高考物理复习 电磁感应 交流电

高考物理复习电磁感应交流电
一、教学目标
1．了解交流电是怎样产生的．
2．理解交流电的变化规律．
3．认识交流电的最大值、有效值、周期、频率．
二、重点、难点分析
1．重点分析交流电产生的物理过程．使同学了解线圈在磁场中旋转一周的时间内，电流的大小及方向是怎样变化的．
2．交流电有效值的概念，既是重点又是难点，要使同学理解它的物理意义及在实际中的应用．
3．分析交流电的大小及方向时，线圈运动方向(v)与磁感强度B．之间的角度关系，是得出交流电变化规律的关键，应注意．
三、教具
1．示波器，看交流电图像．
2．手摇式交流发电机模型．该发电机可使2.5V小灯泡发光，可使电流表指针摆动．
3．可拆式发电机模型．转子可取出、放入，不能真发电，为讲电流方向用．
4．挂图，交流发电机．
四、主要教学过程
(一)引入新课
1831年法拉第发现了电磁感应现象，为人类进入电气化时代打开了大门．今天我们使用的电灯、微波炉等家用电器中的交流电是怎样产生并且怎样送到我们的家庭中来的呢？这就是这一章要学习的主要内容，先看“交流电的产生”．
(二)主要教学过程设计
1．首先演示手摇发电机，操作时由快转到慢转，使同学看出一闪一闪的亮，快转时则不易看出闪亮．告诉同学：“这就是交流电”．同时指出；我们点的电灯也是一闪一闪，只不过每秒闪50次看不出来．再将发电机模型中的灯泡取下，连接上电流表，慢慢旋转手摇发电机，使同学看出电流表指针忽大忽小、忽左忽右的摆动．
演示目的：使同学对交变电流有一感性认识，即电流的强弱与方向都在随时间做周期性的变化．
2．再用示波器看正弦交流波形、锯齿波形及方波波形． 指出：这些都属交流电．
对比提问：这是不是交流电？告诉同学这是脉动直流．电流的强弱虽然变化，但方向没变．
板书：“强度和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交流电”．
提出问题：这种交变电流是怎样产生的呢？
3．挂图或板图．
(1)首先对原理图1做一些说明．
①线圈所在磁场为匀强磁场．
②设线圈为矩形线圈，如图2．
③图1中线圈abcd为图2中线圈abcd水平放置时的图景，线圈平面与磁感线垂直．图1中abcd所在位置为中性面．
(2)规定t=0的时刻为图1中线圈所在的位置为起始时刻，即由中性面开始，逆时针方向转动．角速度为ω．
4．分析交流电产生的过程．
(1)先看感应电流方向．
根据右手定则引导同学判定线圈在磁场中由中性面开始逆时针方向转动一周的过程中，感应电流的方向改变两次．
(2)再看感应电流的大小．
全过程可将线圈在磁场中的位置分为如图3所示的0、1、2、3、4、5、6、7八个位置，引导同学讨论在各个位置时，感应电动势的大小．①位置0、4：由于B∥v所以 e0=e4=0；线框abcd中无感应电动势．
②位置2、6：此时B⊥v所以e2=2Blv，线框中感应电动势e2=e6=2Blv=εm，为感应电动势最大值．
③位置1、5：见图4．
e1=Blv⊥=Blvsinθ=Blvsinωt．
e5=Blv⊥=Blvsin(180°+θ)=-Blvsinωt，负号只表示电动势的方向，即线框中感应电动势由cd边流入，ab边流出，abca中感应电动势的大小
e1=e5＝2Blvsinωt＝εm sinωt．
④位置3、7∶e3=Blv⊥=Blvsinωt．e7=Blv⊥=Blvsin(360°-θ)=-Blvsinωt．线框abcd中感应电动势大小
e3=e7＝2Blvsinωt=εm sinωt．
后半周的讨论，同学会熟练一些．教师应引导同学注意后半周内电动势方向的变化．
最后，总结出交流电的变化规律：
在线框旋转一周的时间内，感应电动势的方向变化两次，即每经过中性面变化一次．感应电动势的大小随时间按正弦规律变化，故称为正弦交流电．
5．画出交流电图像，同时指出若电路闭合，则交流电流、电压的表达式都可写出．
上述教学过程暂告一段落，同学可放松一下，教师则可简单介绍一下发电机的实际知识(转子、定子、电枢……)．然后，开始本节课的第二个高潮．
6．介绍表征交流电的几个物理量．
由交流电图像，指出最大值εm、周期T．
板书：εm=2Blv．
介绍民用及工业用电的频率为50Hz．周期为0.02s，民用交流电的最大值为311V．
提出问题：我们平时常说的220V又是什么值呢？引入有效值概念．
7．有效值．
板图：
甲、乙图中电炉烧水，设壶材料同、水质量相等、水的初温相同．同时加热，若在相同时间内使两壶水烧开．即直流电在电阻上产生的焦耳热与交流电在相同电阻相同时间内产生的焦耳热相等时，称直流电的电压(或电流强度)为交流电电压(或电流强度)的有效值．
板书： Q直＝Q交．
提问：交流电压的最大值U m=311V时，它的有效值U=？
指出：通常所说交流电压的大小均指有效值，交流电压表或交流电流表的示数也均指有效值．
8．巩固．
试电笔上的氖管，起辉电压为86.6V．若将其接在电压为70.7V，频率为50Hz的交流电源上，氖管能发光吗？
提问式启发：70.7V指的是电压的什么值？
答：有效值．
又问：频率为50Hz，氖管每秒闪光多少次？
答：f=50Hz，则每秒有100次达峰值电压，
所以每秒闪光100次．
又问：这个交流电压的表达式怎样写？
答：f=50Hz，ω=2πf=100rad/s．
U m=100V，
所以 U=100 sin 100πt(V)．
(三)课堂小结
1．线圈在磁场中旋转，线圈所围面积中磁通量发生变化，产生感应电动势，外电路闭合时，有交变电流．线圈每旋转一周，两次经过中性面，电流方向改变两次；线圈两次与中性面垂直时达峰值．交流电按正弦规律变化．
2．正弦交流电的瞬时值表达式为：
e=εm sinωt．
u=U m sinωt．
i=I m sinωt．
式中εm=2Blv，ω=2πn=2πf．
3．交流电有效值的概念必须清楚，即交流电与直流电在热效应相等的条件下，直流电的电压(电流强度)值为交流电压(电流强度)的有效值．
五、教学说明
1．本教案密度较大，对基础好的学生可一气呵成，将有关交流电的基础知识一并托出，下节课可安排一定时间复习，如给出交流电图像，要求能识别出周期、最大值，计算出频率、角频率、有效值等等，使知识落实．
对基础差的学生则可将本节内容分成两节进行，将知识点落实的工作一步步完成．
2．有条件的学校，可将εm=BSω及εm=NBSω的知识在习题课中补充给学生．。