正弦交流电的产生教学设计
教学过程
复习旧课
提问:导体切割磁力线会产生感生电动势,感生电动势的大小与哪些物理量有关、方向如何确定?
方向:右手定则
大小:e=Blvsinα
α--导体运动方向与磁感应强度方向夹角
引入新课
多媒体课件展示:正弦波、锯齿波、矩形波、尖脉冲波
这些电信号与前面所学的稳恒直流电相比具有一个共同点,即大小和方向均随时间周期性变化,这种电压、电流、电动势统称为交流电。而其中按正弦规律变化的即是正弦交流电。
交流电由于能方便地利用互感现象变换电压,便于远距离输送和用户的使用,在日常生活中广泛应用,那么它是如何产生的呢?
讲述新课
板书课题:
§7-1正弦交流电的产生
一、设置悬念、激发探究(3分钟)
1、展示手摇发电机并简述其构成。
定子────一对磁极
转子────线圈、集电环
2、演示:先快速转动手柄,再缓慢旋转,提示学生观察小灯泡状态。
提问:小灯炮一闪一亮说明了什么?
引导学生共同回答:转子转动过程中有电流产生流经小灯泡。
结合实物说明:转子转动过程中与磁场方向垂直的导体切割磁力线(或磁通发生变化)产生了感生电动势,从而在闭合回路产生感生电流。
进一步询问:为什么是一闪一亮?流经小灯泡的到底是什么样的电流?
通过下面的分析过程我们可以找到答案。
二、分析交流电产生原理(18分钟)
1、用多媒体课件来模拟交流电产生过程
点击“播放”按钮,提示学生观察电流表指针位置如何变化。
提问:电流表指针如何动作?
现象:在指针零刻度两边周而复始地来回摆动。
设问:电流表指针位置变化说明什么?
结论:交流发电机产生的是交变电流,电流强度和电流方向都是随时间做周期性变化的。
提问:线圈在磁场中旋转一周时,交流电的方向改变几次?在什么位置变化?大小如何随之变化?
2、用“分步”画面将电流变化与线圈位置变化联系起来
将画面停在线圈与磁极分界面重合、转过90度、180度、270度、360度五个特殊位置观察。
①先引导学生观察到线圈每经过磁极分界面感生电动势方向改变一次,并引出中性面概念。
②再引导学生观察到感生电动势大小如何变化。
③引导学生观察到ab、cd导体运动方向随线圈位置改变而同步变化。
④分析各物理量变化并填入以下表格。
线圈从磁极分界面转过角度
磁通Φ
切割磁力线速度
感生电流
0°
最大
90°
最大
最大
180°
最大
270°
反向最大
反向最大
360°
最大
结论:线圈旋转过程中,每经过一次中性面,由于导体切割磁力线方向改变,感生电动势方向变化一次,且每次线圈与中性面重合时,感生电动势恰好为零。线圈与中性面垂直时,达到最大值。
设问:从上面的观察、分析知道,发电机产生的交流电是随着线圈与中性面位置的改变而周期性变化。那么具体又是按什么样规律变化呢?
三、改用发电机截面图来研究变化规律。(14分钟)
1、说明线圈运动状态:
初始位置:中性面
在匀强磁场中匀速转动
角速度:ω
线速度:v
任一时间t线圈与中性面夹角为α=ωt。
2、明确ab、cd边的运动速度V与切割磁力线速度V′之间的关系。在整个旋转过程中,随着线圈与中性面角度α变化,导体运动方向与磁力线夹角同步变化。
V′=Vsinα
V′是导体切割磁力线的速度
V′为负值时表明切割磁力线方向改变
3、分析变化规律。
提问:若导体ab、cd长度为L,磁感应强度为B,旋转过程中导体运动速度为V,整个线圈产生感生电动势多大?
(ab、cd处于同一磁场,运动速度相同,任一时刻产生感生电动势相同)
引导学生回答并板书:
e=2e′=2BLv′=2Blvsinα
=Emsinα=Emsinωt
若整个闭合回路中电阻为R则任意时刻线圈中感生电流强度为:
i=Emsinα/R=Imsinα=Imsinωt
提问:从上面导出的感生电动势表达式,可看出发电机产生的交流电是按什么规律变化的?
学生回答:是按正弦规律变化的。
4、学会用波形法表示正弦交流电。
提问:上面用公式表示了正弦交流电的变化规律,我们是否还能用其它方法表示正弦交流电的变化规律呢?
选取α=0°、α=90°、α=180°、α=270°、α=360°五个特殊位置,利用数学中所学的“五点法”绘出正弦交流电波形。
