人教版 (2019)选择性必修 第二册交变电流教学设计

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第二册交变电流教学设计，共5页。教案主要包含了教学目标，教学重点，教学难点，教学方法，教学工具，教学过程等内容，欢迎下载使用。

一、教学目标
1、知识与技能
（1）、会观察电流（或电压）的波形图，理解交变电流、直流的概念。
（2）、分析线圈转动一周中电动势和电流方向的变化，能对交变电流的产生有比较清楚的了解，具有运用基本原理解决新情况下问题的能力。
（3）、知道交变电流的变化规律及表示方法，知道交变电流的峰值、瞬时值及中性面的物理意义。
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物理问题的能力。
3、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：
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。
三、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。
四、教学方法：
演示法、分析法、归纳法。
五、教学工具：
手摇发电机、小灯泡、示教用的大电流计、多媒体
六、教学过程：
（一）复习引入新课
演示1：按图1连接电路，当开关闭合时，观察小灯泡的发光情况。
师：电路中的电流方向从哪里流向哪里？电流方向是否随时间改变？
图1


师：电路中的电流大小是否随时间改变？
学生回忆恒定电流知识回答。
投影此电路的大致I-T图像：
图2
小结：（板书）大小和方向不随时间变化的电流叫做直流电,简称直流（DC）。
演示2：课本P31“做一做”
图3
实验现象说明了什么？
学生观察实验现象，回答出电路中的电流方向和大小在交替变化。引出课题------交变电流。
（板书课题）5.1交变电流
（二）讲授新课
（板书）1、交变电流
（板书）（1）交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流，简称交流(AC)。
图4
投影：课本P31“演示”比较学生电源交流档供给的电压（或电流）的随时间变化的波形。

只要电路中的电流、电压或电动势的大小和方向随时间变化就叫做交变电流。
师：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？
投影：多媒体演示交流发电机构造示意图。
教师出示演示交流发电机，引导学生（配合投影）观察它的主要构造。
定子：永久磁体（只画出两级）。
转子：线圈（只画出一匝）。
线圈的AB边连在金属滑环K上，CD边连在滑环L上；导体做的两个电刷E、F分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的链接。
工作原理：线圈做切割磁感线从而产生感应电动势。
师：用多媒体课件投影课本图5.1-3。当ABCD线圈在磁场中绕垂直磁场方向的OO′轴做逆时针转动时，哪些边切割磁感线产生感应电动势?
生：AB和CD
师：为了能更方便地说明问题，我们将立体图转化为平面图来分析。如何由立体图画出平面图？
图5
生：AB边垂直直面向内，只看到A端；CD边垂直直面向内，只看到D端。
师：在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？
生：根据楞次定律判定，B向A，整个线圈中的电流流向是DCBA。从E电刷流到外电路。
师：在线圈由丙转到丁的过程中，AB边电流向哪个方向流动？
生：根据楞次定律判定，A向B，整个线圈中的电流流向是ABCD。从F电刷流到外电路。
师：正因为这两种情况的交替出现，才在线圈中产生了交变电流。
师：当线圈转到什么位置时线圈中没有电流？磁通量和磁通量的变化率有什么特点？
生：甲和丙位置。磁通量最大；磁通量的变化率为零。
师：转到什么位置时线圈中的电流最大？磁通量和磁通量的变化率有什么特点？
生：乙和丁位置。磁通量为零；磁通量的变化率最大。
师：若以E流向L的电流为正，可否用描点作图法大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线？
生：在横坐标上标出线圈达到甲、乙、丙、丁四个位置对应的时刻，以及对应的值，用平滑曲线把各点连接起来。
师：当线圈转到什么位置时，产生的感应电动势最大?
生：根据法拉第电磁感应定律，当线圈平面与磁感线平行时（乙和丁），AB边与CD边的速度方向都跟磁感线方向垂直，即两边都垂直切割磁感线，此时产生感应电动势最大。
师：线圈转到什么位置时，产生的感应电动势最小?
生：根据法拉第电磁感应定律，当线圈平面跟磁感线垂直时（甲和丙），AB边和CD边的速度方向都跟磁感线平行，即不切割磁感线，此时感应电动势为零。
师：利用多媒体课件，投影出中性面概念：
(1)、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；
（2)、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；
（3）、通过以上分析过程得出：线圈每次经过中性面电流表指针偏转方向改变一次，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。
（板书）2、交变电流的变化规律
设线圈平面从中性面开始逆时针转动，角速度为ω，经过时间t，则线圈转过的角度θ为ωt，AB边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于ωt，如右图所示。设AB边长为L1，BC边长L2，磁感应强度为B。
图6
师：这时AB边产生的感应电动势多大?
生：根据法拉第电磁感应定律，eAB=BL1vsinωt = BL1·ωsinωt =BL1L2sinωt
师：由于CD边中产生的感应电动势跟AB边中产生的感应电动势大小相等，且又是串联在一起，那么整个线框中感应电动势多大?
生：由电动势的串联规律，e=eAB+eCD=BL1L2ωsinωt
师：以上分析的是一匝线圈，若线圈有n匝时，相当于n个完全相同的电源串联，这时整个线圈的感应电动势是多少？
生：由电动势的串联规律，e=nBL1L2ωsinωt
师：根据法拉第电磁感应定律，当v与B垂直时，产生的感应电动势最大，即：Em=nBL1L2ω，叫做感应电动势的峰值；则上式可改为e= Em sinωt，叫做感应电动势的瞬时值。请同学们阅读教材，讲一讲感应电流的峰值和瞬时值？
生：根据闭合电路欧姆定律，感应电流的最大值Im=，感应电流的瞬时值i=Imsinωt。
师：电路的某一段上电压的瞬时值与峰值等于什么?
生：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。
（板书）电动势、电流与电压的最大值和瞬时值的数学表达式为：
最大值 ：Em=nBL1L2ω （1） Im= （2） Um=ImR （3）
瞬时值：e= Em sinωt（4） i=Imsinωt （5） u=Umsinωt （6）
师：从以上的电动势、电流和电压的瞬时值数学表达式中看，电动势、电流和电压的瞬时值与时间成正弦规律变化。
图8
（用多媒体投影关系图像）
这种按正弦规律变化的交流电叫做正弦式交流电，简称正弦交流电。它是最简单、最基本的交流电，电力系统中多数用他。
在电子技术中也常遇到其它形式的交流电，如图：
图9
交流电的种类：
(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
师：请同学们阅读P33“科学漫步”：交流发电机。分清：转子和定子；旋转电枢式发电机和旋转磁极式发电机。
师：交、直流电在生活中常见到，它们能相互转换吗？
生：能。如实验室的学生电源、各种用电器所配有的电源适配器等，都是把交流电转变成直流电的原件。
（三）课堂小结
1、什么是交流电？
2．从中性面开始计时，感应电动势瞬时值为什么？感应电动势的最大值为什么？
3．中性面有什么特点？
（四）课堂练习
1、下列表示交变电流的有（ ）
2、交流发电机在t时刻产生的电动势为e=Emsinωt，下列
措施中定能使其增大为原来的两倍的方法有（ ）
A、只使匝数n增大两倍
B、只使磁感应强度B增大两倍
C、只使线圈面积S增大两倍
D、只使时间t增大两倍
E、只使角速度ω增大两倍
3、一矩形线圈,绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面的固定轴转动,线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示,正确的是（ ）
A.t1时刻通过线圈的磁通量为零
B.t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大
C.t3时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大
D.每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值最大