教学设计案例：交变电流的产生

《交变电流是怎样产生的》教学设计方案

★新课标要求

（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．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。

（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

★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。

★教学方法

演示法、分析法、归纳法。

★教学工具

手摇发电机、小灯泡、示教用的大电流计、多媒体

★教学过程

（一）引入新课

师：出示单相交流发电机，引导学生首先观察它的主要构造。 多媒体演示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。

演示：手摇发电机模型，观察小灯泡。当线框快速转动时，观察到什么现象? 生：小灯泡亮起来了。

师：再将手摇发电机模型与示教电流表组成闭合电路，当线框缓慢转动（或快速摆动）时，观察到什么? 生：电流表指针左右摆动。

师：线圈里产生的电流有什么特点？

生：线圈里产生的电流大小和方向会变化。

师：这种大小和方向都随时间做周期性变化电流，叫做交变电流。我们生活中大都使用交变流电。交变电流有许多优点，今天我们学习交变电流的产生和变化规律。

［板书课题］交变电流

（二）进行新课

1、交变电流的产生

1 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？ 生：讨论热烈。

师：多媒体课件打出下图。当abcd线圈在磁场中绕OO′轴转动时，哪些边切割磁感线? 生：ab与cd。

师：当ab边向右、cd边向左运动时，线圈中感应电流的方向如何? 生：感应电流是沿着a→b→c→d→a方向流动的。

师：当ab边向左、cd边向右运动时，线圈中感应电流的方向如何? 生：感应电流是沿着d→c→b→a→d方向流动的。

师：正是这两种情况交替出现，在线圈中产生了交变电流。当线圈转到什么位置时，产生的感应电动势最大? 生：线圈平面与磁感线平行时，ab边与cd边线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：当线圈平面跟磁感线垂直时，ab边和cd边线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，屏幕上打出中性面概念：

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；

2．交变电流的变化规律

设线圈平面从中性面开始转动，角速度是ω。经过时间t，线圈转过的角度是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，这时ab边产生的感应电动势多大? 生：eab=BL1vsinωt = BL1·L21ωsinωt =BL1L2sinωt

22师：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同，又是串联在一起，此时整个线框中感应电动势多大? 生：e=eab+ecd=BL1L2ωsinωt

师：若线圈有N匝时，相当于N个完全相同的电源串联，e=NBL1L2ωsinωt，令Em=NBL1L2ω，叫做感应电动势的峰值，e叫做感应电动势的瞬时值。请同学们阅读教材，了解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=

Em，感应电流的瞬时值i=Imsinωt。 Rr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。

师：电动势、电流与电压的瞬时值与时间的关系可以用正弦曲线来表示，多媒体显示图像

（三）课堂总结、点评

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。

（四）实例探究

☆交变电流的图象、交变电流的产生过程

【例1】一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示。下面说法中正确的是 （

）

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变化率的绝对值最大

D．每当e转换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大

解析：t

1、t3时刻线圈中的感应电动势e=0，即为线圈经过中性面的时刻，

2 此时线圈的磁通量为最大，但磁通量的变化率却为零，所以选项A、C不正确。

t2时刻e=-Em，线圈平面转至与磁感线平行，此时通过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率却最大，故B也不正确。

每当e变换方向时，也就是线圈通过中性面的时刻，通过线圈的磁通量的绝对值为最大，故D正确。 答案：D。

点评：磁通量Φ、磁通量的变化

ΔΦ及磁通量的变化率必须注意区分。另外，由法拉第电磁感应定律可知E∝

1、课下阅读“拓展一步”

2、书面完成P55“作业”第

3、

4、5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。

Φ属于有关联但内涵完全不同的三个物理量，tΦ，E与Φ和ΔΦ没有直接的对应关系。 t 3

_学年高中物理第五章交变电流过关检测一

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