导，体验探究发现的乐趣，培养探究物理规律的能力。
教学重点：
交变电流产生原理和变化规律，中性面，瞬时值，峰值。
教学难点：
对交变电流产生原理的理解。
教学方法：
讲授法、演示实验、小组讨论
教学过程：
一、交变电流的产生
首先通过介绍手摇发电机的模型告诉学生实际发电机要复杂的多，我们学习的是抽象出来的理想化模型，介绍教科书图5．1—3。用问题链的方式引导学生分析线圈转动1周中电动势和电流的变化，问题的安排有一定的梯度，逐步深入，以降低学习难度，突破这节难点。具体问题设置如下 ：
①教科书图5．1—3中，矩形线圈转动过程中，哪些边会产生电动势?
②只有AB、CD边产生电动势，怎样由立体图画出平面图?注意在平面图基础上分析后续问题。
③在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动?在线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流向哪个方向流动?
④当线圈转到什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置时线圈中的电流最大?这些位置磁通量及磁通量的变化率等还有什么特点?
⑤大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线，从E流向F的电流记为正，反之为负。在横坐标上标出线圈到达甲、乙、丙、丁几个位置时对应的时刻。
在这一环节：学生通过上一章的学习，是可以用楞次定律、法拉第电磁感应定律这些基本原理解决新情境下的这些问题的，同时运用数学图象对物理量随时间的`变化情况进行定性描述。
二、交变电流的规律
对中学生来说，本节要接受许多新名词。如交变电流、正弦式电流、中性面、瞬时值、峰值(以及下一节的有效值)等。要让学生明白这些名词的准确含义是有一定难度的。例如，交变电流从广义上讲，是方向和大小随时间做周期性变化的电动势、电压和电流的统称。而对中性面的理解，要让学生明确：
①中性面是指与磁场方向垂直的平面，此时线圈中的磁通量最大。
②当线圈位于中性面时，线圈中感应电动势为0。
③当线圈再次转过中性面时，感应电动势的方向改变。
1.推导公式e=Emsin t
问题情景：如图5—4所示。在磁感应强度B的匀强磁场中，矩形线圈逆时针绕中轴匀速转动，角速度为 。图中标a的小圆圈表示线圈ab边的横截面，标d的小圆圈表示线圈cd边的横截面，ab、cd长度为L1，ad、bc长度为L2，设线圈平面从中性面开始转动。则经时间t
①线圈与中性面的夹角是多少?
②ab边的速度多大?
③ab边速度方向与磁场方向夹角多大?
④ab边产生的感应电动势多大?
⑤线圈中感应电动势多大?
引导学生分析：
①线圈的角速度是ω，经过时间t它与中性面的夹角是ωt。
②ab边绕中心轴做匀速圆周运动，角速度是 ，转动半径为 ，所以ab边的速度是 。
③ab边速度方向与磁场方向夹角与线圈从中性面转过的角度相同；也是ωt。
④ab边产生的感应电动势e1=BL1ω sinωt。
⑤线圈中感应电动势e=2BL1ω sin t=BωSsinωt
若线圈有N匝时，相当于N个完全相同的电源串联，e=NBωSsinωt ,令Em=NBωS，叫做感应电动势的峰值，e叫做感应电动势的瞬时值。
根据部分电路欧姆定律，电压的最大值Um=ImR，电压的瞬时值U=Umsinωt，电流的瞬时值i=Imsinωt。
这一环节提出的五个小问题，学生都能回答出来。从而和学生一起推导出线圈中感应电动势的表达式。再扩展到线圈有N匝时的表达式，感应电动势的峰值表达式，及瞬时值的概念，电流的瞬时值表达式，电压的瞬时值表达式。
三、交流发电机
[课件演示]发电机的组成
（1）发电机的基本组成：
①用来产生感应电动势的线圈（电枢）；
②用来产生磁场的磁极。
（2）发电机的基本种类：
①旋转电枢式发电机；
②旋转磁极式发电机。
无论哪种发电机，转动的部分叫转子，不动的部分叫定子
四、课堂练习
1. 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提高一倍，其它条件不变，则电动 势的变化规律将变化为：
A. e=EmSin2ωt B. e=2EmSin2ωt
C. e=2EmSin4ωt D. e=2EmSinωt
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311V，若线圈
在磁场中匀速转动的角速度是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，电路的总电阻为100Ω，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式、在t=1/120s时电流强度的瞬时值为多少？
（3）线圈从中性面转过1800的过程中，电动势的最大值、平均值分别是多少？
（4）转动过程中磁通量的变化率最大值是多少？
答案（1）e=311Sin100πt(V)
（2）I=3.11Sin（100π×1/120）=3.11×1/2=1.55（A）
（3）E m=311V E=NΔφ/Δt=2NBSω/π≈198V
（4）Δφ/Δt=311/N（Wb/s）
五、课堂小结
在本节学生接触许多新名词，如：交流电、正弦交流电、中性面、瞬时值、最大值等。要让学生搞清楚这些名词的正确含义。要使学生了解交流电有许多种，正弦交流电只是其中最简单的一种，要使学生明确中性面是指与磁场方向垂直的平面。中性面的特点是：线圈位于中性面时，电动势为0；线圈通过中性面时，电动势的方向要改变。要向学生指出，一般科技书都用小字母表示瞬时值，用大写字母并加脚标m表示最大值。
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