(完整版)5.1交变电流
(完整版)交变电流教学设计
物理学科多媒体教学设计课题：§５.１交变电流( 选修３－２)课型：探究课设计:李传亮从本节课开始，我们开始学习交变电流。
学生、教师活动设计思想与目标学生活动评价［引入新课]：将白炽灯泡点亮。
请两位同学上来观察灯丝在蹄形磁铁内外的运动情况，并告诉班级所有的同学。
用实物投影将灯丝的运动情况投影到幕上。
全体同学试图对以上现象进行解释。
从感性认识的层面接触交变电流，激发学生的学习兴趣，引起学生的思考。
其中可能会有同学提出灯丝的颤动是因为交流电的原因，要加以肯定.［进行新课］：［板书(投影）］：§5—１交变电流［演示实验(或视频）］:用两节干电池给小灯珠供电，同时用手摇发电机连接小灯珠，摇动发电机,观察两种情况下小灯珠的发光情况．（全景图和局部图)［问题]:小灯珠不闪烁与小灯珠的闪烁，说明了什么问题？［演示实验（或视频、动画）］：用电压表测干电池两极电压,同时将手摇发电机连接电压计，摇动发电机,观察两种情况下电表指针的摆动情况．［问题］：电表指针不摆动与电表指针左右摆动，说明了什么问题？［演示实验(或视频)］：手摇发电机连接两个发光二极管（说明:单向导电），摇动发电机，观擦二极管发光情况．［问题］:二极管轮流发光说明什么问题？以上三个问题均由学生观察、比较、思考与讨论后回答。
教师可适当提示与点拨。
由现象直观感受直流电与交变电流的区别.初步认识交变电流有大小和方向的变化,激发学生的学习热情，为后续的学习建立感性认识。
［实验(投影照片)］:直流电的波形与正弦式电流的波形 请学生比较两种波形的不同,由学生发言。
［板书（投影）］：一、交变电流 1．方向不随时间变化的电流称为直流 举例:电池供给小灯泡的电流 ２．交变电流:大小和方向都随时间做周期性变化的电流 举例:家庭电路中的电流．(说明交变电流是生活中常见的) 从理性认识的层面接触交变电流,激发学生的学习兴趣，引起学生对直流电与交变电流描述方式的的思考。
(完整版)交变电流 教学设计与教学反思
《交变电流》教学设计与教学反思甘肃陇西一中唐月有 748100一、教材分析交变电流知识对生产和生活关系密切，有广泛的应用，考虑到高中阶段只对交流电的产生、描述方法、基本规律作简要的介绍，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.为了适应学生的接受能力，教材采取从感性到理性、从定性到定量逐渐深入的方法讲述这个问题.教材先用教具演示矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时产生交流电，以展示交流电是怎样产生的.并强调让学生观察教材图5．１－３所示线圈通过甲、乙、丙、丁四个特殊位置时，电流表指针变化的情况，分析电动势和电流方向的变化,这样学生就会对电动势和电流的变化情况有个大致的了解.然后让学生用右手定则独立分析线圈中电动势和电流的方向.这样能充分调动学生的积极性,培养学生的观察和分析能力。
关于交变电流的变化规律，教材利用上章学过的法拉第电磁感应定律引导学生进行推导，得出感应电动势的瞬时值和最大值的表达式,进而根据闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律推出电流与电压瞬时值与最大值的表达式。
二、教学目标1、知识与技能（1）知道什么是交变流电。
并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。
（4)知道几种常见的交变电流.如正弦式交变电流、锯齿形交变电流、矩形脉冲电流。
2、过程与方法（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.3、情感、态度与价值观目标结合实际情况培养学生理论联系实际的思想。
三、教学重点难点重点:1、交变电流产生的物理过程的分析。
2、交变电流的变化规律的图象描述。
难点：１、交变电流的变化规律及应用。
２、图象与实际发动机转动时的一一对应关系的理解。
5.1 交变电流
5.1 交变电流
一、交变电流的概念
1、直流电流(DC) 方向不随时间变化的电流 2、交变电流(AC) 大小和方向都随时间做周期性变化的电流
二、交变电流的产生
交 流 发 电 机 模 型
过程分析
B⊥S V // B
Φ最大 E=0 I=0
中性面
B∥S V⊥B Φ=0 E、I最大
感应电流方向b到a
三、交变电流的变化规律 以线圈经过中性面开始计时，切割边L1 ，另一边L2, 推导任意时刻t线圈中的感应电动势（演示 ）
e 2 NBL1v sin t
∴
e NBL1L2 sin t
令 Em 则有
L2 又v 2
NBL1L2=NBSω
e Em sin t
e为电动势在时刻t的瞬时值， Em为电动势的最大值（峰值）NBSω
B c
b
c d
c
b K L B A
c
b a
b
b
a
d
d
L
k
L
A
k
a
c K L B A d L
a
d
A
k B
A
B
a
e
Em
T/4 2T/4 3T/4 3π/2 T 2π
t
ωt
o
π/2
π
五、交变电流的种类 (1)正弦交流电 (2)示波器中的锯齿波扫描电压 (3)电子计算机中的矩讨论
线圈转动一周， 多少次经过中性面? 电流方向改变多少次?
c(d)
O a(b)
1.中性面：垂直磁场方向的平面．
（1）线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大 φ=BS，但△φ/△t =0最小，（ ab和cd边都不切割 磁感线），线圈中的感应电动势为零．
交变电流(很好用)
第五章 交变电流
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演讲人姓名
交变电流
交变电流： 大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流,简称交流(AC)。
直流电： 方向不随时间变化的电流叫做直流电,简称直流（DC）。 交变电流可以转变成直流，实验室学生电源就有这种功能。
设线圈平面从中性面开始转动，角速度是ω．经过时间t，AB、CD宽L1，AD、BC长L2 ，磁感应强度是B.
B
v
t=0
v
v
中性面
线圈与中性面的夹角是多少？
AB边的速度多大？
AB边速度方向与磁场方向夹角是多大？
AB边中的感应电动势多大？
线圈中的感应电动势多大？
三．交变电流的变化规律 以线圈经过中性面开始计时，在时刻t线圈中的感应电动势（AB和CD边切割磁感线 ） 所以 令 则有 e为电动势在时刻t的瞬时值， Em为电动势的最大值（峰值）． =NBωS 若为N匝线圈
解：
电动势瞬时值的表达式为：
电流峰值为：
Im=Em/R=400V / 2000 Ω =0.2A
电流瞬时值的表达式为：
i=Imsin ω t=2sin314t
1、矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动时，所产 生的交变电流按照正弦函数的规律变化——正弦式交流电
正弦式交流电的产生的描述
2、Em匀速转动过程中能产生电动势的最大值——峰值， ω为线圈转动的角速度
4、若该线圈给外电阻R供电，设线圈本身电阻为r，由闭合电路欧姆定律
交流电的图像
e
二、交变电流的产生（交流发电机）
1、发电机的Hale Waihona Puke 本构造线圈：转轴垂直于磁场方向
5.1 交变电流
答案：EmT ,300
2S
思考与讨论
线圈转动一周， 多少次经过中性面? 电流方向改变多少次?
c(d)
O a(b)
三、交变电流的变化规律
以线圈经过中性面开始计时，ad边为 L1，ab边为L2,
e 2NBL1v sin t
又v L2
2 e NBL1L2 sin t
令：Em=NBωL1L2=NBSω源自则有 e Em sin t
五、交变电流的种类
六、交流发电机
1.组成： ①线圈（电枢） ②磁极
2.种类 ①旋转电枢式发电机 ②旋转磁极式发电机转动的部分叫转子，不
动的部分叫定子
题型1 如图所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场
中绕垂直于磁场方向的转轴OO′以恒定的角速
度ω转动，从线圈平面与磁场方向平行时开始
计时，则在0～
π
2ω
电动势按正弦规律变化 Em=NBSω
e Em sin t
i Im sin t u Um sin t
u iR，U m Im R
四、交流电的图像
b
c
c
d
a
d
k
L
A
B
b
K L
A
a
B
c
b
b
a
dk
a
A
L
B
c
K L
A d
B
b
c
a
d
k
L
A
B
e
Em
0
t
-Em
正弦交变电流随时间变化情况可以从 图象上表示出来，图象描述的是交变电流 随时间变化的规律，它是一条正弦曲线，
5.1交变电流
3、在线圈转动一周的过程中电流方向改变两次， 线圈每转到中性面位置时，感应电动势方向都要 改变。
二、大小为什么会改变？
一个闭合线框abcd在磁感应强度为B的匀强磁场中绕 轴线OO'转动，边长ab=L1，ad=L2，转动速度为ω， 从线圈经过中性面个位置开始计时，求经过时间t时的 瞬时感应电动势。
当有N匝线圈时：e=NBSωsinωt 将NBSω定义为最大电动势Em
e=Emsinωt 当将此发电机与电阻R串联后总电阻为R总，电流为：
I=e/R总=(Em/R总)sinωt=Imsinωt 此时的路端电压为：
U=IR=e/R=Umsinωt
1、感应电动势的表达式与转轴位置、线圈形状有关吗？
2、公式e=Emsinωt是以中性面为计时起点的，若以垂直 与中性面为计时起点呢？
1、感应电动势的表达式与转轴位置、线圈形状均 无关。
2、公式e=Emsinωt是以中性面为计时起点的，若以垂直 与中性面为计时起点，则e=Emcosωt
正弦式 交流电
拓展：正弦式交变电流的图像：
e/V
O
t/
I/A
O
t/s
φ
O
t/s
1、交变电流：方向随时间作周期性变化的电流。
2、正弦式交变电流的变化规律： （1）方向变化规律-------线圈平面每经过中性面一次，感应电 流的方向就改变一次；线圈转动一周，感应电流的方向改变两 次。
Vx
解：将AB的速度进行分解，如图
Vx=Vsinωt=(ωl2/2）sinωt
ab棒产生的感应电动势为：
e1=BL1Vx=(BL1ωL2/2）sinωt
《交变电流》》课件
3 热电效应法
通过热电材料的热电效应可以产生电动势， 进而产生交变电流。热电材料的种类较多， 如铁素体材料等。
4 机械振荡法
通过机械振荡的运动引起导体的运动，从而 产生交变电动势。
测量方法
电磁式电流表法
电磁式电流表法是较为常见的电流测量方法， 它利用电流在电磁场中产生的力，测出电流的 大小。
电桥法
频率
交变电流的频率指单位时间内电流变化的次数， 通常以赫兹(Hz)为单位计量。
电压变化
交变电压与交变电流存在本质联系，通常情况 下交变电压与交变电流呈正弦波形变化。
特点
正弦波
正弦波是交变电流最常见的波形，也是电力系统中 最基本的波形。正弦波的频率不同，电流的性质对 系统的影响也不同。
可产生
交变电流可以通过变压器、电动机、发电机等电器 设备产生，其产生方法多样。
工业领域
家庭用电
在工业领域，交变电流广泛应用于电动机、电阻炉、 变压器、电弧焊接等方面。
在家庭用电中，交变电流用于供电、家电拍打等方 面。家庭用电的电压和功率较小。
城市建设
随着智能化技术的不断发展，交变电流在城市建设 中越来越广泛，如智能家居、公共交通、医疗设备
高科技领域
借助于交变电流的便携性和高效性能，交变电流在 航空航天、卫星制造等高科技领域得到了广泛应用。
电桥法是利用电桥的平衡条件，在测量对象和 标准电阻之间调整电桥参数，使电桥达到平衡 来测量电流。
电势式电流表法
电势式电流表法是根据欧姆定律，通过测量电 阻器两端的电压来测量电流大小。
霍尔电流传感器法
通过在电路中插入霍尔电流传感器，可以测量 交变电流的大小和方向，还可以测量交变电流 的功率等参数。
高中物理交变电流知识点总结
交变电流知识点总结一、交变电流1定义：大小和方向都随时间做周期性变化的电流，称为交变电流，简称交流，用符号“~”表示。
2特点：电流方向随时间做周期性变化，是交流电最主要的特征，也是交流电与直流电最主要的区别。
3、正弦式交变电流交流电产生过程中的两个特殊位置中性面位置与中性面垂直的位置S0，最小nBSω，最大感应电流最大，方向不变图像4、描述交变电流的物理量 4.1周期和频率（1）周期：交变电流完成一次周期性变化所需要的时间叫做交变电流的周期，用符号T 表示，其单位是秒（s ）。
（2）频率：交变电流在1s 内完成周期性变化的次数叫做交变电流的频率，用符号f 表示，其单位是赫兹（Hz ）。
5、解题方法及技巧5.1正弦交变电流图像的信息获取⎧⎪→⎧⎪⎨⎪→⎨⎪⎪⎪→⎩⎩直接读取：最大值、周期最大值有效值图像信息间接获取周期频率、角速度、转速瞬时值线圈的位置 5.2交变电流有效值的求解方法（1）对于按正（余）弦规律变化的电流，可利用交变电流的有效值与峰值的关系求解，即E =、U =、I 。
（2）对于非正（余）弦规律变化的电流，可从有效值的定义出发，由热效应的“三同原则”（同电阻、同时间、同热量）求解，一般选一个周期的时间计算。
5.3交变电流平均值和有效值的区別求一段时间内通过导体横截面的电荷量时要用平均值，q It =。
平均值的计算需用E tΦ∆=∆和E I R =。
切记122E E E +≠，平均值不等于有效值。
三、变压器和远距离输电 1、变压器的构造如图甲所示为变压器的结构图，它是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。
跟电源相连的叫原线圈；另一^线圈跟负载连接，叫副线圈。
铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成。
图乙是电路符号。
2、工作原理变压器的工作原理是电磁感应的互感现象。
当在原线圈上加交变电流时，电流的大小和方向不断改变，它在铁芯中产生交变的磁场，穿过副线圈，变化的磁场在副线圈上产生感应电动势。
这样原、副线圈在铁芯中的磁通量发生了变化，从而发生互感现象，产生了感应电动势。
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I E 姆定律 i
e
m sin t
Rr Rr
sin t
m
U R两端的电压为 u sint m
交电的图像
b
c
c
d
a
d
k
L
A
B
b
K L
A
a
B
c
b
b
a
dk
a
A
L
B
c
K L
A d
B
b
c
a
d
k
L
A
B
e
Em
o
T/4
π/2
2T/4
3T/4
π
3π/2
T
t
2π ωt
四、交变电流的种类
(1)正弦交流电 (2)示波器中的锯齿波扫描电压 (3)电子计算机中的矩形脉冲 (4)激光通信中的尖脉冲
e=Emsinωt i=Imsinωt u=Umsinωt
Em=NBSω叫电动势的最大值 Im=Em/R叫电流的最大值 Um=ImR叫电压的最大值
e Em sin t
e
Em
3T
0
4
TT
42
- Em
（1）线圈与磁感线垂直时 ①感应电动势_最__小__,磁通量__最__大_。 ②是电流方向_发__生__变__化__的位置。
L2 2
sin t
BS
sin t
中性面
B
D(C)
三．交变电流的变化规律
以线圈经过中性面开始计时，在时刻t线圈中的 感应电动势（AB和CD边切割磁感线 ）
e BS sin t
若为N匝线圈
所以 e NBS sin t
令 Em =NBSω 则有 e Em sin t
e为电动势在时刻t的瞬时值， Em为电动势的最大值（峰值）．
交变电流的产生
交变电流产生示意图：
ABCD——线圈（切割磁感线）
｝ K、L——圆环
E 、 F——电刷
使线圈在转动时保 持与外电路的连接
A(B)
A(B)
D(C)
D(C)
1、在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪
个方向流动？
由B→A
D(C) B
D(C)
A(B)
B A(B)
2、在线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流向哪
T
t（2）当线圈与磁感线平行时：
感应电动势_最__大__，磁通量_最__小__。
（3）线圈连续匀速转动的过程中： 电流的大小和方向都做_周__期__性_变化。
例1
下列表示交变电流的有（CE ）
i
u
i
0
t0
t0
t
(A)
(B)
(C)
i
e
0
t0
t
(D)
(E)
练习
一台发电机在产生正弦式电流。如果发电机电动势的峰值为 Em=400V，线圈匀速转动的角速度为ω=314rad/s，试写出电动 势瞬时值的表达式。如果这个发电机的外电路只有电阻元件，总 电阻为2000Ω，电路中电流的峰值是多少？写出电流瞬时值的表 达式。
交流发电机
发电机的基本组成? 发电机的基本种类?
交流发电机简介
• （1）发电机的基本组成： • ①用来产生感应电动势的线圈（叫电枢） • 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（电枢动磁极不动） • ②旋转磁极式发电机（磁极动电枢不动）
无论哪种发电机，转动的部分叫转子，不动的部分叫定子
第五章 交变电流
一、交变电流
1、交变电流：大小和方向都随时间做周期性 变化的电流叫做交变电流,简 称交流(AC)。
2、直流电： 方向不随时间变化的电流叫 做直流电,简称直流（DC）。
二、交变电流的产生（交流发电机） 1、发电机的基本构造 线圈：转轴垂直于磁场方向 磁极：磁极间形成匀强
磁场
为什么矩形线圈在匀强磁场中匀速转动 时线圈里能产生交变电流？
个方向流动？
由A→B
在线圈的转动过程中，穿过线圈的磁通量、线 圈中的感应电动势、感应电流有什么特点？
A(B)
D(C)
A(B)
D(C) B
D(C)
A(B)
D(C)
A(B)
B
3、当线圈转到什么位置时线圈中没有电流？转到什么
位置时线圈中电流最线大圈？经过甲、
线圈转到甲、丙位丙置位时置线时圈，中电没有电流；
转到乙、丁位置时线圈中流电方流向最发大生！改
A(B)
中性面
与磁感线垂直的平面
D(C)
①线圈经过中性面时，感应电动势为零， 感应电流为零。
②线圈每经过中性面一次，交流电方向改 变一次，线圈每转动一周（交流电的一个 周期） ，两次经过中性面，交流电的方向 改变两次。
设线圈平面从中性面开始转动， 角速度是ω．经过时间t，AB、CD宽
小结
1、交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流。
2、矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动
3、交变电流的变化规律： （1）方向变化规律-------线圈平面每经过中性面一次， 感应电流的方向就改变一次；线圈转动一周，感应电 流的方向改变两次。
（2）大小变化规律-------按正弦规律变化：
解： 电动势瞬时值的表达式为：
e=EmsinWt=400sin314t 电流峰值为：
Im=Em/R=400÷2000=0.2A
电流瞬时值的表达式为：
i=ImsinWt=0.2sin314t
t=0
L1，AD、BC长L2 ，磁感应强度是B. ① 线圈与中性面的夹角是多少？
v11
A(B)
θ
t
② AB边的速度多大？ V L2
2
v v⊥
③ AB边速度方向与磁场方向夹角是多大？
t
④ AB边中的感应电动势多大？
e1
BL1V
sin
BL1
L2 2
sin t
⑤ 线圈中的感应电动势多大？
e
2BL1
E e
sin t 正弦式交流电的产生的描述
m
1、矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动时，所产
生的交变电流按照正弦函数的规律变化——正弦式交流电
2、Em匀速转动过程中能产生电动势的最大值——峰值， ω为线圈转动的角速度 e为瞬时值
3、此表达形式仅在从中性面开始计时的情况下成立
4、若该线圈给外电阻R供电，设线圈本身电阻为r，由闭合电路欧