高中物理人教版选修3-2教案设计 5.1《交变电流》

交变电流诱学·导入·点拨材料：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。

今天无论是生产还是生活等各方面都离不开电。

我们日常生活中的用电器数不胜数，比如电灯、电话、电视机、空调、冰箱、洗衣机、电磁炉、微波炉等等这些家用电器所使用的都是交流电。

问题：由电池产生的电流，是大小和方向保持不变的直流电，我现实生活中所使用的交流电是如何从发电厂产生的呢？交流电和直流电还有哪些相同和不同的性质呢?导入点拨：由生活中所使用的交流电联系到发电厂是如何产生交变电流的，那么这种电流和必修中所学的稳恒电流有一定的区别和联系。

知识·巧学·升华一、交变电流1.直流电：方向不随时间做周期性变化的电流。

简称：直流符号：DC2.交变电流：大小和方向均随时间做周期性变化的电流。

简称：交流符号：AC3.正弦交流电：按正弦规律变化的交变电流叫正弦交变电流。

要点提示方向随时间做周期性变化是交流电的最主要特征，也是交变电流和直流电的根本区别。

交变电流的典型特征是电流方向变化，其大小可能不变，如矩形交变电流的方向变化但大小不变，是交变电流。

4.电流的分类：按大小和方向的变化规律，可将电流作如下的分类：恒定电流大小方向均恒定直流非恒定电流仅方向恒定正弦交变电流按正弦规律变化的交变电流交流非正弦交变电流不按正弦规律变化的交变电流方向随时间做周期性变化是交流电的最重要特征。

恒定电流仅仅是直流中的一种；同样，交变电流也并不都是正弦交变电流，正弦交变电流的特殊规律不能适用所有交流电。

二、交变电流的产生1.交变电流产生的实验探究如图甲所示，利用手摇式发电机模型探究交变电流的产生过程。

手摇式发电机和灯泡电流计连接构成闭合回路。

发电机的原理：线圈abcd处在磁场中，线圈的ab边和cd边连在金属滑环上；用导体做的两个电刷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连接，如图乙。

5.1、交变电流一．确定目标：1.知识与技能交流电的定义，产生的原理、图象和三角函数表述。

2.过程与方法电磁感应规律的应用及深化，数学能力的提升。

3.情感、态度与价值观进一步走向应用，走向实践。

二．基础自学：阅读课本，思考下列问题。

1、交变电流：方向随时间做周期性变化的电流为交变电流.正弦电流、锯齿波电流、方波电流都一定属于交变电流吗？回忆恒定电流，脉动直流。

2、交变电流的产生：矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动时产生正弦交变电流.若线圈绕平行于磁感线的轴转动，则不产生感应电动势.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，将经过两个特殊位置，其特点分别是：(1)中性面与匀强磁场磁感线垂直的平面叫中性面.线圈平面处于跟中性面重合的位置时；(a)线圈各边都不切割磁感线，即感应电流等于零；(b)磁感线垂直于该时刻的线圈平面，所以磁通量最大，磁通量的变化率为零.(c)交变电流的方向在中性面的两侧是相反的.(2)线圈平面处于跟中性面垂直的位置时，线圈平面平行于磁感线，磁通量为零，磁通量的变化率最大，感应电动势、感应电流均最大，电流方向不变.3、交变电流的变化规律：如图5－1－1所示为矩形线圈在匀强磁场中以ω匀速转动的四个过程：当以线圈通过中性面为计时起点时，交变电流的函数表达式：e=E m sin ωt，其中E m=2NBLv=NBωS；i=I m sinωt，其中I m=E m/R。

当以线圈通过中性面对为计时起点时，交变电流的函数表达式：e=E m sinωt，其中E m=2NBLv=NBωS；i=I m sinωt，其中I m=E m/R。

图5－1－2所示为以线圈通过中性面时为计时起点的交变电流的e－t和i-t图象：4、可以写以线圈通过中性面为计时起点时线圈磁通量随时间变化的函数式，思考φ的变化率随时间如何变化？5、正弦交变电流：随时间按正弦规律变化的交变电流叫做正弦交变电流．正弦交变电流的图象是正弦函数曲线．只有线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动时才能产生正(余)弦交变电流．四．合作探究、巩固检测:1、矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，在线圈平面经过中性面瞬间：（）A.线圈平面与磁感线平行B.通过线圈的磁通量最大；C.线圈中的感应电动势最大；D.线圈中感应电动势的方向突变。

教材分析新授课时，每节课注重本节知识的突破，而对交变电流整块知识的整体把握不强。

本节复习课就是要从整体上把握交变电流的产生描述以及输送和用户端的使用。

物理这一学科是与现实生活结合较紧密的一科。

本章更是如此，因此在教学过程中应尽量结合生产生活实际，把本章知识的复习和电能的产生、输送和利用结合起来，以现实生产生活为背景，以电能的产生、输送、使用为主线，让学生把枯燥的知识和生活的应用结合起来，形成观察思考生活中的物理原理的习惯。

教学方法讲解法教具多媒体课件教学活动本章知识网络一、交变电流的产生1、产生：闭合矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴线做匀角速转动时，闭合线圈中就有交流电产生.(从经过中性面开始计时)e=E m sinωt；Em=NBSωi=I m sinωt；u=U m sinωt.2.中性面：与磁场方向垂直的平面.特点：①线圈通过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零，感应电动势为零；②线圈平面每次转过中性面时，线圈中感应电流方向改变一次，线圈转动一周两次通过中性面，故一周里线圈中电流方向改变两次 .3.交变电流的图象变化规律：(t＝0时，线圈在中性面位置)如下表．二、描述正弦交流电的几个物理量（周期，频率，峰值，有效值，平均值）1、交流电的周期和频率：转动，角速度为ω，求线圈从图示位置转过180度时间内交变电压的平均值。

若线圈总电阻为R，通过线圈的电荷量是多少？三、感抗和容抗1.感抗表示电感对交变电流的阻碍作用。

特点：“通直流，阻交流”、“通低频，阻高频”2．容抗表示电容对交变电流的阻碍作用。

特点：“通交流，隔直流”、“通高频，阻低频”例：如图所示，当交流电源的电压（有效值）U＝220V、频率f＝50Hz时，三只灯A、B、C的亮度相同（L无直流电阻）。

（1）将交流电源的频率变为f＝100Hz，则（）（2）将电源改为U＝220V的直流电源，则（）A．A灯比原来亮； B．B灯比原来亮C．C灯和原来一样亮; D．C灯比原来亮四、变压器原理和远距离输电1. 变压器原理（1）变压器的构造: 变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的．一个线圈跟电源连接，叫原线圈（也叫初级线圈）；另一个线圈跟负载连接，叫副线圈（也叫次级线圈）．两个线圈都是用绝缘导线绕制成的，铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成．（2）.变压器的变压比:U1／U2 =n 1／n2U1／n1 = U2／n2= U3／n3=…=k理想变压器原副线圈的端电压跟匝数成正比.当n2＞n1时，U2＞U1，变压器使电压升高，这种变压器叫做升压变压器．当n2＜n1时，U2＜U1，变压器使电压降低，这种变压器叫做降压变压器．思考题：理想变压器原、副线圈的匝数比为1∶10，当原线圈接在6V的蓄电池两端以后，则副线圈的输出电压为 【 】A ．60VB ．V 260C ．V 2/60D ．以上答案都不对 （3）. 变压器的变流比:理想变压器的输入的电功率I 1U 1等于输出的电功率I 2U 2， 即 I 1U 1=I 2U 2．由U 1 ／U 2= n 1／n 2 ∴ I1／ I2 = n2／n1可见，变压器工作时，原线圈和副线圈中的电流跟它们的匝数成反比． 注意:上式只对仅有一个副线圈时适用.若有两个及以上副线圈时,必须由输入的电功率 等于输出的电功率计算.变压器的高压线圈匝数多而通过的电流小，可用较细的导线绕制. 低压线圈匝数少而通过的电流大，应用较粗的导线绕制. 典例1：图（甲）、（乙）两电路中，当a 、b 两端与e 、f 两端分别加上220V 的交流电压时，测得c 、d 间与g 、h 间的电压均为110V 。

高考资源网5．1 交变电流教学目标〔一〕知识与技能1．使学生理解交变电流的产生原理，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。

〔二〕过程与方法1．掌握描述物理量的三种根本方法〔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、难点交变电流产生的物理过程的分析。

难点:交变电流的变化规律及应用。

教学方法演示法、分析法、归纳法。

教具手摇单相发电机、小灯泡、示波器、多媒体教学课件、示教用大的电流表课型新授课课时方案1课时教学过程〔一〕引入新课出示单相交流发电机，引导学生首先观察它的主要构造。

演示：将手摇发电机模型与小灯泡组成闭合电路。

当线框快速转动时，观察到什么现象〔二〕进行新课1、交变电流的产生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多媒体课件打出以下图。

当abcd 线圈在磁场中绕OO ′轴转动时，哪些边切割磁感线 ab 与cd 。

当ab 边向右、cd 边向左运动时，线圈中感应电流的方向 沿着a →b →c →d →a 方向流动的。

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

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。

线圈转到什么位置时，产生的感应电动势最小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。

利用多媒体课件，屏幕上打出中性面概念：〔1〕中性面——线框平面与磁感线垂直的位置。

〔2〕线圈处于中性面位置时，穿过线圈Φ最大，但t ΔΔ =0。

教学课题：交变电流一．教学目标【知识和技能】1. 理解交变电流的周期、频率含义，掌握它们相互间关系，知道我国生产和生活用电的周期（频率）的大小．2、理解交变电流的最大值和有效值的意义，知道它们之间的关系，会应用正弦式交变电流有效值公式进行有关计算．3、能利用有效值定义计算某些交变电流的有效值【过程和方法】1、培养学生阅读、理解及自学能力．2、培养学生将知识进行类比、迁移的能力．3、使学生理解如何建立新的物理概念而培养学生处理解决新问题能力．4、培养学生应用数学工具处理解决物理问题的能力．5、训练学生由特殊到一般的归纳、演绎思维能力．6、培养学生的实际动手操作能力．【情感、态度、价值观】1、由用电器铭牌，可介绍我国近几年的经济腾飞，激发学生爱国精神和为建设祖国发奋学习的精神．2、让学生体会对称美．二．教学重点、难点重点：交流电的有效值、最大值、频率、周期的理解难点： 1、交变电流有效值概念既是重点又是难点，通过计算特殊形式的交变电流的有效值来体会和掌握它的定义。

2、交变电流瞬时值确定使学生感到困难，通过例题分析使学生学会借助数学工具处理解决物理问题的能力。

三．教学仪器投影仪、交流发电机模型、演示电流表四．教学方法启发式综合教学法五．教学过程引入一、知识回顾（一）、交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流．如图所示（b）、（c）、（e）所示电流都属于交流，其中按正弦规律变化的交流叫正弦交流．如图（b）所示．而（a）、(d)为直流，其中（a）为恒定电流．（二）、正弦交流的产生及变化规律．1、产生：当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生的交流是随时间按正弦规律变化的．即正弦交流．2、中性面：匀速旋转的线圈，位于跟磁感线垂直的平面叫做中性面．这一位置穿过线圈的磁通量最大，但各边都未切割磁感线，或者说这时线圈的磁通量变化率为零，线圈中无感应电动势．3、规律：（1）函数表达式： 匝面积为 的线圈以角速度 转动，从中性面开始计时，则 ．用 表示峰值 ,则 在纯电阻电路中， 电流：t Sin I i m ω=． 电压：t Sin m ωεε= ．（2）图象表示：新课1、表征交变电流大小物理量①瞬时值：对应某一时刻的交流的值，用小写e 、i 字母表示.②峰值：即最大的瞬时值用大写E m 、I m 字母表示．注意：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线方向的轴匀速转动时，所产生感应电动势的峰值为 ωεnBS m =，即仅由匝数 ，线圈面积 ，磁感强度 和角速度 四个量决定．与轴的具体位置，线圈的形状及线圈是否闭合都是无关的． ③有效值：ⅰ、意义：描述交流电做功或热效应的物理量ⅱ、定义：跟交流热效应相等的恒定电流的值叫做交流的有效值． ⅲ、正弦交流的有效值与峰值之间的关系是 ； .注意：正弦交流的有效值和峰值之间具有 ； 的关系，非正弦（或余弦）交流无此关系，但可按有效值的定义进行推导，如对于正负半周最大值相等的方波电流，其热效应和与其最大值相等的恒定电流是相同的，因而其有效值即等于其最大值．即 ．ⅳ、交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值；交流电流表和交流电压表的读数是有效值．对于交流电若没有特殊说明的均指有效值．ⅴ、在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值． ④峰值、有效值、平均值在应用上的区别．峰值是交流变化中的某一瞬时值，对纯电阻电路来说，没有什么应用意义．若对含电容电路，在判断电容器是否会被击穿时，则需考虑交流的峰值是否超过电容器的耐压值． 交流的有效值是按热效应来定义的，对于一个确定的交流来说，其有效值是一定的．而平均值是由公式 确定的，其值大小由某段时间磁通量的变化量来决定，在不同的时间段里是不相同的．如对正弦交流，其正半周或负半周的平均电动势大小为：ωπBS E 2=，而一周期内的平均电动势却为零．在计算交流通过电阻产生的热功率时，只能用有效值，而不能用平均值．在计算通过导体的电量时，只能用平均值，而不能用有效值．在实际应用中，交流电器铭牌上标明的额定电压或额定电流都是指有效值，交流电流表和交流电压表指示的电流、电压也是有效值，解题中，若题示不加特别说明，提到的电流、电压、电动势都是指有效值．２、表征交变电流变化快慢的物理量①周期 ：电流完成一次周期性变化所用的时间．单位：s. ②频率 ：一秒内完成周期性变化的次数．单位：ＨZ .③角频率 ：就是线圈在匀强磁场中转动的角速度．单位：rad/s.④、角速度、频率和周期的关系：fT 12==ωπ3.交流电的有效值计算21Q Q =例题与练习【例1】 一交流电路中的电流变化规律为i=Imsin ωt ．已知在【分析】 电流表的示数表示的是电流的有效值．即即电流表示数为10A ．【例2】 一交变电流电压表达式为u=20sin314tV ，则这个交流电压的峰值Um=____，有效值U=____，周期T=____，频率____．画出它的图象． 【分析】 把已知的交流电压和标准式相对照即得． 【解】 已知电压u=20sin314t ，这个交流电压的u-t 图像如图所示．【例3】如图表示一交变电流的电流随时间而变化的图像．此交流电流的有效值是【】【分析】使此交变电流通过电阻R，在一个周期内产生的热量为设另一直流电I，通过同样的电阻在同样时间（T=0.18s）内产生的热量则为:根据有效值的定义，由Q直=Q交，即这个直流电流强度，就称为此交变电流的有效值．答B．【例4】在两个阻值相同的电阻上分别通以如图所示的正弦交变电流和方形波电流，它们的峰值和周期都相同，则两电阻在相同时间内产生的热量之比为【】A．1∶1 B．1∶2 C．2∶1 D．2∶3【分析】正弦交变电流的有效值为它流经电阻R在时间t内产生的热量为方形波电流经过电阻R在时间t内产生的热量为【答】 B．【说明】计算热量时必须用有效值．【例5】把U0=10V的直流电压加在阻值为R的电阻上，其发热功率交流的峰值为【】【分析】设这个交流的有效值为U，由题意知【答】 A．【说明】（1）计算热功率（或热量）必须用有效值；（2）不能认为两者发热功率相同，即得出交流的有效值为10V．必须注意这里的两个电阻阻值不同，因此需从定义式（热量相等或热功率相等）得出．小结作业六．教学反思：。

教学设计1交变电流本节分析交变电流是生活和生产中最常见的电流，交变电流的产生和变化规律是本章知识的重点，是变压器和远距离输电的基础，又是上一章电磁感应和楞次定律的延续和发展，具有承上启下的作用．本节内容的特点之一：通过演示实验和探究实验，使学生参与到探究物理规律的过程，体验学物理的乐趣；本节内容的特点之二：演示实验多，再加上学生的探究实验，故容量大，时间紧，需仔细安排，做到时间分配合理，条理清晰，重点突出．学情分析学生对“直流电”这一部分知识有一定的基础，但是对“交变电流”的认识仅局限于生活中的常见电器．学生已经学习了电磁感应，理解了导体切割磁感线会产生电动势．在此基础上学习交变电流，亦符合学生的认知规律．但“交变电流”是新的概念，鉴于学生的接受能力不同，讲解时还需详细，加强引导．应该采用多媒体教学的手段，以便更直观、更立体地让学生接受．Ｋ教学目标●知识与技能(1)使学生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峰值及中性面的准确含义．●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)培养学生的观察能力、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物理问题的能力．●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．教学重难点1．交变电流产生的物理过程分析．2．交变电流的变化规律及应用．教学准备手摇发电机、小灯泡、示教电流表、电压传感器(或电流传感器)、学生电源、多媒体课件等．教学设计（一）●（设计者：曲开菊第七届全国中小学互动课堂教学实践观摩活动一等奖）教学过程设计(或电流)的波形是什么形状？表示电压电压(或电流)的波形与余弦函数图象的形状相同，图甲：磁场方向与线圈平面垂直，通过线圈的磁通量最大．圈的各边都不切割磁感线，线圈中无感应电流．(图1)图乙：磁场的方向与线圈平面平行，通过线圈的磁通量为零，两条边垂直切割磁感线，线圈中的感应电流最大，电流方向如图图1 图2图丙：磁场方向与线圈平面垂直，通过线圈的磁通量最大．圈的各边都不切割磁感线，线圈中无感应电流．(图3)图丁：磁场的方向与线圈平面平行，通过线圈的磁通量为零，图3 图4【小组讨论】感应电流在什么位置改变方向？线圈转动一周，改变几次方向？AD＝BC＝d，则线圈的面积的线速度v与B的夹角为【归纳总结】1.按正弦规律变化的交变电流叫做正弦式交变电流，简称正弦式.2.正弦式交变电流的变化规律：e＝E max sin ωt，u＝U max sinsin ωt.其中，E max、U max、I max为峰值，e、u、i为瞬时值.max【反馈练习】发电机产生的按正弦规律变化的电动势最大值为E max＝311 V板书设计1交变电流一、交变电流1.交变电流：方向随时间周期性变化的电流叫做交变电流2.直流：方向不随时间变化的电流叫做直流3.恒定电流：大小和方向都不随时间变化的电流4.交变电流经过电子电路的处理，也能变成直流二、交变电流的产生1.线圈在与中性面垂直的位置(B∥S)，感应电流最大2.线圈在中性面位置(B⊥S)，感应电流为零，方向发生变化3.线圈转动一周，感应电流方向改变两次三、交变电流的变化规律1.按正弦规律变化的交变电流叫做正弦式交变电流2.e＝E max sin ωt，u＝U max sin ωt，i＝I max sin ωt.其中，E max、U max、I max为峰值，e、u、i 为瞬时值教学反思1．本节课首先利用演示实验，引导学生区分交流与直流的不同之处，即交变电流的特殊之处．对于交变电流的产生，采取由感性到理性，由定性到定量，逐步深入的方法．为了便于学生理解和掌握，让学生通过观察发电机的示意图，画出线圈通过四个特殊位置时的正视图，分析感应电动势和感应电流方向的变化，使学生熟练掌握线圈转动一周感应电动势和感应电流的变化．2．本节内容出现了许多新名词，如交变电流、正弦式电流、中性面、瞬时值、峰值(以及下一节的有效值)等等．通过公式推导过程、交变电流的图象的描绘等，让学生明白这些名词的准确含义，特别是对中性面的理解．教学设计（二）●（设计者：韩丽娜山东省创新大赛一等奖）教学过程设计一、引入新课【演示实验】把两个发光颜色不同的发光二极管并联，注意使两者正负极的方向不同，然后连接到教学用发电机的两端．转动手柄，两个磁极之间的线圈转动．观察发光二极管的发光情况．提出问题：实验现象说明了什么？思路点拨：观察到的实验现象是两个发光二极管交替发光．手摇发电机的手柄带动发电机的线圈转动，线圈在磁场中的磁通量变化情况不同，产生的感应电流的大小、方向发生变化，由于发光二极管并联在一起，但是正负极的方向不同，导致它们不会同时发光．我们把这种方向随时间做周期性变化的电流称为交变电流，简称交流．现代生产和生活中大都使用交变电流．今天我们学习交变电流的产生和变化规律．二、新课教学(一)交变电流【自主学习】引导学生阅读课本P31“交变电流”的内容，学习交变电流的相关知识．1．交变电流：方向随时间周期性变化的电流叫做交变电流．2．直流：方向不随时间变化的电流．3．恒定电流：大小和方向都不随时间变化的电流．4．交变电流经过电子电路的处理，也能变成直流．【演示实验】用示波器演示直流和交变电流随时间变化的图象．【反馈练习】在如图所示的几种电流随时间变化的图象中，属于直流电的是________，属于交变电流的是__________．答案：1、23、4、5、6(二)交变电流的产生【课件展示】利用多媒体课件展示交流发电机的示意图，并设置以下问题．(1)在线圈转动过程中，哪些边会产生感应电动势？(2)线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？(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的电流最大？(4)大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线，从E流向F的电流记为正，反之为负．在横坐标上标出线圈到达甲、乙、丙、丁几个位置时对应的时刻．答案点拨：(1)在线圈转动过程中，AB和CD边切割磁感线，产生感应电动势．(2)线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流由B向A流动；线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流由A向B流动．(3)当线圈转到与磁场的方向垂直的位置时，线圈中没有电流；当线圈转到与磁场的方向平行时，线圈中的电流最大．(4)【归纳总结】1．中性面：线框平面与磁感线垂直的位置．2．线圈处于中性面位置时，穿过线圈的磁通量最大，但感应电流为零．3．线圈经过中性面时，线圈中的电流方向改变，线圈转一周，感应电流方向改变两次．【反馈练习】矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，下列说法中正确的是() A．在中性面时，通过线圈的磁通量最大B．在中性面时，感应电动势为零C．穿过线圈的磁通量为零时，感应电动势也为零D．线圈每通过中性面一次，电流方向改变一次答案：ABD(三)交变电流的变化规律【课件展示】如图所示，矩形线圈ABCD在匀强磁场中，AB边的长度为l，BC边的长度为d，线圈的阻值为R，以AB边所在的直线为轴，以一定的角速度ω从该位置开始匀速转动．问题：(1)CD边的线速度多大？(2)如图所示，经过时间t，CD边的线速度与磁感线的夹角θ＝ωt，线圈中的感应电流的大小和方向如何？(3)如图所示，经过时间t，CD边的线速度与磁感线的夹角为θ＝ωt－π，线圈中的感应电流的大小和方向如何？答案点拨：(1)当线圈ABCD 以AB 边所在的直线为轴匀速转动时，CD 边的线速度v ＝ωd .(2)此时的感应电动势E ＝Bl v sin θ＝Blωd sin ωt ，线圈中的感应电流I ＝E R ＝Bldωsin ωt R，感应电流方向为由D 到C .(3)此时的感应电动势E ＝Bl v sin θ＝－Blωd sin ωt ，线圈中的感应电流I ＝E R＝－Bldωsin ωt R，感应电流方向为由C 到D . 公式推导：线圈在与中性面垂直的位置感应电动势最大E max ＝BSω.所以，线圈的感应电动势e ＝E max sin ωt .线圈中的电流为i ＝e R ＝E max Rsin ωt ＝I max sin ωt .CD 边切割磁感线为等效电源，CD 两端的电压u ＝U max sin ωt .【课件展示】利用多媒体展示几种常见的交变电流的波形．【归纳总结】1．按正弦规律变化的交变电流叫做正弦式交变电流，简称正弦式电流．2．正弦式交变电流的变化规律：e ＝E max sin ωt ，u ＝U max sin ωt ，i ＝I max sin ωt .其中，E max 、U max 、I max 为峰值，e 、u 、i 为瞬时值．【反馈练习】如图所示，ab 边长为20 cm ，ad 边长为10 cm 的矩形线圈，匝数N ＝10，磁场的磁感应强度B ＝0.2 T ，线圈转速n ＝100 r/s.求：(1)该线圈产生的感应电动势的最大值；(2)若从中性面计时，则经过1600s时线圈电动势的瞬时值．答案：(1)8π(2)43π三、课堂小结引导学生自主总结本节课的收获，然后小组内交流、补充．四、布置作业问题与练习：3、4、5.板书设计1交变电流一、交变电流1.交变电流：方向随时间周期性变化的电流叫做交变电流2.直流：方向不随时间变化的电流3.恒定电流：大小和方向都不随时间变化的电流4.交变电流经过电子电路的处理，也能变成直流二、交变电流的产生1.中性面：线框平面与磁感线垂直的位置2.线圈处于中性面位置时，穿过线圈的磁通量最大，但感应电流为零3.线圈经过中性面时，线圈中的电流方向改变，线圈转一周，感应电流方向改变两次三、交变电流的变化规律1.按正弦规律变化的交变电流叫做正弦式交变电流，简称正弦式电流2.正弦式交变电流的变化规律：e＝E max sin ωt，u＝U max sin ωt，i＝I max sin ωt.其中，E max、U max、I max为峰值，e、u、i为瞬时值教学反思1．本节课借助演示实验引入交流、直流的概念，通过电压传感器(或电流传感器)展现两种电流变化的不同情况，通过图象对比，先了解什么是交变电流，然后再学习交变电流是怎样产生的，有利于学生在感性认识的基础上再做理性分析，达到了降低教学难度的效果．2．对于交变电流的产生和变化规律，本节课采取由感性认识到理性认识，由定性到定量，逐步深入的讲述方法．为了便于学生理解和掌握，利用了模型和多媒体动画配合讲解．通过有梯度的问题链的方式引导学生分析线圈转动过程中电动势的变化，逐步深入，降低了学习难度．3．本节课学生通过对物理规律的定性、定量的推导，体验了探究发现的乐趣，提高了探究物理规律的能力，体会到了运用数学知识解决物理问题的重要性．备课资料●交变电流与直流电“大战”19世纪末，在爱迪生的推动下，直流电已经有了相当广泛的应用．不过在实际应用中，直流电存在着很大缺点：不仅需要大量的铜线，而且不能远距离输电，每平方英里，就需要一个单独的发电机供电，很不经济．出生于克罗地亚的发明家特斯拉考虑采用交变电流来代替直流电．交变电流系统使用高电压、小电流供电，然后利用变压器调节电流、电压，来适应用户需要．它的突出优点是可以用细导线实现远距离送电．但是，这种既经济又科学的方案一提出，立即遭到爱迪生的强烈反对．出于竞争的需要，爱迪生声称采用交变电流比直流电危险得多．为了证明交变电流的安全性，特斯拉特地制作了一个“特斯拉线圈”，它是由一个感应线圈、两个大电容器和一个初级线圈仅几圈的互感器组成的，这种装置可以产生频率很高的高压电．不过这种高压电的电流极小，对人体不会产生显著的生理效应．特斯拉在一次记者招待会上，让交变电流从“特斯拉线圈”通过自己的身体，点亮了电灯，甚至还熔化了电线．在场的记者个个目瞪口呆，取得了极大的宣传效果．特斯拉的胜利，加速了交变电流的推广应用．特斯拉与爱迪生之间的矛盾是如此之深，以致当他知道自己将与爱迪生一起分享1912年的诺贝尔物理学奖时，他表示不接受授奖．最后，这一年度的诺贝尔物理学奖便转发给了瑞典物理学家达伦．。

5.1交变电流一、任务分析1．教材分析：交流电是生产生活常用的电流，交流电是电磁感应的延伸和提高，而正弦式电流又是最简单和最基本的。

正弦式电流产生的原理是基于电磁感应的基本规律，所以本章是前一章的延续和发展，是电磁感应理论的具体应用。

另一方面，本节知识是全章的理论基础，由于交变电流与直流不同，因此它对各种元件的作用也不同。

正因为交变电流的特殊性，才有了变压器及其及广泛的应用。

所以，本节内容有承上启下的作用，教学重点是要运用电磁感应的基本知识，配合相应的演示实验，分析交变电流的产生过程，认识交变电流的特点及其规律。

2．学情分析：学生学完了电磁感应知识，对恒定电流有一定的认识，掌握了求解动生电动势的方法和作图中降维作图的能力。

但对交变电流不够了解和认识，使学生对交流电产生的物理图景的存在障碍。

利用示波器实验、交流发电机、计算机模拟，尽可能使学生形象、直观地掌握交流电.二、三维目标1．知道和技能（1）掌握交流电的概念、掌握交变电流的产生过程即变化规律。

（2）知道交流电的数学表达式（3）认识交流电的图像并会简单应用。

2．过程和方法（1）提高实验观察、操作能力和正确分析实验现象的能力。

（2）熟悉练习模拟课堂教学中运用现代信息技术的能力。

3．情感、态度和价值观培养合作、探究与分享科学规律的习惯。

培养学生数理结合的能力爱好。

三、重难点分析教学重点：波的叠加现象和波的干涉现象。

教学难点：对干涉现象的理解。

四、教学设计思路和教学流程1．教学设计思想“交变电流”是高中物理选修3-2第五章第一节教学内容，是学习的重点和难点。

本节课贯彻“问题化教学策略”的教学理念，以解决“交流电的产生过程”为核心，使整个教学过程能按照现象→问题→探索→规律→解释现象这样的程序进行。

本节课以“交流电的产生过程”这一演示实验贯穿始终。

用传感器实验引入，通过传感器展示恒定电流与交变电流变化的不同，从而形成良好的学习动机；激发学生探究的欲望。

高中物理 5.1 交变电流教案新人教版选修3-2●本章概述本章讲述交变电流知识，是前面学过的电和磁的知识的发展和应用，并且与生产和生活有密切关系.本章重点内容是：交变电流的产生原理和变化规律，交变电流的性质和特点，变压器的工作原理，交变电流的传输及应用.这些知识点是高考命题率较高的知识点.与直流电相比，交变电流有许多优点，交变电流可以利用升压变压器升高或降低电压，便于远距离输送，可以驱动结构简单运行可靠的感应电动机。

为了有利学生学习交流电的特点，更好的区分交流与直流，本章还介绍了电感和电容在交变电流中的作用，使学生了解感抗与容抗的有关知识.本章可分为三个单元：第一单元：第一节和第二节，讲交变电流的产生和描述.第二单元：第三节，讲电感和电容对交变电流的作用.第三单元：第四节和第五节，讲变压器和电能的输送.第一节交变电流●本节教材分析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17—2所示线圈通过五个特殊位置时，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.用图表表示交流电的变化规律是一种重要的方法,这种方法直观、形象,学生容易接受.这样做也是为后面用图象表示三相交流电准备条件,在电磁波的教学中还要用到图象的方法.在介绍了交流电的周期和频率后,可通过练习巩固学生对交流电图象的认识.在本节学生第一次接触到许多新名词,如:交流电、正弦交流电、中性面、瞬时值、最大值等.要让学生搞清楚这些名词的准确含义.要使学生了解交流电有许多种,正弦交流电是其中简单的一种,在本章教材中常把正弦交流电简称交流电.要使学生明确中性面是指与磁场方向垂直的平面.中性面的特点是:线圈位于中性面时,电动势为零;线圈通过中性面时,电动势的方向要改变.要向学生指出,一般科技书中都用小写字母表示瞬时值,用大写字母并加脚标，m表示最大值.●教学目标一、知识目标1.使学生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.二、技能目标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物理问题的能力.三、情感态度目标培养学生理论联系实际的思想.●教学重点交变电流产生的物理过程的分析.●教学难点交变电流的变化规律及应用.●教学方法演示法、分析法、归纳法.●教学用具手摇单相发电机、小灯泡、示波器、多媒体教学课件、示教用大的电流表.●课时安排1课时●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.［演示］将手摇发电机模型与小灯泡组成闭合电路.当线框快速转动时，观察到什么现象?［生］小灯泡一闪一闪的.［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］线圈里产生的是什么样的电流？请同学们阅读教材后回答.［生］转动的线圈里产生了大小和方向都随时间做周期性变化的交变电流.［师］现代生产和生活中大都使用交流电.交流电有许多优点，今天我们学习交流电的产生和变化规律.二、新课教学1.交变电流的产生［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］对这个问题有浓厚的兴趣,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:(1)中性面——线框平面与磁感线垂直位置.(2)线圈处于中性面位置时,穿过线圈Φ最大,但tΔΔφ=0. (3)线圈越过中性面,线圈中I 感方向要改变.线圈转一周,感应电流方向改变两次.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L 1,bc 边长L 2,磁感应强度为B ,这时ab 边产生的感应电动势多大?［生］e ab =BL 1vsin ωt =BL 1·22L ωsin ωt =21BL 1L 2sin ωt ［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 =e ab +e cd =BL 1L 2ωsin ωt［师］若线圈有N 匝时,相当于N 个完全相同的电源串联,e =NBL 1L 2ωsin ωt,令E m =NBL 1L 2ω,叫做感应电动势的最大值,e 叫做感应电动势的瞬时值.请同学们阅读教材,了解感应电流的最大值和瞬时值.［生］根据闭合电路欧姆定律,感应电流的最大值I m =rR E m +,感应电流的瞬时值i =I m s i n ωt . ［师］电路的某一段上电压的瞬时值与最大值等于什么?［生］根据部分电路欧姆定律,电压的最大值U m =I m R ,电压的瞬时值U =U m sin ωt .［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,如下图所示:3.几种常见的交变电波形三、小结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=NBSωs i nω t,感应电动势的最大值为E m=NBSω.3.中性面的特点：磁通量最大为Φm，但e=0.四、作业（略）五、板书设计六、本节优化训练设计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，则下列说法中正确的是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.每当电动势E变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大2.一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电动势的最大值为311 V ，线圈在磁场中转动的角速度是100π rad/s.（1）写出感应电动势的瞬时值表达式.（2）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路中的总电阻为100 Ω，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式.在t =1201 s 时电流强度的瞬时值为多少？ 3.一个矩形线圈在匀强磁场中转动产生交流电压为u=2202s i n100πt V ，则A.它的频率是50 HzB .当t =0时，线圈平面与中性面重合C.电压的平均值是220 VD.当t =2001 s 时，电压达到最大值 4.交流发电机工作时的电动势的变化规律为e =E m s i n ω t ，如果转子的转速n 提高1倍，其他条件不变，则电动势的变化规律将变化为A.e =E m s in 2ω tB.e =2E m s in 2ω tC.e =2E m s in 4ω tD.e =2E m s in ω t参考答案：1.D2.解析：因为电动势的最大值E m =311 V ，角速度ω=100 π rad/s ，所以电动势的瞬时值表达式是e =311s in 100π t V.根据欧姆定律，电路中电流强度的最大值为I m =100311 R E m A=3.11 A ，所以通过负载的电流强度的瞬时值表达式是i =3.11s in 100π t A. 当t =1201 s 时，电流的瞬时值为 i =3.11s in (100π·1201)=3.11×21A=1.55 A. 3.ABD4.B●备课资料1.抽水蓄能发电电被称为现代文明的血液.一天当中的不同时段,比如生产、生活最忙碌的时候,与夜晚夜深人静之际,对电的使用量往往相差十分悬殊.而电力又不能直接大量贮存.这就要求电网具有灵活的调节能力,在高峰时增加供电,而在低谷时又减少供电.否则电网的电压就会与标准不符,不仅用户无法正常用电,电网的运行安全也会受到威胁.水电、火电、核电是目前电网大规模发电的主要形式,也是电网调节的主要形式.其中水电机组开停机迅速,调节能力最强;而火电机组从开机到满负荷工作或反之运行的时间往往需要近10个小时,跟不上网内的负荷变化,调节能力很差;而核电机组由于技术和安全方面的原因,基本上没有调节能力.华北电网占装机容量97%以上的是火电机组.华北属于缺电地区,用电高峰时全部机组满负荷运行也难以满足用电需求,所以不得不频繁地拉闸限电;而在低谷时电网内又有大量过剩的电能需要削减.那么,是否可以把低谷的剩余电量贮存起来,补充高峰时的供电不足,从而提高华北电网的调节能力呢?循着这样的思路,1992年9月,十三陵抽水蓄能电站破土动工了.从工程结构上说,抽水蓄能电站包括两个具有水平垂直高差的水库,分别叫作上水库和下水库.十三陵抽水蓄能电站的下水库是早已建成的十三陵水库;上水库建在十三陵水库左岸蟒山后面的上寺沟内.上下水库间的落差有480 m.上水库的总库容为400万立方米.上下水库之间的山体内建有地下厂房和附属洞室,装备了既可做水泵也可做水轮机运行的蓄能机组.十三陵抽水蓄能电站的地下厂房面积为4000 m2,它装备的是4台20万kW的水泵水轮电动发电机组.连接上下水库和地下厂房的水道系统主要由进出水口、调压节隧洞以及隧洞内铺设的巨大的高压管道组成.抽水蓄能电站是依照能量转换原理工作的.在午夜之后的用电低谷蓄能机组做水泵运行,用电网内多余的电能把水库的水抽到上水库,把电能转换成势能贮存起来;在用电高峰时,机组又成为发电机,由上水库向下水库放水,像常规水电站一样,把水的势能转换成电能,返送回电网补充供电的不足.这样,在蓄水放水,耗电发电的循环过程中,电站对电网负荷的高峰和低谷起到调节作用.十三陵抽水蓄能电站建成后,每年可吸收16.5亿千瓦时的低谷剩余电量,提供12亿千瓦时的高峰电量.如果按1千瓦时高峰电量可创4~6元产值计算,每年可创社会产值50~70亿元.更重要的是抽水蓄能电站增强了华北电网的调节能力,保证了整个电网的安全经济运行.目前抽水蓄能发电在我国呈现出蓬勃发展的势头.除十三陵抽水蓄能电站外,全国还有好几个抽水蓄能电站,有的正在兴建中,有的已经投入运行.2.崛起的新能源——核电电力是国民经济发展的命脉.目前世界电力主要由火电、水电和核电构成.火电是靠燃烧煤、石油等化石燃料获得的.作为不可再生的自然资源,化石燃料储量有限,而且都是重要的化工和轻纺工业原料.化石燃料的燃烧还会对环境造成很大污染,是造成“酸雨”“温室效应”等环境问题的元凶.水电是可再生资源,而且不会污染环境,但它的限制条件较多,如水资源分布不均,水流量的季节变化会导致发电量的变化.只有核电能够既满足电力需求,又不污染环境.自1954年苏联建成世界上第一座核电站至今,全球已有30多个国家建起了440多台机组,总装机容量达到3亿多千瓦,其中法国、美国、日本、德国、英国等经济发达国家的核电都超过本国总发电量的20%,法国甚至达到70%以上.作为一个人口众多的发展中国家,我国的电力工业一直在稳步发展,装机容量和年发电量分别排世界第四位和第三位.但人均发电量排在世界第80位,仅为世界平均水平的1/3.1996年全国电力缺口在20%左右,远远不能满足快速增长的国民经济发展的需求.我国将近70%的煤炭资源分布在华北和西北,工业发达和人口密集的东南沿海地区的煤炭和水力资源都很匮乏,国家每年都要投入巨资进行“北煤南运”.我国初步规划2000~2020年新增装机容量5亿千瓦.如果全部建成火电站发电用煤需要13亿吨,这无论从煤的新增产量、远距离运输,还是从生态环境等各方面看,都存在巨大困难,可以说发展核电是中国解决能源问题的一条重要途径.有关部门预测,21世纪将是中国核电大发展的时期.1991年中国大陆实现了核电零的突破.现在已有两座核电站3台核电机组共210万千瓦装机容量,其发电量占全国发电总量的1.27%.国家“九五”计划和2010年远景规划目标纲要指出:贯彻因地制宜、水火并举,适当发展核电的方针.计划到2010年投运的核电站总装机容量达到2000万千瓦左右.目前,东南沿海地区都把建造核电站作为解决当地能源问题的重要途径,对发展核电有很高的积极性.秦山核电站和大亚湾核电站的安全稳定运行为中国的核电发展开了个好头，已充分显示了核电安全、清洁、经济的优越性.“九五”期间，我国计划建造的四座核电站八台机组共660万千瓦,现已全面开始建造.可以说，发展核电已成为我国能源政策的一部分，作为20世纪中叶崛起的新能源，它在中国有着光明的发展前景.。

《交变电流》教学设计【教学设计思路】1、在教材中的作用：交变电流是生产和生活中最常用到的电流，而正弦式交流电又是最简单和最基本的。

正弦式电流产生的原理是基于电磁感应的基本规律，所以本章是前一章的延续和发展，是电磁感应理论的具体应用，另一方面，本节知识是全章的理论基础，所以，本节内容具有承上启下的作用，重点是运用电磁感应的基本知识，配合相应的演示实验，分析交流电的产生过程，认识交变电流的特点及规律。

2、为了使学生掌握好该部分知识，高效的完成本课时的教与学的目标，在教学设计上注意了以下几点：（1）我们的课程目标不仅是掌握基本知识和技能，还要体会其中的过程和方法，同时培养情感态度和价值观。

这就要求教师在教学设计中通过课堂教学，既要让学生学会本节知识，还要通过知识作为载体让学生体会物理学的思维方法和过程，领悟其中的科学方法使学生的思维能力和科学素养得到培养。

而本节内容的教学设计就是尽可能的符合这一特点。

（2）在我校四段教学模式下，还要体现出物理学科的特点——是一门以实验为基础的学科，教学设计主要是围绕教与学目标，引导学生在观察实验现象的基础上，展开自主学习、小组合作与讨论交流，让学生自己体会知识的获得过程，加深对知识的理解。

【教学目标】1．知识与技能（1）通过实验了解交流电的产生。

（2）理解交变电流的产生的原因，知道什么是中性面。

（3）掌握交变电流的变化规律，知道交变电流的峰值、瞬时值的物理含义。

2．过程与方法通过观察和分析实验，学习探究科学的方法，经历探究科学的过程，体验成功的喜悦。

3．情感态度与价值观通过对正弦式交流电的产生过程的研究和分析，培养学生运用物理理论分析实际问题的能力，了解物理知识与现实生活的密切关系。

【教学重、难点】重点：正弦式交变电流的产生和变化规律；难点：交变电流产生过程的分析。

【教学用具】手摇单相发电机、小灯泡、多媒体教学课件、示教用大的电流表.【教学过程】教师通过实验演示教材中的实验，学生观察后提出交流电的概念，引入新课。

1交变电流[学科素养与目标要求]物理观念：1.理解交变电流和直流的概念.2.知道交变电流的变化规律及表示方法，知道交变电流的瞬时值、峰值的物理意义.科学思维：1.从法拉第电磁感应定律和楞次定律分析感应电流的产生过程，会推导电动势和交变电流随时间的变化规律.2.认识交变电流的图象，并根据图象解决具体问题.一、交变电流1.交变电流：大小和方向随时间做周期性变化的电流叫交变电流，简称交流.2.直流：方向不随时间变化的电流称为直流.3.正弦式交变电流：按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流，简称正弦式电流.二、交变电流的产生闭合线圈置于匀强磁场中，并绕垂直于磁场方向的轴匀速转动.三、交变电流的变化规律1.中性面(1)中性面：与磁感线垂直的平面.(2)当线圈平面位于中性面时，线圈中的磁通量最大，线圈中的电流为零，且线圈平面经过中性面时，电流方向就发生改变，故线圈转动一周电流方向改变两次.2.从中性面开始计时，线圈中产生的电动势的瞬时值表达式：e＝E m sinωt，E m叫做电动势的峰值.1.判断下列说法的正误.(1)如图1所示的电流为交流电.(×)图1(2)如图2所示的电流为交流电.(√)图2(3)只要线圈在磁场中转动，就可以产生交变电流.(×)(4)线圈在通过中性面时磁通量最大，电流也最大.(×)(5)线圈在通过中性面时电流的方向发生改变.(√)2.有一个正方形线圈的匝数为10匝，边长为20cm，线圈总电阻为1Ω，线圈绕垂直磁场方向的OO′轴以10πrad/s的角速度匀速转动，如图3所示，匀强磁场的磁感应强度为0.5T，该线圈产生的感应电动势的峰值为__________，感应电流的峰值为________，在图示位置时感应电动势为________，从图示位置转过90°时感应电动势为________.图3[答案] 6.28V 6.28A 6.28V0[解析]电动势的峰值为E m＝nBSω＝10×0.5×0.22×10πV≈6.28V电流的峰值为I m＝E m＝6.28AR题图所示位置线圈中产生的感应电动势最大，为6.28V从题图所示位置转过90°时，位于中性面上，切割磁感线的两边的速度与磁感线平行，感应电动势为0.一、交变电流的产生1.交变电流的产生过程分析假定线圈绕OO′轴沿逆时针方向匀速转动，如图4甲至丁所示，在四个过程中线圈中的电流方向如下表所示.图42.两个特殊位置(1)中性面(S ⊥B 位置，如图中的甲、丙)线圈平面与磁场垂直的位置，此时通过线圈的磁通量Φ最大，磁通量变化率ΔΦΔt 为0，电动势e 为0，电流i 为0.线圈经过中性面时，电流方向发生改变，线圈转一圈电流方向改变两次. (2)垂直中性面位置(S ∥B 位置，如图中的乙、丁)此时通过线圈的磁通量Φ为0，磁通量变化率ΔΦΔt最大，电动势e 最大，电流i 最大.例1(多选)矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面内的轴匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是()A.当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大B.当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零C.每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流的方向就改变一次D.线框经过中性面时，各边切割磁感线的速度为零[答案]CD[解析]线框位于中性面时，线框平面与磁感线垂直，穿过线框的磁通量最大，但此时切割磁感线的两边的速度与磁感线平行，即不切割磁感线，所以感应电动势等于零，此时穿过线框的磁通量的变化率也等于零，感应电动势或感应电流的方向也就在此时刻发生变化.线框垂直于中性面时，穿过线框的磁通量为零，但切割磁感线的两边都垂直切割，有效切割速度最大，所以感应电动势最大，也可以说此时穿过线框的磁通量的变化率最大，故C 、D 选项正确.二、交变电流的变化规律 1.感应电动势随时间的变化规律如图5所示，线圈平面绕OO ′(O 为bc 边的中点，O ′为ad 边的中点)所在直线从中性面开始转动，角速度为ω.ab 边长为L 1，bc 边长为L 2，磁感应强度为B .图5(1)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为ωt ，则ab 边切割磁感线产生的感应电动势 e ab ＝BL 1v sin ωt ＝BL 1L 2ω2sin ωt ＝12BSωsin ωtcd 边切割磁感线产生的感应电动势e cd ＝e ab 整个线圈中的感应电动势e ＝e ab ＋e cd ＝BSωsin ωt .(2)若线圈的匝数为N ，则整个线圈产生的感应电动势e ＝NBSωsin ωt . 2.峰值E m ＝nBSω，I m ＝E m R ＋r ＝nBSωR ＋r ，U m ＝I m R ＝nBSωR R ＋r说明：峰值由线圈匝数n 、磁感应强度B 、转动角速度ω和线圈面积S 决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关.如图6所示的几种情况中，如果n 、B 、ω、S 均相同，则感应电动势的峰值均为E m ＝nBSω.图63.正弦式交变电流的瞬时值表达式(1)从中性面位置开始计时e＝E m sinωt，i＝I m sinωt，u＝U m sinωt(2)从与中性面垂直的位置开始计时e＝E m cosωt，i＝I m cosωt，u＝U m cosωt.例2 一矩形线圈，面积是0.05m 2，共100匝，线圈电阻r ＝2Ω，外接电阻R ＝8Ω，线圈在磁感应强度B ＝1πT 的匀强磁场中以n ＝300r/min的转速绕垂直于磁感线的轴匀速转动，如图7所示，若从中性面开始计时，求：图7(1)线圈中感应电动势的瞬时值表达式；(2)从开始计时经130s 时线圈中感应电流的瞬时值；(3)外电路R 两端电压瞬时值的表达式.[答案] (1)e ＝50sin10πt (V) (2)532A (3)u ＝40sin10πt (V)[解析] (1)线圈转速n ＝300 r/min ＝5 r/s ， 角速度ω＝2πn ＝10πrad/s ，线圈产生的感应电动势最大值E m ＝NBSω＝50V ，由此得到的感应电动势瞬时值表达式为e ＝E m sin ωt ＝50sin10πt (V). (2)将t ＝130s 代入感应电动势瞬时值表达式中，得e ′＝50sin (10π×130) V ＝253V ，对应的感应电流i ′＝e ′R ＋r＝532 A.(3)由闭合电路欧姆定律得u ＝eR ＋rR ＝40sin10πt (V).提示 注意确定线圈转动从哪个位置开始计时，从而确定表达式是正弦函数还是余弦函数. 三、交变电流的图象如图8甲、乙所示，从图象中可以解读到以下信息：图8(1)交变电流的峰值E m 、I m 和周期T . (2)两个特殊值对应的位置：①e ＝0(或i ＝0)时：线圈位于中性面上，此时ΔΦΔt ＝0，Φ最大.②e 最大(或i 最大)时：线圈平行于磁感线，此时ΔΦΔt 最大，Φ＝0.(3)分析判断e 、i 大小和方向随时间的变化规律.例3(2017·海安高级中学高二上学期期中)处在匀强磁场中的矩形线圈abcd以恒定的角速度绕ab边转动，磁场方向平行于纸面并与ab 边垂直.在t＝0时刻，线圈平面与纸面重合，如图9所示，线圈的cd边离开纸面向外运动.若规定沿a→b→c→d→a方向的感应电流为正，则图中能反映线圈中感应电流i随时间t变化的图象是()图9[答案] C[解析]线圈在磁场中从题图位置开始匀速转动时可以产生按余弦规律变化的交流电.对于题图起始时刻，线圈的cd边离开纸面向纸外运动，速度方向和磁场方向垂直，产生的电动势的瞬时值最大；用右手定则判断出电流方向为a→b→c→d→a，与规定的正方向相同，所以C 正确.例4(多选)矩形线框在匀强磁场内绕垂直磁场方向的轴匀速转动的过程中，线框输出的交流电压随时间变化的图象如图10所示，下列说法正确的是()图10A.第1s 末线圈平面垂直于磁场，通过线圈的磁通量变化率最大B.第1s 末线圈平面平行于磁场，通过线圈的磁通量变化率最大C.第2s 末线圈平面平行于磁场，通过线圈的磁通量最小D.第2s 末线圈平面垂直于磁场，通过线圈的磁通量最大[答案] BD[解析] 第1s 末，u 最大，e 最大，则ΔΦΔt最大，线圈平面平行于磁感线，A 错，B 对；第2s 末，e ＝0，ΔΦΔt＝0，Φ最大，线圈位于中性面上，C 错，D 对. [学科素养] 通过以上例题，使学生进一步熟悉：1.中性面是线圈平面与磁场垂直的位置.2.当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，且从中性面位置开始计时时，线圈中产生的感应电流是正弦交流电，满足表达式e ＝E m sin ωt ，i ＝I m sin ωt ，u ＝U m sin ωt ，也可用正弦图象表示e －t 、i －t 、u －t 的变化规律.通过这样的提炼和升华，较好地体现了“物理观念”和“科学思维”的学科素养.1.(交变电流的产生)(多选)如图中哪些情况线圈中产生了交变电流()[答案]BCD[解析]由交变电流的产生条件可知，轴必须垂直于磁感线，但对线圈的形状及转轴的位置没有特殊要求，故选项B、C、D正确.2.(交变电流的产生和变化规律)(2018·北京市丰台区下学期综合练习)如图11所示，(a)→(b)→(c)→(d)→(e)过程是交流发电机发电的示意图，线圈的ab边连在金属滑环K上，cd 边连在金属滑环L上，用导体制成的两个电刷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连接.下列说法正确的是()图11A.图(a)中，线圈平面与磁感线垂直，磁通量变化率最大B.从图(b)开始计时，线圈中电流i随时间t变化的关系是i＝I m sinωtC.当线圈转到图(c)位置时，感应电流最小，且感应电流方向改变D.当线圈转到图(d)位置时，感应电动势最小，ab边感应电流方向为b→a[答案] C[解析]题图(a)中，线圈在中性面位置，故穿过线圈的磁通量最大，磁通量变化率为0，故A 错误；从线圈在中性面位置开始计时的表达式才是i＝I m sinωt，故B错误；当线圈转到题图(c)位置时，线圈在中性面位置，故穿过线圈的磁通量最大，产生的感应电流最小，为零，电流方向将改变，故C正确；当线圈转到题图(d)位置时，穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最大，故感应电动势最大，ab边感应电流方向为b→a，故D错误.3.(交变电流的图象)一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图12甲所示，则下列说法中正确的是()图12A.t＝0时刻，线圈平面与中性面垂直B.t＝0.01s时刻，Φ的变化率最大C.t＝0.02s时刻，感应电动势达到最大D.该线圈产生的相应感应电动势的图象如图乙所示[答案] B[解析]由题图甲可知t＝0时刻，穿过线圈的磁通量最大，线圈处于中性面，t＝0.01s时刻，穿过线圈的磁通量为零，但变化率最大，故A项错误，B项正确；t＝0.02s时刻，感应电动势应为零，故C、D项错误.4.(交变电流的变化规律)如图13所示，匀强磁场的磁感应强度B＝2πT，边长L＝10cm的正方形线圈abcd共100匝，线圈总电阻r＝1Ω，线圈绕垂直于磁感线的轴OO′匀速转动，角速度ω＝2πrad/s，外电路电阻R＝4Ω.求：图13(1)转动过程中线圈中感应电动势的最大值.(2)从图示位置(线圈平面与磁感线平行)开始感应电动势的瞬时值表达式.(3)由图示位置转过30°角电路中电流的瞬时值.[答案] (1)22V (2)e ＝22cos2πt (V) (3)65A [解析] (1)设转动过程中线圈中感应电动势的最大值为E m ，则E m ＝NBL 2ω＝100×2π×0.12×2πV ＝22V.(2)从图示位置开始感应电动势的瞬时值表达式为e ＝E m cos ωt ＝22cos2πt (V)(3)从图示位置转过30°角时感应电动势的瞬时值e ′＝22cos30°＝6V ，i ＝e ′R ＋r ＝65A.。

5. 1交变电流教案2教学目标：1.了解交变电流的产生过程；2.定性了解交流的变化规律及其图象表示和主要特征物理量；3.知道交流能通过电容器的原因，了解交流这一特性在电子技术中的应用。

4.初步了解发电机、交变电流的确发明和利用对促进人类社会进步的作用，进一步体验科学、技术与社会生活之间的密切关系。

教学重、难点：交流有效值的概念。

教学过程：引入新课：19世纪初，蒸汽机改变了自古以來依靠人力、畜力的生产形态。

蒸汽动力推动着火车和船队，加快了不同国家、不同民族的物质流通和交流。

法拉第电磁感应定律的发现，激励着一批科学家和工程师进机械能转变为电能的探索。

他们设想厂房中巨型发电机发出的电也许会比蒸汽动力新课进行：1.交流发电机（1）发电机的构造：由定子和转子组成。

在发电机内固定不动的部分叫定子，能够连续转动的部分叫转子。

（2）原理：线圈相对于磁场绕垂直于磁场的轴转动产生电流。

如图所示。

磁体转动（磁体是转子），而线圈不动（线圈是定子）的发电机叫旋转磁极式发电机。

粘爲膽監豎线圈转动（线圈是转子），而磁体不动（磁体是定子）的发厨中产生雷应电动劳.屯机叫旋转电枢式发屯机。

演示实验：手摇交流发电机转动摇把，可以看到灯泡被点亮，在转动中，灯泡的亮度有什么变化？电流表的示数有什么变化？—©—甲（3）交变电流：大小、方向随时间做周期性的变化的电流叫交变电流（alternationcurrent）,简称交流电（AC）。

只沿一个方向流动的电流叫直流电（d让ect current, DC）。

2.交流电的变化规律演示实验：用示波器观察交流电变化的规律。

current)・正弦式电流在某一时刻的电流、电压可以表示为: z=/m sin 5 , w=（/m sin 砒 （2）用函数图象表示：图3.45正弦式电流的图象（2）描述交变电流的物理量：①峰值（peak value ）:矩形线圈 在匀强磁场中匀速转动，当线圈与磁感 线平行时，电压达到最大值。