交变电流的教学设计方案

《交变电流的产生和变化规律》教学设计方案

选用的教材：

高中物理人教版第二册（必修加选修），适用于高二年级第十七章《交变电流》第一节“交变电流的产生和变化规律”的新课教学；教学目标：

1、知道交变电流和正弦式交变电流的定义；

2、知道什么是中性面，中性面的特点；

3、掌握正弦交变电流的产生原理；

4、掌握正弦交变电流的变化规律和三角函数表达式；

5、了解几种常见交变电流的波形；

6、了解交流发电机的构造。

教学重点：

1、中性面的特点；

2、正弦交变电流的产生原理；

3、正弦交变电流的变化规律、图象和三角函数表达式。

教学难点：

1、正弦交变电流的产生原理；

2、正弦交变电流的变化规律、图象和三角函数表达式。

教学思路：

1、本章所讲的是交变电流的知识，是前面学过的电和磁的知识的发展和应用，并且与生产和生活有着密切的关系，有广泛的应用，在高中阶段只对交流电的产生、描述方法、基本规律作等最必要的基

本知识进行讲解，这些知识是已学过的电磁感应的引伸，所以在教学过程中对开阔学生思路、提高能力是很有好处的；

2、本章要讲解的基本内容有：交变电流的产生原理和变化规律、交变电流的特点、电能的输送、变压器的构造和工作原理等；

教学内容：

1、正弦交变电流的产生；

2、正弦交变电流的变化规律；

3、交流发电机的结构及工作原理。

教学工具：

手摇单相发电机、小灯泡、示波器、多媒体教学课件、示教用大的电流表等。

教学手段：

本节授课时采用了实验演示与数学推导相结合的方法，特别是学生对交变电流在这之前没有认真认识，对它只有一个模糊的概念，通过演示实验可让学生对交流电的产生有一感性认识，并对交流电的变化规律有更好的理解。

教学方法可采用老师指点，学生自学、讨论、推导总结，另方面也采用演示、观察、分析、对比等，培养学生知识迁移、活学活用的能力。

教学步骤：

1、做演示实验一：通过演示实验一“模型发电机”得出交流电的定义，并用多媒体课件展示该实验，使学生对交变电流有一感性认

识，从而理解交变电流的定义；

2、正弦交流电的产生原理：

①给出正弦交流电的定义：在交变电流中，电流随时间按正弦规律变化的交变电流称为正弦交变电流；

②将发电机模型通过图片、多媒体课件等展示给学生，让学生对发电机有简单的认识；

③做课本演示实验二：闭合线圈在匀强磁场中匀速转动时电流计指针的偏转，让学生对正弦交流电有更深的理解，并得出电流方向的改变位置；

④给出中性面的概念及其特点：

a、概念：平面线圈垂直于磁感线时，平面线圈所处的位置即为中性面；

b、特点：通过线圈的磁通量最大，线圈各边都不切割磁感线，感应电动势为0；

c、从分析演示实验二可得：线圈每次经过中性面电流计指针偏转方向改变一交，即：线圈每次经过中性面电流方向改变一次；因而线圈转动一周，线圈中的电流改变两次；

3、做演示实验三（并用多媒体课件展示）：用示波器测量低压交流电给小灯泡供电时小灯泡两端电压的图象，并从观察示波器上的图象得到：小灯泡两端电压随时间变化规律（波形图）按正弦曲线变化；

4、交变电流变化规律的推导：

交变电动势的瞬时值表达式的推导：（借助多媒体课件展示每一

瞬时位置线圈的速度与磁场的关系）

从中性面开始计时（图中虚线位置），如图单匝线圈abcd，设ab=cd=L，ad=bc=d，线圈以角速度ω绕垂直于Array磁场的对称轴以角速度ω匀速转动，经过一段

时间t转至图中实线所示位置。

（1）图示时刻ab边和cd边电流的方向

如何？

ab边电流垂直平面向里，cd边电流垂直平面向外；

（2）ab边和cd边产生的电动势是如何连接的？

串联的，因而回路总电动势为两边产生的电动势相加；

（3）线圈转过的角度与时间的关系：

θ=ωt

（4）推导出右图位置时的感应电动势e的表达式为：

①用线速度V表示：e＝2BLvsinθ＝2BLvsinωt＝2BSsinωt (V)；

②用角速度ω表示：e＝BLdωsinθ＝BLdωsinωt＝BSωsinωt (V)；

③若线圈匝数为N，则感应电动势为e＝NBSωsinωt＝E m sinωt(V)。

5、正弦交变电流的变化规律：

①表达式：i＝e/R＝I m sinωt(A)

②式中电流i是不同时刻的不同数值，叫电流的瞬时值；

③式是I m 为电流所能达到的最大值，叫电流的最大值；

④电阻R 流过正弦交变电流时其两端电压的表达式为：u ＝U m sin ωt(V)；

6、正弦交变电流的电动势e 、电流i 、电阻两端电压u 随时间变化的图象：

7、介绍几种交变电流及其波形图：

8、发电机的构造及工作原理：

①构造：由转子、定子、端盖和轴承等部件构成；定子由定子铁芯、线包绕组、机座以及固定这些部分的其他结构件组成。 转子由

e

正弦交流电电动势随时间变化规律图象 间变化规律图象

阻两端电压随时间变化规律图D 、示波器中的

锯齿波扫描电压 B 、电子计算机中的矩形脉冲电压 变电流 i

转子铁芯(或磁极、磁扼)绕组、护环、中心环、滑环、风扇及转轴等部件组成；

②旋转电枢式发电机：电枢转动，磁极不动的发电机；

③旋转磁极式发电机：磁极转动，电枢不动的发电机；

④工作原理：由轴承及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流，因而交流发电机的工作原理是：线圈做切割磁感线从而产生感应电动势。

9、课堂小结：

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。

③中性面的特点：磁通量最大为Φm，但e=0。

10、课堂练习及课后作业：

（1）课堂练习：

①线圈在如图甲所示的匀强磁场中匀速转动，请标出乙图中a和d

在不同位置时的电流方向（用点或叉表示）。

②如图所示，若线圈ab边长为20cm，bc边长为10cm，磁感应强

度为10T，线圈转动的角速度为4π弧度/秒，线

圈匝数为10匝，求：

(1)感应电动势的最大值E m；

(2)从中性面开始计时，写出感应电动势的瞬时

值方程；

(3)当经过t=1/24秒时感电动势为多大？若线圈电阻r=1Ω,外电阻R=9Ω，则此时线圈中感应电流多大？

答案：（1）E m＝NBSω＝8π（V），（2）e＝8πsin4πt (V),（3）e ＝4π（V），i＝e/(R+r)＝0.4π（A）。

（2）课后作业：

教材练习一：第（1）、（2）题。

教学设计理念：

学生在高中对物理的学习内容应当是现实的，有意义的，富有挑战性的，本节内容的教学将有利于学生主动的进行观察、实验、推理与交流, 采用不同的表达方式，以满足多样化的学习需求。高中物理的学习活动不能单纯的依赖模仿与记忆，动手实践，自主探索与合作交流是学习的一种重要方式。因而本教学的设计着重让教师能够通过本教案在教学过程中应用比较简单和直观的课件使学生更快地掌握相关知识点，让学生学会主动学习。