交流电的产生和变化规律(教案)
交变电流的产生和描述 经典教案
交变电流的产生和描述知识点一 交变电流、交变电流的图象 1．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． (2)按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流． 2．正弦式交变电流的产生和图象(1)产生：在匀强磁场里，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动．(2)图象：用以描述交变电流随时间变化的规律，如果线圈从中性面位置开始计时，其图象为正弦曲线．如图甲、乙、丙所示．知识点二 正弦式交变电流的函数表达式、峰值和有效值 1．周期和频率(1)周期(T )：交变电流完成一次周期性变化(线圈转一周)所需的时间，单位是秒(s)，公式T ＝2πω. (2)频率(f )：交变电流在1 s 内完成周期性变化的次数．单位是赫兹(Hz)． (3)周期和频率的关系：T ＝1f 或f ＝1T.2．正弦式交变电流的函数表达式(线圈在中性面位置开始计时) (1)电动势e 随时间变化的规律：e ＝E m sin ωt .(2)负载两端的电压u 随时间变化的规律：u ＝U m sin ωt .(3)电流i 随时间变化的规律：i ＝I m sin ωt .其中ω等于线圈转动的角速度，E m ＝nBSω. 3．交变电流的瞬时值、峰值、有效值(1)瞬时值：交变电流某一时刻的值，是时间的函数．(2)峰值：交变电流(电流、电压或电动势)所能达到的最大的值，也叫最大值．(3)有效值：跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值叫做交变电流的有效值．对正弦式交变电流，其有效值和峰值的关系为：E ＝E m 2，U ＝U m 2，I ＝I m2.【 基础自测】1．匀强磁场中有一长方形闭合导线框，分别以相同的角速度绕图a 、b 、c 、d 所示的固定转轴旋转，用I a 、I b 、I c 、I d 表示四种情况下线框中电流的有效值，则( D )A ．I a >I dB ．I a >I bC ．I b >I cD ．I c ＝I d解析：由题意可知，无论转轴在中心，还是在一边，还是在其他位置，转动切割磁感线的线框面积不变，根据E m ＝nBSω，知线框感应电动势的最大值是相同的，因此四种情况下，线框产生感应电动势的瞬时表达式相同，即为e ＝E m sin ωt ，由闭合电路欧姆定律可知，感应电流瞬时表达式也相同，即为i ＝I m sin ωt ，则感应电流的最大值I m 、感应电流的有效值I m2均相同，故D 项正确，A 、B 、C 项错误．2.如图所示，直线OO ′的左侧有垂直纸面向里的匀强磁场B 1，右侧有垂直纸面向里的匀强磁场B 2，且B 1>B 2，一总阻值为R 的导线框ABCD 以OO ′为轴做角速度为ω的匀速转动，导线框的AB 边长为l 1，BC 边长为l 2.以图示位置作为计时起点，规定导线框内电流沿A →B →C →D →A 流动时为电流的正方向．则下列图象中能表示线框中感应电流随时间变化的是( A )解析：回路中的感应电动势为e ＝e 1＋e 2＝B 1l 2ω·l 12sin ωt ＋B 2l 2ω·l 12sin ωt ＝(B 1＋B 2)l 1l 2ω2sin ωt ，则电流为i ＝(B 1＋B 2)l 1l 2ω2R·sin ωt ，故A 项正确，B 、C 、D 项错误．3．长为a 、宽为b 的矩形线框有n 匝，每匝线圈电阻为R ，如图所示，对称轴MN 的左侧处在磁感应强度为B 的匀强磁场中，第一次将线框从磁场中以速度v 匀速拉出；第二次让线框以ω＝2vb的角速度转过90°角．那么( D ) A ．通过导线横截面的电量q 1q 2＝1nB ．通过导线横截面的电量q 1q 2＝12C ．线框发热功率P 1P 2＝2n 1D ．线框发热功率P 1P 2＝21解析：根据法拉第电磁感应定律，得出感应电动势E ＝n ΔΦΔt ，结合闭合电路欧姆定律I ＝EnR 与电量表达式q ＝It ，即可解得电量q ＝ΔΦR，虽然两次的运动方式不同，但它们的磁通量的变化量相同，因此它们的电量之比为11，故A 、B 项错误；瞬时感应电动势E ＝BL v ，则感应电流的大小之比即为感应电动势大小之比，E 1＝nBa v ，第二次产生的感应电动势如图所示：最大值E 2m ＝nBa b 2ω，有效值E 2＝E 2m 2，再根据线框的发热功率P ＝E 2nR ，可知线框发热功率P 1P 2＝21，故C 项错误，D项正确．4．三个相同的电阻，分别通过如图甲、乙、丙所示的交变电流，三个图中的I 0和周期T 相同．下列说法中正确的是( C )A ．在相同时间内三个电阻发热量相等B ．在相同时间内，甲、乙发热量相等，是丙发热量的2倍C ．在相同时间内，甲、丙发热量相等，是乙发热量的12D ．在相同时间内，乙发热量最大，甲次之，丙的发热量最小解析：甲的有效值为：I ＝I 02，由Q ＝I 2Rt 可知一个周期内甲的发热量为：Q 1＝I 20RT 2；乙前、后半个周期电流大小相等，故其发热量为：Q 2＝I 20RT ；丙只有前半个周期有电流，故其发热量为：Q 3＝I 20R ×12T ＝I 20RT 2；故可知在相同时间内，甲、丙发热量相等，是乙发热量的12，故C 项正确．知识点一 交变电流的产生和描述1．正弦式交变电流的产生(1)线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动． (2)两个特殊位置的特点：①线圈平面与中性面重合时，S ⊥B ，Φ最大，ΔΦΔt＝0，e ＝0，i ＝0，电流方向将发生改变． ②线圈平面与中性面垂直时，S ∥B ，Φ＝0，ΔΦΔt最大，e 最大，i 最大，电流方向不改变．(3)电流方向的改变：线圈通过中性面时，电流方向发生改变，一个周期内线圈两次通过中性面，因此电流的方向改变两次．(4)交变电动势的最大值E m ＝nBSω，与转轴位置无关，与线圈形状无关． 2．正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)1．[交变电流的产生]如图所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴P1和P2以相同的角速度匀速转动，当线圈平面转到与磁场方向平行时(A)A．线圈绕P1转动时的电流等于绕P2转动时的电流B．线圈绕P1转动时的电动势小于绕P2转动时的电动势C．线圈绕P1和P2转动时电流的方向相同，都是a→b→c→d→aD．线圈绕P1转动时dc边受到的安培力大于绕P2转动时dc边受到的安培力解析：绕圈绕垂直于磁场方向的轴转动产生交变电流，产生的电流、电动势及线圈各边所受安培力大小与转轴所在位置无关，故A对，B、D错；图示时刻产生电流的方向为a→d→c→b→a，故C错．2．[交变电流的图象](多选)如图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，为交流电流表．线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示．以下判断正确的是(AC)A．电流表的示数为10 AB．线圈转动的角速度为50π rad/s C．0.01 s时线圈平面与磁场方向平行D．0.02 s时电阻R中电流的方向自右向左解析：电流表的示数为交变电流的有效值10 A，A项正确；由ω＝2πT可得，线圈转动的角速度为ω＝100π rad/s，B项错；0.01 s时，电路中电流最大，故该时刻通过线圈的磁通量最小，即该时刻线圈平面与磁场平行，C项正确；根据楞次定律可得，0.02 s时电阻R中电流的方向自左向右，D项错．3．[交变电流的瞬时表达式](2019·吉林质检)边长为a的N匝正方形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线且与线圈在同一平面内的对称轴匀速转动，转速为n，线圈所围面积内的磁通量Φ随时间t变化的规律如图所示，图象中Φ0为已知．则下列说法正确的是(D)A．t1时刻线圈中感应电动势最大B．t2时刻线圈中感应电流为零C．匀强磁场的磁感应强度大小为Φ0 Na2D．线圈中瞬时感应电动势的表达式为e＝2NπΦ0n cos2πnt解析：t1时刻线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为0，根据法拉第电磁感应定律可知此时线圈中感应电动势为0，A 项错误；t2时刻线圈的磁通量为零，但磁通量的变化率最大，根据法拉第电磁感应定律可知此时线圈中感应电流为最大值，B项错误；磁通量与线圈匝数无关，根据磁通量的定义可得Φ0＝Ba2，B＝Φ0a2，C项错误；线圈中瞬时感应电动势的表达式为e＝NBSωcosωt＝2NπΦ0n cos2πnt，D项正确．知识点二有效值的理解与计算1．有效值的理解跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值叫做交变电流的有效值．对于正弦交流电，其有效值和峰值的关系为E＝E m 2，U＝U m2，I＝I m2.2．有效值的计算(1)计算有效值时要注意根据电流的热效应，抓住“三同”：“相同时间”内“相同电阻”上产生“相同热量”列式求解．(2)利用两类公式Q＝I2Rt和Q＝U2R t可分别求得电流有效值和电压有效值．(3)若图象部分是正弦(或余弦)交流电，其中的从零(或最大值)开始的14周期整数倍的部分可直接应用正弦式交变电流有效值与最大值间的关系I m＝2I、U m＝2U求解．3．几种典型的交变电流的有效值4．[正弦式交变电流的有效值]电阻R1、R2与交流电源按照图甲所示方式连接，R1＝10 Ω，R2＝20 Ω.合上开关S后，通过电阻R2的正弦交变电流i随时间t变化的情况如图乙所示．则(B)A ．通过R 1的电流有效值是65 AB ．R 1两端的电压有效值是6 VC ．通过R 2的电流最大值是65 2 AD ．R 2两端的电压最大值是6 2 V解析：首先从交变电流图象中找出交变电流的最大值即为通过R 2的电流的最大值，为35 2 A ，由正弦交变电流最大值与有效值的关系I m ＝2I ，可知其有效值为0.6 A ，由于R 1与R 2串联，所以通过R 1的电流的有效值也是0.6 A ，A 、C 错误；R 1两端电压的有效值为U 1＝IR 1＝6 V ，B 正确；R 2两端电压的最大值为U m2＝I m R 2＝352×20 V ＝12 2 V ，D 错误． 5．[部分缺失的正弦式交变电流的有效值]如图所示为一个经双可控硅调节后加在电灯上的电压，正弦交流电的每一个二分之一周期中，前面四分之一周期被截去，则现在电灯上电压的有效值为( D )A ．U m B.U m2 C.U m3D.U m2解析：由题给图象可知，交流电压的变化规律具有周期性，用电流热效应的等效法求解．设电灯的阻值为R ，正弦交流电压的有效值与峰值的关系是U ＝U m2，由于一个周期内半个周期有交流电压，一周期内交流电产生的热量为Q ＝⎝⎛⎭⎫U m 22R t ＝U 2m 2R ·T 2，设交流电压的有效值为U ，由电流热效应得Q ＝U 2m 2R ·T2＝U 2R ·T ，所以该交流电压的有效值U ＝U m 2.选项D 正确． 6．[方形波的有效值]通过一阻值R ＝100 Ω的电阻的交变电流如图所示，其周期为1 s ．电阻两端电压的有效值为( B )A ．12 VB ．410 VC ．15 VD ．8 5 V解析：根据图象，一个周期T ＝1 s ，设该交变电流的有效值为U,0～0.4 s 的时间间隔为t 1＝0.4 s,0.4～0.5 s 的时间间隔t 2＝0.1 s ，根据电流的热效应，由2(I 21Rt 1＋I 22Rt 2)＝U 2R·T ，解得U ＝410 V ，B 正确．知识点三交变电流“四值”的理解和应用对交变电流“四值”的比较和理解典例小型手摇发电机线圈共N匝，每匝可简化为矩形线圈abcd，磁极间的磁场视为匀强磁场，方向垂直于线圈中心轴OO′，线圈绕OO′匀速转动，如图所示．矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，不计线圈电阻，则发电机输出电压()A．峰值是e0B．峰值是2e0C ．有效值是22Ne 0D ．有效值是2Ne 0【审题关键点】 矩形线圈ab 边和cd 边切割磁感线的方向相反，故产生的感应电动势的方向相反，但对于感应电流的方向在闭合电路中，所以产生感应电流的方向相同．【解析】 由题意可知，线圈ab 边和cd 边产生的感应电动势的最大值都为e 0，因此对于单匝矩形线圈总电动势最大值为2e 0，又因为发电机线圈共N 匝，所以发电机线圈中总电动势最大值为2Ne 0，根据闭合电路欧姆定律可知，在不计线圈内阻时，输出电压等于感应电动势的大小，即其峰值为2Ne 0，故A 、B 错误；又由题意可知，若从图示位置开始计时，发电机线圈中产生的感应电流为正弦式交变电流，由其有效值与峰值的关系可知，U ＝U m2，即U ＝2Ne 0，故C 错误，D 正确． 【答案】 D7．(多选)如图所示，在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期为T ，转轴O 1O 2垂直于磁场方向，线圈电阻为2 Ω.从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈转过60°时的感应电流为1 A ．那么( AC )A ．线圈消耗的电功率为4 WB ．线圈中感应电流的有效值为2 AC ．任意时刻线圈中的感应电动势为e ＝4cos 2πT tD ．任意时刻穿过线圈的磁通量为Φ＝T πsin 2πTt解析：由图中位置开始计时，电流瞬时值i ＝I m cos ωt ，转过60°时，I m cos60°＝1 A ，解得I m ＝2 A ，有效值I ＝22A ＝ 2 A ，故选项B 错误；消耗功率P ＝I 2R ＝4 W ，故选项A 正确；感应电动势的最大值E m ＝I m ·R ＝4 V ，所以e ＝E m cos ωt ＝4cos 2πT ·t ，故选项C 正确；磁通量Φ＝Φm sin2πT ·t ，而E m ＝BSω＝Φm ω＝Φm 2πT ，解得Φm ＝E m T 2π＝2T π，所以Φ＝2T π·sin 2πTt ，故选项D 错误． 8.如图所示，N ＝50匝的矩形线圈abcd ，ab 边长l 1＝20 cm ，ad 边长l 2＝25 cm ，放在磁感应强度B ＝0.4 T 的匀强磁场中，外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO ′轴以n ＝3 000 r/min 的转速匀速转动，线圈电阻r ＝1 Ω，外电路电阻R ＝9 Ω，t ＝0时线圈平面与磁感线平行，ab 边正转出纸外、cd 边转入纸里．求：(1)t ＝0时感应电流的方向； (2)感应电动势的瞬时值表达式；(3)线圈转一圈外力做的功；(4)从图示位置转过90°的过程中流过电阻R的电荷量．解析：(1)根据右手定则，线圈感应电流方向为adcba.(2)线圈的角速度ω＝2πn＝100π rad/s图示位置的感应电动势最大，其大小为E m＝NBl1l2ω代入数据得E m＝314 V感应电动势的瞬时值表达式e＝E m cosωt＝314cos100πt (V)．(3)电动势的有效值E＝E m 2线圈匀速转动的周期T＝2πω＝0.02 s线圈匀速转动一圈，外力做功大小等于电功的大小，即W＝I2(R＋r)T＝E2R＋r·T，代入数据得W≈98.6 J.(4)从t＝0起转过90°过程中，Δt内流过R的电荷量q＝NΔΦ(R＋r)ΔtΔt＝NBΔSR＋r＝NBl1l2R＋r代入数据得q＝0.1 C.答案：(1)感应电流方向沿adcba(2)e＝314cos100πt V(3)98.6 J(4)0.1 C交变电流瞬时表达式的书写问题1．确定正弦式交变电流的峰值，根据已知图象读出或由公式E m＝nBSω求出相应峰值．2．明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式．(1)若线圈从中性面位置开始转动，则it图象为正弦函数图象，函数式为i＝I m sinωt.(2)若线圈从垂直中性面位置开始转动，则it图象为余弦函数图象，函数式为i＝I m cosωt.9．图甲是交流发电机模型示意图．在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一矩形线圈abcd可绕线圈平面内垂直于磁感线的轴OO′转动，由线圈引出的导线ae和df分别与两个跟线圈一起绕OO′转动的金属圆环相连接，金属圆环又分别与两个固定的电刷保持滑动接触，这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电路电阻R形成闭合电路．图乙是线圈的主视图，导线ab 和cd分别用它们的横截面来表示．已知ab长度为L1，bc长度为L2，线圈以恒定角速度ω逆时针转动．(只考虑单匝线圈)(1)线圈平面处于中性面位置时开始计时，试推导t时刻整个线圈中的感应电动势e1的表达式；(2)线圈平面处于与中性面成φ0夹角位置时开始计时，如图丙所示，试写出t时刻整个线圈中的感应电动势e2的表达式；(3)若线圈电阻为r，求线圈每转动一周电阻R上产生的焦耳热．(其他电阻均不计)解析：(1)矩形线圈abcd 在磁场中转动时，只有ab 和cd 切割磁感线，且转动的半径为r ＝L 22，设ab 和cd 的转动速度为v ，则v ＝ω·L 22在t 时刻，导线ab 和cd 因切割磁感线而产生的感应电动势均为E 1＝BL 1v ⊥由图可知v ⊥＝v sin ωt则整个线圈的感应电动势为e 1＝2E 1＝BL 1L 2ωsin ωt .(2)当线圈由图丙位置开始运动时，在t 时刻整个线圈的感应电动势为e 2＝BL 1L 2ωsin(ωt ＋φ0)．(3)由闭合电路欧姆定律可知I ＝E R ＋r这里E 为线圈产生的电动势的有效值E ＝E m 2＝BL 1L 2ω2 则线圈转动一周在R 上产生的焦耳热为Q R ＝I 2RT其中T ＝2πω于是Q R ＝πRω⎝⎛⎭⎫BL 1L 2R ＋r 2. 答案：(1)e 1＝BL 1L 2ωsin ωt (2)e 2＝BL 1L 2ωsin(ωt ＋φ0)(3)πRω⎝⎛⎭⎫BL 1L 2R ＋r 2。
高中物理《交流电的产生和变化规律》说课
《交流电的产生和变化规律》说课一、教材分析《交流电的产生和变化规律》是选修3-2，第二章“交流电”的第一课，是前面学习的《电磁感应》知识的发展和综合运用，并且该知识与人们的生产、生活密切相关，是物理理论和规律应用于生产技术的典型例子，具有重要的现实意义。
二、学生分析1、学习者分析：本校高二学生思维较活跃，对新鲜事物有较强的好奇心，具有较强的求知欲。
抽象思维能力发展较好，具有一定的分析能力、归纳能力，对于运用物理规律解决实际问题有较浓厚的兴趣。
能够开展自主学习和合作学习，喜欢多媒体技术支持的学习环境，具有较好的自控能力。
但空间想象能力及物理语言的科学概括表述能力仍需进一步培养，再者有个别同学因学习压力大，对物理学科的认真态度及钻研精神有所下降。
2、学习任务分析：通过前阶段的学习，学生已掌握了运用右手定则判断感应电流方向及计算瞬时感应电动势的方法，并且有过借助数学工具寻找物理规律的经历。
但本堂课学习中需要运用速度的合成分解知识找到正确的有效切割速度，进而推导交流电的变化规律，这是学习任务的重点，也是教学的难点。
三、教学目标设计：1、知识与技能1）运用电磁感应知识分析交流发电机的实际模型，理解交流电的产生原理和过程。
2）综合运用电磁感应知识，并借助数学工具，推导并总结交流电的变化规律。
3）结合交流电产生过程的分析，正确理解中性面、交流电的瞬时值、最大值的含义。
2、过程与方法1）通过对交流发电机的实际模型观察，提高观察能力、空间想象能力，并领会立体图转化为平面图处理问题的方法。
2）通过对交流电变化规律的推导，逐步形成利用数学工具及物理规律解决实际问题的能力。
3、情感态度与价值观1）通过观看三峡水电站的发电录像，激发学生爱国主义热情，体会物理理论应用于实践所产生的价值。
2）通过对交流电变化规律的推导，逐步树立应用物理规律分析实际问题的信念。
四、教学重点和难点1、重点：交流电的产生原理和过程及交流电的变化规律2、难点：交流电的变化规律的推导五、教学设计：（一）设计理念这堂课根据二期课改提出的“自主、合作、探究”的学习方式，我准备运用“基于问题式学习”的学习模式。
交流电备课教案
交流电备课教案一、教学目标本课程旨在帮助学生理解交流电的概念、特点和应用，并学会绘制交流电的电路图。
二、教学重点1. 交流电的定义和特点；2. 交流电的电路图绘制。
三、教学难点交流电的电路图绘制。
四、教学准备1. 教学PPT；2. 相关实物装置和设备；3. 计算器、电池和电阻等。
五、教学过程1. 导入（5分钟）在课堂上，向学生介绍交流电的定义和应用，并与学生共同探讨交流电与直流电的区别。
2. 理论讲解（10分钟）a. 交流电的定义和特点：讲解交流电的定义，并着重强调交流电的模拟周期性变化以及正弦形状的特点。
b. 交流电的频率和周期：讲解交流电的频率和周期的概念，并介绍频率的单位“赫兹”。
3. 电流方向与振幅（10分钟）a. 交流电的电流方向：通过实物装置和示意图向学生展示交流电的电流方向的变化规律，引导学生进行观察和分析。
b. 振幅的概念：解释振幅代表了交流电的最大值，与电流大小和灯泡亮度等因素相关。
4. 交流电的电路图（20分钟）a. 交流电的电路图符号：向学生展示交流电的电路图符号，并与学生一起学习和理解各个元件的意义。
b. 绘制交流电的电路图：通过实践操作，引导学生根据给定的电路要求，正确绘制交流电的电路图。
5. 教学实践（30分钟）将学生分成小组或一对一进行实践操作，要求学生根据给定的电路要求，使用实物装置和设备，绘制交流电的电路图。
6. 实验分析（15分钟）让学生根据实验结果，分析交流电的特点，例如电流方向的变化、灯泡亮度的变化等。
7. 小结（5分钟）回顾本节课的内容，强调交流电的概念、特点和电路图的绘制方法，并鼓励学生在日常生活中应用所学知识。
六、教学反思通过本节课的实践操作，学生能够更直观地了解交流电的特点和电路图的绘制方法。
然而，在实践操作中，有些学生对于电路图的绘制仍存在困难，下节课需要加强对电路图绘制的指导和练习。
同时，可以考虑增加更多的实验案例，让学生在实际操作中更深入地理解交流电的应用。
交流电的产生和变化规律
abcda
abcda
v
a
d
v
0
dcbad
0
中性面: 垂直于磁场方向的平面.
中性面特点:
v
1) 磁通量最大, 磁通变化率最小, 电动 a
d
势最小,电流为零.
v 2) 线圈每经过中性面,电流方向改变一
次,线圈转动一周, 电流方向改变两次. 电
流
0
二. 交流电的图象和变化规律 1. 函数表达式
t = 0 时刻, 线圈位于中性面.
线圈转动的加速度为ω, 边长为L
ad边与bc边永不切割磁感线，只有ab 边与cd边切割磁感线，
θ
据右手定则或楞次定律，可知，两边ab与cd 切割的感应电动势是串联关系.
经过时间t 时: 令cd边切割磁感线产生的感应电动势为E0 则: E0 = BL cd Vd = BL cd ω (L ad /2) sin θ=
= BL cd ω (L ad /2) sin ω t
同理, ab边切割磁感线产生的感应电动势为
θ
E`0 = BL ab Va= BL ab ω (L ad /2) sin (π-θ) =
= BL ab ω (L ad /2) sin ω t
一匝线圈产生的感应电动势
E = E0+ E0` = BL cd ω (L ad /2) sin ω t + BL ab ω (L ad /2) sin ω t = BL cd L ab ω sin ω t = B S ω sin ω t
2. 分类
旋转电枢式交流发电机 旋转磁极式交流发电机
作业： 《互动课堂》P112 1-5
交流发电机的主要结构： 磁极 线圈
灯在闪烁
高中物理_交流电的产生教学设计学情分析教材分析课后反思
教学设计一、教学目标（一）知识与技能1．使学生理解交变电流的产生原理。
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）过程与方法1．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。
2．培养学生运用数学知识解决物理问题的能力。
（三）情感、态度与价值观通过实验观察，激发学习兴趣，培养良好的学习习惯，体会运用数学知识解决物理问题的重要性。
二、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。
三、教学难点：对交变电流产生原理的理解及应用。
解决办法：通过对矩形线圈在匀强磁场中匀速转动一周的实物演示，立体图结合侧视图的分析、特殊位置结合任一位置分析使学生了解交变电流的大小和方向是如何变化的．通过侧视图分析线圈运动方向与磁场方向之间关系，利用导体切割磁场线方法来处理，使问题容易理解．四、教学方法：讲授法、演示实验、小组讨论、多媒体展示五、教学用具：交流发电机模型、演示电流表、多媒体资源六、教学过程：课前：学生预习相关内容，制作线框备用一、创设情境，导入新课。
上节课我们研究了交流电的特点并用示波器观察了生活中所用正弦式交流电的波形，那么这种电流是怎样产生的，这就是这节课的学习内容。
二、展示目标１.认识并了解交流发电机２.知道交变电流的产生过程和两个特殊位置的特点３.能用图像描述正弦式交流电三、知识回顾教师：感应电流产生的条件？学生回答：（1）闭合电路（2）磁通量发生变化四、学习过程：教师提出问题：在匀强磁场有一闭合金属线圈，线圈怎样运动才能产生感应电流？学生设计：让矩形线圈在匀强磁场中匀速转动．教师提出问题：电流是怎样产生的？学生回答：闭合线圈在匀强磁场中转动时产生的磁通量发生变化。
学生爬黑板画出截面图，教师引导学生说出是哪条边在切割磁感线运动：线圈ab、cd在切割磁感线，而bc、da始终与磁感线方向平行，因而不产生感应电动势，只起导线作用。
交流电的产生和变化规律(教案)
《交流电的产生和变化规律》教案一、教材分析（一）教材的地位和作用本课题选自人民邮电出版社出版的中等职业学校机电类规划教材《电工基础》第五章第一节，本节内容既是前面《磁与电》知识的综合运用，又是交流电知识的基础，具有承前启后的作用。
另外它与人们的生产和生活密切相关，是物理理论和规律应用于生产技术的典型例子，具有重要的现实意义。
（二）教学目标1.知识目标a.知道交流电和正弦交流电b.通过实验和分析使学生把握交变电流的产生过程，掌握交变电流的变化规律2.技能目标a. 通过讨论培养学生独立分析、解决问题的能力b.通过多媒体技术演示交流电产生过程，培养学生的观察分析能力。
3.情感目标a.师生双方共同探讨，研究培养科学的探索观和认识论，培养学生辩证的思想和辨析能力。
b.通过多种方式的运用，激发学生的学习兴趣。
（三）重点、难点教学重点：掌握交流电的产生和变化规律教学难点：理解交流电的产生原理二、教法设计：1、观察归纳法：为了使学生对交流电有更直观、感性的认识，提高学习的效率，突出教学重点，突破教学难点，我充分利用赏心悦目的多媒体效果，牢牢抓住学生的好奇心，引导学生观察分析，归纳总结交流电的特点，产生过程。
2、问题情景法教师在导入、讲授新课时，注重创设一定的物理情景，以便于激发学生的学习兴趣，启发学生思考。
3、采用多种教学形式在教学中，教师采用视频播放、课件展示、演示实验及学生分组实验等教学方式，激发学生的兴趣，并利用多媒体辅助分析演示实验及学生分组实验使学生获得更多的感性认识。
三、学习者特征分析职业学校的学生学习基础较差，缺乏良好的学习习惯，但他们思维活跃，对新鲜事物有强烈的好奇心，喜欢多媒体技术支持的学习环境，具有一定的分析能力、归纳能力，能够开展自主学习和合作学习。
所以在学法上，指导学生以自我研究为主，鼓励学生动脑想，大胆猜，增强学生的参与意识.四、教学过程<一>、课前准备1.学生分组:按照学生成绩互补原则，同时考虑他们性格差异等问题，组成学习小组。
1. 交变电流的产生-教科版选修2-1教案
1. 交变电流的产生-教科版选修2-1教案一、知识概述在现实生活中，我们经常用到交变电流，比如说家庭用电，电影院的投影等等。
那么交变电流是怎么产生的呢？本次教学将会深入探讨交变电流的产生原理和相关知识。
二、教学目标1.掌握交变电流的产生原理；2.理解交变电流在电路中的基本特征；3.能够通过实验和图表进行交变电流的测量、等效替代和计算。
三、教学重点难点重点1.交变电流的产生原理；2.交变电路中电压与电流的变化规律。
难点1.交变电路中电压与电流的相位关系；2.综合运用交变信号频率、振幅、相位等参数进行计算和分析。
四、教学过程1. 引入老师可以问学生「你们平时用电时，是否能听到一些嗡嗡声或观察到明暗闪烁的现象？」，引起学生对交变电流的好奇心，进而介绍本节的内容。
2. 交流电基础概念讲解1.交流电：由于导体内自由电子的定向移动产生的电流，其方向随时间而改变。
2.频率：指电流在一秒钟内重复变化的次数，单位为赫兹(Hz)。
3.周期：指交流电所需的时间来完成一个完整的正向和反向流动，单位为秒(s)。
4.有效值：指与此时值相等的直流电所产生的平均功率相同的交流电的大小，又称为“均方根值”。
5.相位：交流电中正弦波的位移量，一般用角度表示，单位为°。
3. 交变电流的产生原理1.交流电磁感应：当磁通量的大小或方向发生变化时，通过导体上的导电自由电子就会产生感应电流。
2.电磁振荡：建立在LC振荡电路的基础上，具有以固定频率振荡的特点，是许多交流电源的基础。
4. 交变电路中电压与电流变化规律1.正弦波：是描述时间与电压之间的一种关系曲线，在整个周期中，电压的大小和方向都不断变化。
2.交流电的相位关系：电压和电流的相对位移，用于表示不同的交流电源中的总体功率输出，并对这种输出进行可靠的测量。
5. 交变电流的测量和计算1.万用表：学生可亲自动手操作，使用万用表对电流、电压、电阻等物理量进行测量。
2.RC电路的等效替代：分析电路时，学生可使用RC电路进行等效替代，简化计算难度。
电工电子基础正弦交流电路分析教案
项目二正弦交流电路分析任务1 正弦交流电路基本知识一、交流电的产生1、演示实验教师作演示实验，演示交流电的产生。
展示手摇发电机模型，介绍主要部件（对应学生设计的发电机原理图），进行演示。
第一次发电机接小灯泡。
当线框缓慢转动时，小灯泡不亮；当线框快转时，小灯泡亮了，却是一闪一闪的。
第二次发电机接电流表。
当线框缓慢转动时电流计指针摆动；仔细观察，可以发现：线框每转一周，电流计指针左右摆动一次。
表明电流的大小和方向都做周期性的变化，这种电流叫交流电。
2、分析——交流电的变化规律投影显示（或挂图）：矩形线圈在匀强磁场中匀速转动的四个过程。
(1)线圈平面垂直于磁感线（甲图），ab、cd边此时速度方向与磁感线平行，线圈中没有感应电动势，没有感应电流。
（教师强调指出：这时线圈平面所处的位置叫中性面。
中性面的特点：线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大，感应电动势最小为零，感应电流为零。
）(2) 当线圈平面逆时针转过90°时（乙图），即线圈平面与磁感线平行时，ab、cd边的线速度方向都跟磁感线垂直，即两边都垂直切割磁感线，这时感应电动势最大，线圈中的感应电流也最大。
(3) 再转过90°时（丙图），线圈又处于中性面位置，线圈中没有感应电动势。
(4) 当线圈再转过90°时，处于图（丁）位置，ab、cd边的瞬时速度方向，跟线圈经过图（乙）位置时的速度方向相反，产生的感应电动势方向也跟在（图乙）位置相反。
(5) 再转过90°线圈处于起始位置（戊图），与（甲）图位置相同，线圈中没有感应电动势。
分析小结：线圈abcd在外力作用下，在匀强磁场中以角速度ω匀速转动时，线圈的ab边和cd 边作切割磁感线运动，线圈产生感应电动势。
如果外电路是闭合的，闭合回路将产生感应电流。
ab和cd边的运动不切割磁感线时，不产生感应电流。
设在起始时刻，线圈平面与中性面的夹角为，t时刻线圈平面与中性面的夹角为。
分析得出，cd边运动速度v与磁感线方向的夹角也是，设cd边长度为L，磁场的磁感应强度为B，则由于cd边作切割磁感线运动所产生的感应电动势为同理，ab边产生的感应电动势为由于这两个感应电动势是串联的，所以整个线圈产生的感应电动势为（式5-1）式中，是感应电动势的最大值，又叫振幅。
高中物理-高二交变电流的产生和变化规律教案
高中物理-高二交变电流的产生和变化规律教案
一、教学目标
1. 了解交流电和直流电的区别。
2. 理解交变电流的产生和变化规律。
3. 掌握交变电流的特点与应用。
二、教学内容
1. 交变电流的定义及产生条件。
2. 交变电流的变化规律。
3. 交变电流的特点和应用。
三、教学过程
1. 引入
（1）通过生活实例引入：如家庭用电、交通信号灯等。
（2）讲解交流电和直流电的区别，引导学生思考。
2. 学习
（1）通过图示和实验，讲解交变电流的定义及产生条件。
（2）通过图示和实验，讲解交变电流的变化规律。
（3）讲解交变电流的特点和应用。
3. 拓展
（1）引导学生思考：为什么我们需要使用交变电？
（2）引导学生探究：交变电流在哪些领域得到广泛应用？
4. 总结
（1）让学生总结本节课的重点内容。
（2）布置课后作业。
四、教学方法
1. 讲解法：学习交变电流的定义、产生条件、变化规律等知识点，可以使用直接讲解的方法。
2. 实验法：通过实验演示，让学生观察交变电流的变化规律。
3. 案例分析法：通过实际案例分析，引导学生深入思考交变电流在现实生活中的应用。
五、教学工具
黑板、彩笔、投影仪、实验器材等。
六、教学评估
1. 在实验中是否理解了交变电流的变化规律和产生条件？
2. 能否正确区分交流电和直流电？
3. 能否理解交变电流的特点和应用？
4. 能否对交变电流在实际生活中的应用举出例子？。
交流电的产生及变化规律
交流电的产生、描述交流电的物理量学习目的：（1）了解交流电的产生原理（2）掌握正弦交流电的变化规律（3）理解瞬时值、最大值、有效值、周期、频率等概念一、几个概念1、交变电流：大小和方向随时间变化的电流叫交变电流，常见的交流电如下本章所涉及的将是最简单的交变电流，即正弦交流电—随时间按正弦规律变化的电流。
从微观上讲 i=nesv其中v为电荷的平均定向移动速率，可设想若v都随时间整齐地按正弦规律变化，即一起做简谐振动时，电路中将有正弦交变电流。
2、特点易于产生、输送、变压、整流，在生活中有广泛的应用，交流电路理论是电工和电子技术的理论基础。
∴交流电在电力工程、无线电技术和电磁测量中有极广泛的应用，在工程技术中所使用的交流电也是各式各样的。
它具有三大优点：变换容易、输送经济、控制方便，所以已经做为现代国民经济的主要动力。
在稳恒电流中，I—电流、U(ε)—电压（电动势），都是恒定值。
但在本章，i—电流、e—电动势、u—电压，都是瞬时值，因为它随时间而变，所以实际上是i(t)、e(t)、u(t)。
二、交流电的产生法拉第发现电磁感应定律的最重要的应用就是制成发电机1、发电机的组成磁极、线圈（电枢）旋转电枢：通过滑环、电刷通入外电路，一般产生的电压小于500V旋转磁极：比较常用，几千~几万V原理：利用线圈在磁场中绕某一固定轴转动，切割磁感线产生感应电动势，继而在闭合回路产生电流机械能→电能2、交流电的产生矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，角速度ω一定。
其中ab、cd边切割磁感线，且ab、cd始终与速度v垂直，从切割效果看总是两个电源串联，其俯视图为：第一象限：方向—abcda(磁通量Φ减少)大小：e=2NB vsinθ=2NB ω sinωt=NBωSsinωt第二象限：方向—abcda(磁通量Φ增加)大小：e=2NB vsinθ=2NB ω sin(π-ωt)=NBωSsinωt依次类推：可得其它象限的情况总之，e=NBωSsinωt=εm sinωt 与轴的位置无关①大小为NBωSsinωt②方向取决于角度ωt0<ωt<π e>0π<ωt<2π e<0线圈每经过中性面一次，电流方向改变一次；线圈旋转一周，电流方向改变两次③εm=NBωS为感应电动势的最大值④当线圈与中性面重合时，磁通量Φ最大，感应电动势最小，磁力矩最小当线圈与中性面垂直时，磁通量Φ最小，感应电动势最大，磁力矩最大三、交流电的变化规律1、几个表达式瞬时值 e i u最大值εm I m U m若外电阻为R，电动机内阻为r，则2、图象四、描述交流电的物理量在稳恒电流里用两个物理量（I、U）就能描述电路的情况，但在交流电路里，由于电流的大小、方向都在随时间做周期性的变化，所以要描述它们的物理量就要多一些。
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《交流电的产生和变化规律》教案
一、教材分析
（一）教材的地位和作用
本课题选自人民邮电出版社出版的中等职业学校机电类规划教材《电工基础》第五章第一节，本节内容既是前面《磁与电》知识的综合运用，又是交流电知识的
基础，具有承前启后的作用。
另外它与人们的生产和生活密切相关，是物理理论和
规律应用于生产技术的典型例子，具有重要的现实意义。
（二）教学目标
1.知识目标
a.知道交流电和正弦交流电
b.通过实验和分析使学生把握交变电流的产生过程，掌握交变电流的变化规律
2.技能目标
a. 通过讨论培养学生独立分析、解决问题的能力
b.通过多媒体技术演示交流电产生过程，培养学生的观察分析能力。
3.情感目标
a.师生双方共同探讨，研究培养科学的探索观和认识论，培养学生辩证的思想和辨析能力。
b.通过多种方式的运用，激发学生的学习兴趣。
（三）重点、难点
教学重点：掌握交流电的产生和变化规律
教学难点：理解交流电的产生原理
二、教法设计：
1、观察归纳法：为了使学生对交流电有更直观、感性的认识，提高学习的效率，突出教学重点，突破教学难点，我充分利用赏心悦目的多媒体效果，牢牢抓住学生的好奇心，引导学生观察分析，归纳总结交流电的特点，产生过程。
2、问题情景法
教师在导入、讲授新课时，注重创设一定的物理情景，以便于激发学生的学习兴趣，启发学生思考。
3、采用多种教学形式
在教学中，教师采用视频播放、课件展示、演示实验及学生分组实验等教学方式，激发学生的兴趣，并利用多媒体辅助分析演示实验及学生分组实验使学生获得更多的感性认识。
三、学习者特征分析
职业学校的学生学习基础较差，缺乏良好的学习习惯，但他们思维活跃，对新鲜事物有强烈的好奇心，喜欢多媒体技术支持的学习环境，具有一定的分析能力、归纳能力，能够开展自主学习和合作学习。
所以在学法上，指导学生以自我研究为主，鼓励学生动脑想，大胆
猜，增强学生的参与意识.
四、教学过程
<一>、课前准备
1.学生分组:按照学生成绩互补原则，同时考虑他们性格差异等问题，组成学习小组。
每小组4人,推选1名为组长。
2.分配工作任务：根据你能看到的参考书和网上资料，调查和搜集生活、生产中交流电的应用，各组将收集到得资料发到本班公共邮箱。
每组将本组资料做成PPT形式待用。
<二>、创设情景，导入新课：
在日常生活中，学生经常和交流电打交道，但是对交流电的认识还是有些模糊，因此，课下我要求各组搜集资料自主学习，在引入新课时，学生利用自己收集到资料，每组派一个代表展示各组的PPT作品，教师进行总结评价，对表现优秀的组进行表扬。
提出问题：既然交流电在我们的生活、生产中用得这么广泛，那交流电是如何产生的呢？这节课我们就来学习与此相关的内容-----交流电的产生和变化规律（板书课题）
<三>、实验演示，讲授新课
1.认识交流电
⑴.【播放视频】观察两种情况下小灯珠的发光情况：①用两节干电池给小灯珠供电②用手摇发电机连接小灯珠，摇动发电机
【问题】小灯珠的不闪烁与小灯珠的闪烁，说明了什么问题？
⑵【播放视频】观察两种情况下电表指针的摆动情况：①用电压表测干电池两极电压②用手摇发电机连接电压计，摇动发电机
【问题】电表指针的不摆动与电表指针的左右摆动，说明了什么问题？
⑶【播放视频】观察二极管的发光情况：手摇发电机连接两个发光二极管，摇动发电机
【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、思考和讨论后回答，教师可以适当提示和点拨。
2.【分组实验】用示波器观察直流电与正弦交流电的波形
学生通过比较两种波形的不同，运用直流电和数学知识可得到交流电的概念，这样认识已经上升到理性层面。
【板书】一、交流电
（1.）交流电：在电路中，大小和方向随时间作周期性变化的电压和电流，分别称为交变电流和交变电压，统称交流电。
学生举出交流电的应用（家庭电路中的电流、电压
（2.）交流电分为正弦交流电和非正弦交流电
正弦交流电：大小和方向随时间按正弦规律变化的电压和电流，又叫单相交流电
文字符号：AC
图形符号：～
非正弦交流电：大小和方向随时间不按正弦规律变化的电压和电流.
3.几种常见的交变电流
①正弦交流电
②矩形波
③三角波
4.交流电的产生及变化规律
每个小组发一个手摇发电机，观察认各部分结构
结构:形成磁场的磁极，矩形线圈、金属滑环、电刷
.（1）理论探究
A.图中，甲图所示时刻线圈中电流为多大？在线圈由甲转到乙的过程中，AB中电流向哪个方向流动？大小如何变化？到乙图所示时刻，线圈中电流大小有何特点？
B.在线圈由乙转到丙的过程中，AB中电流向哪个方向流动？大小如何变化？到丙图所示时刻，线圈中电流大小有何特点？
C.在线圈由丙转到丁的过程中，AB中电流向哪个方向流动？大小如何变化？到丁图所示时刻，线圈中电流大小有何特点？
D.在线圈由丁转到甲的过程中，AB中电流向哪个方向流动？大小如何变化？
(2)实验验证
多媒体模拟交变电流的产生的全过程
【板书】二、交流电的产生
矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动产生交流电.
（1）线圈在匀速转动过程中，通过线圈的磁通量会发生周期性的变化
（2）当线圈平面处于与匀强磁场垂直的位置时，通过线圈的磁通量最大-----该位置称为中性面，此时磁通量变化最慢，电路中的电流为0，电流在此时刻前与此时刻后的方向
不同。
（3）当线圈平面处于与匀强磁场平行的位置时，通过线圈的磁通量最大，此时磁通量变化最快，电路中的电流最大
根据交流电的产生过程得到它的变化规律
交流电的变化规律：
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
<四>、练习反馈，检验效果
1.练习：判断下列哪种波形图表示交流电
A B C D
发言同学必须充分陈述其观点形成的理由.，强调交流电的方向随时间作周期性变化。
图
A. D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．
2.交直流生活中都很常见，它们能相互转换吗？
交流电流经过电路处理后可以转变为直流，如学校里的学生电源、各种用电器所配有的电源适配器等均是将交变电流转换为直流电源的元件，在特定场合，直流电也可转换为交流电，生活中不是很常见。
交直流都是常见的电流存在形式，在不同场合各有千秋，并且能相互转换
<五>、课堂小结，巩固知识
1.交流电：在电路中，大小和方向随时间作周期性变化的电压和电流，分别称为交变电流
和交变电压，统称交流电。
正弦交流电：大小和方向随时间按正弦规律变化的电压和电流，又叫单相交流电
文字符号：AC
图形符号：～
非正弦交流电：大小和方向随时间不按正弦规律变化的电压和电流.
2．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．
<六>、布置作业，拓展视野。
1.水电站大型发电机组是如何产生交变电流的？
2.城市亮化或者每逢节日，同学们往往能看到许多霓虹灯发出鲜艳绚丽的灯光，将城市装扮得异彩纷呈，赏心悦目．交变电流通过霓虹灯，霓虹灯每个时刻都在发光吗？
3.为什么看不到电灯中交流电在变化？
学生通过自主探究以调查报告的形式交到本班公共邮箱。
附：教学评价表
教师签名: 年月日
附：板书设计
5.1交流电的产生和变化规律
一．交流电基本概念
交流电：在电路中，大小和方向随时间作周期性变化的电压和电流，分别称为交变电流和交变电压，统称交流电。
正弦交流电：大小和方向随时间按正弦规律变化的电压和电流，又叫单相交流电
文字符号：AC
图形符号：～
非正弦交流电：大小和方向随时间不按正弦规律变化的电压和电流.
二、交流电的变化规律：
1.矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动产生交流电。
2.变化规律:
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
流的方向改变两次大小变化规律-----按正弦规律变化。