《交变电流》教案正式版
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教学课题：交变电流
一．教学目标 【知识和技能】
1、知道正弦交流电是矩形线框在匀强磁场中匀速转动产生的．知道中性面的概念．
2、掌握交变电流的变化规律及表示方法，理解描述正弦交流电的物理量的物理含义．
3、理解正弦交流电的图像，能从图像中读出所需要的物理量．
4、理解交变电流的瞬时值和最大值，能正确表达出正弦交流电的最大值、有效值、瞬时值．
5、理解交流电的有效值的概念，能用有效值做有关交流电功率的计算． 【过程和方法】
1、掌握描述物理规律的基本方法——文字法、公式法、图像法．
2、培养学生观察能力、空间想象能力、立体图转化为平面图进行处理问题的能力．
3、培养学生运用数学知识解决处理物理问题的能力． 【情感、态度、价值观】
培养学生爱国主义精神及为富民强国认真学习的精神． 二．教学重点、难点
重点：交变电流产生的物理过程的分析及中性面的特点． 难点：交变电流产生的物理过程的分析． 三．教学仪器
交流发电机模型、演示电流表 四．教学方法
讲授、演示、探究
五．教学过程 引入
［复习提问］
１．感应电动势的大小：
基本式：t n ∆∆Φ
=ε
导出式：⊥=BlV ε
２．感应电动势的方向： 基本规律：楞次定律
导出规律：右手定则（口诀：“力左电右”）
［教师演示］交变电流产生的实验：模型发电机产生的电流，大小和方向在不断的变化，这种电流叫做交变电流． 新课
1、交变电流的产生
演示1：出示手摇发电机模型，并连接演示电流表．
当线圈在磁场中转动时，电流表的指针随着线圈的转动而摆动，线圈每转动一周指针左右摆动一次．
表明电流强度的大小和方向都做周期性的变化，这种电流叫交流电． 2、交变电流的变化规律
投影显示：矩形线圈在匀强磁场中匀速转动的四个过程．
分析：线圈bc 、da 始终在平行磁感线方向转动，因而不产生感应电动势，只起导线作用．
（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．
在场强为的匀强磁场中，矩形线圈边长为l 1、l 2，逆时针绕中轴匀速转动，角速度为ω，从中性面开始计时，经过时间t ．线圈中的感应电动势的大小如何变化呢？
线圈转动的线速度为ω，转过的角度为ωt ，此时ab 边线速度以磁感线的夹角也等于ωt ，这时ab 边中的感应电动势为：E=(Bl 1l 2ω/2)sin ωt 同理，cd 边切割磁感线的感应电动势为：E=(Bl 1l 2ω/2)sin ωt
就整个线圈来看，因ab 、cd 边产生的感应电势方向相同，是串联，所以当线圈平面跟磁感线平行时，即，这时感应电动势最大值；E m =BS ω． 感应电动势的瞬时表达式为：e= BS ωsin ωt
可见在匀强磁场中，匀速转动的线圈中产生的感应电动势是按正弦规律变化的．即感应电动势的大小和方向是以一定的时间间隔做周期性变化．
当线圈跟外电路组成闭合回路时，设整个回路的电阻为，则电路的感应电流的瞬时值为表达式．
感应电流瞬时值表达式为，这种按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流． 3、交流电的图像：交流电的变化规律还可以用图像来表示，在直角坐标系中，横轴表示线圈平面跟中性面的夹角（或者表示线圈转动经过的时间），纵坐标表示感应电动势（感应电流）．
规律：t Sin m ωεε=
t Sin I i m ω=
其中：ωεnBS m =，R
r I m
m +=
ε．
4、交流发电机
（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．
例题与练习
【例1】如图所示各图线中表示交变电流的是【】
【误解】选（A），（B），（C），（D）．
【正确解答】选（B），（C），（D）．
【错因分析与解题指导】大小、方向随时间作周期性变化的电流为交变电流．【误解】选有（A），然而（A）中电流大小虽周期性变化，但方向不变，是直流电流而不是交变电流．
【例2】一线圈中产生的正弦交变电流按i=10sin314tA变化，求出当线圈从中性面起转过30°、60°、90°、120°所需时间及对应的电流值．
【分析】通过跟正弦交变电流的标准式比较，直接代入计算．
【解答】线圈从中性面开始转动产生的正弦交变电流的标准式是
i=I m sinωt．
式中ωt表示线圈平面对中性面的夹角（单位是rad）．
当线圈平面转过的角度θ1=30°时，由
得经历的时间和对应的电流值分别为
同理，当θ2=60°时，得
当θ3=90°时，得
当θ4=120°时，得
【说明】用公式i=I m sinωt算出的是线圈在转动过程中某位置或某个时刻的电流值，所以它是一个瞬时值表达式．
【例3】在匀强磁场中的矩形线圈从中性面开始匀速转动，穿过线圈平面的磁通量与时间t的图象是【】
【分析】设匀强磁场的磁感强度为B，矩形线圈abcd的面积为S，如图2所示从中性面位置开始逆时针方向匀速转动．设经时间t转过的角度θ=ωt，转到位置a1d1，画出它的正视图如图3所示．
积）可知，在时刻t通过线圈平面的磁通量为
【答】C．
【说明】磁通量是标量．磁通量的正、负表示它穿过平面的方向．根据图3得出的上述表达式，是规定从左向右穿过平面左侧面（用实线表示）的方向为正．当转过θ=90°后，磁感线将从平面的右侧面（用虚线表示）穿过，磁通量为负．
线圈转动时，穿过线圈的磁通量，线圈中产生的感应电动势随时间变化的对照关系，如图4所示．
练习1．一矩形线圈在匀强磁场中转动，当线圈平面跟中性面重合的瞬间，下列说法正确的是（）
A．电流方向改变B．磁通量为零
C．圈中磁通量的变化率最大D．线圈没有边切割磁感线
2．如图所示，线圈abcd绕ab和cd的中点的连线OO′转动，OO′与匀强磁场垂直，线圈的单位长度的电阻值为定值，为了使线圈中电流值增为原来的2倍，可采用的办法有（）A．使线圈绕cd边转动
B．使线圈的面积增为原来的2倍
C．使磁感强度和转速增加为原来的2倍
D．使磁感强度减为原来的1/2，转速增为原来的4倍
小结
1、交流电的产生
强度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．
2、交流电的变化规律
感应电动势的瞬时表达式为：．
感应电流瞬时值表达式：．
3、交流电的图像
4、交流发电机
（1）发电机的基本组成：①电枢．②磁极．
（2）发电机的基本种类:①旋转电枢式发电机．②旋转磁极式发电机．
作业
六．教学反思：。
