《1交变电流》优质课教案设计

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总结

作业通过前面电磁学的学习，我们知道了电能生磁，反过来磁也能生电。请问同学们有没有想过利用所学知识自己设计一台发电机？（稍停片刻，找学生答）我这里就有一台自制发电机，接上灯泡，摇动发电机，小灯泡亮了，却是一闪一闪的。要研究它产生的电流，可以用什么测量工具？（学生答：电流表）。好，我们来接上电流表看看，接上电流表演示，看到指针左右摆动。由此可见，线圈里产生的电流有什么特点？（学生答：大小和方向随时间改变），这种电流叫交变流电。现代工农业生产和生活中所用的大都是交变电流，它有许多优点。今天我们就来学习交变电流的产生原理和变化规律。（板书课题）

为什么线框转动，就有电流产生呢？（学生答：因为穿过线框的磁通量在变化或者有导体在切割磁感线，产生了感应电动势，线框与灯泡相连后组成了闭合电路，线框就是电源）那么线框中产生的感应电动势跟那些边有关？（学生答：只跟切割磁感线的两条边有关）那么我们就来抓住这两条边分析一下这个交变电动势的产生过程。

一．交变电动势的产生及变化规律

1）方向

播放动画时，让线圈分别停在磁场中不同的位置，让学生拿出右手判断感应电动势的方向，让学生归纳出电动势方向发生变化的位置——S⊥B时，并指出这个面由此也叫“中性面”。故线圈每次经过中性面，E感或I感的方向就会发生改变。

问：线圈转一周，即在一个周期内，E感或I感的方向改变几次？（两次）

2）大小

设线圈平面从中性面开始转动，角速度是ω，切割磁感线的边ab或cd的长度是L，磁感应强度是B，经过时间t后，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，根据法拉第电磁感应定律得e＝2BL（Vsinωt）≤2BLV，若设2BLV＝Em，则e＝Emsinωt，式中e随着t而变化，不同时刻有不同的数值，叫瞬时值，Em是电动势能达到的最大值，而且，上式表明电动势是按照正弦规律变化的。故这个线圈中的感应电动势按正弦规律变化，若从中性面开始，则e＝Emsinωt

问：线圈转动到什么位置e最大？什么位置最小？

（当ωt＝π/2，即S∥B或S⊥中性面时，e最大；当ωt＝0，即S∥中性面时或S⊥B时，e最小）

二．交变电流和交变电压的产生和变化规律

上述线框转动能产生电动势，相当于电源，当把它和电阻组成闭合电路时，电路中就有了感应电流。而且实验证明，在只含有电阻的电路中，欧姆定律也适用于交流电路，若设闭合电路总电阻为R，则i＝e/R＝（Em/R）sinωt＝Im sinωt。

电路中某一段上的电压u＝iR′＝Im R′sinωt＝Um sinωt

可见，上述电源组成的闭合电路中，电流和电压都是跟线框的电动势一样，按正弦规律变化，人们把这种按正弦规律变化的交变电流叫正弦交变电流。

三．交变电流的图象

1．正弦交变电流的图象

2．非正弦交变电流的图象

【思考与练习】

1．发电机在发电过程中，能量是如何转化的？

2．线圈在经过中性面时有哪些特点？

【小结】今天我们学习了正弦交变电流的产生过程，即矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转动轴转动时，即可产生按正弦规律变化的电流。当从线圈经过中性面时开始计时，产生的电流用公式表示为：e＝Emsinωt；i＝Im sinωt；u＝Um sinωt。也可用图象表示为一段正弦曲线。不过正弦交变电流只是交变电流的一种特殊情况，还有其他形式的交变电流，正弦交变电流也是一种非常重要的电流，所以要好好掌握。

【作业】