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物理教案－交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律
教學(xué)目標(biāo)
知識目標(biāo)
1、知道正弦交流電是矩形線框在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的．知道中性面的概念．
2、掌握交變電流的變化規(guī)律及表示方法，理解描述正弦交流電的物理量的物理含義．
3、理解正弦交流電的圖像，能從圖像中讀出所需要的物理量．
4、理解交變電流的瞬時(shí)值和最大值，能正確表達(dá)出正弦交流電的最大值、有效值、瞬時(shí)值．
5、理解交流電的有效值的概念，能用有效值做有關(guān)交流電功率的計(jì)算．
能力目標(biāo)
1、掌握描述物理規(guī)律的基本方法——文字法、公式法、圖像法．
2、培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、空間想象能力、立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖進(jìn)行處理問題的能力．
3、培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)知識解決處理物理問題的能力．
情感目標(biāo)
培養(yǎng)學(xué)生愛國主義精神及為富民強(qiáng)國認(rèn)真學(xué)習(xí)的精神．
教學(xué)建議
教材分析以及相應(yīng)的教法建議
1、交流與直流有許多相似之處，也有許多不同之處．學(xué)習(xí)中我們特別要注意的是交流與直流的不同之處，即交流電的特殊之處．這既是學(xué)習(xí)、了解交流電的關(guān)鍵，也是學(xué)習(xí)、研究新知識的重要方法．在與已知的知識做對比中學(xué)習(xí)和掌握新知識特點(diǎn)的方法，是物理課學(xué)習(xí)中很有效和很常用的方法．
在學(xué)習(xí)交變電流之前，應(yīng)幫助學(xué)生理解直流電和交流電的區(qū)別．其區(qū)別的關(guān)鍵是電流方向是否隨時(shí)間變化．同時(shí)給出了恒定電流的定義——大小和方向均不隨時(shí)間變化．
2、對于交變電流的產(chǎn)生，課本采取由感性到理性，由定性到定量，逐步深入的講述方法．為了有利于學(xué)生理解和掌握，教學(xué)中要盡可能用示波器或模型配合講解．教學(xué)中應(yīng)注意讓學(xué)生觀察教材中的線圈通過4個(gè)特殊位置時(shí)電表指針的變化情況，分析電動勢和電流方向的變化，使學(xué)生對線圈轉(zhuǎn)動一周中電動勢和電流的變化有比較清楚的了解．有條件的，還可以要求學(xué)生運(yùn)用已學(xué)過的知識，自己進(jìn)行分析和判斷．
3、用圖像表示交變電流的變化規(guī)律，是一種重要方法，它形象、直觀、學(xué)生易于接受．要注意在學(xué)生已有的圖像知識的基礎(chǔ)上，較好地掌握這種表述方法．更要讓學(xué)生知道，交變電流有許多種，正弦電流只是其中簡單的一種．課本中用圖示的方法介紹了常見的幾種，以開闊學(xué)生思路，但不要求引伸．
4、在這一節(jié)中學(xué)生要第一次接受許多新名詞，如交變電流、正弦電流、中性面、瞬時(shí)回值、最大值（以及下一節(jié)的有效值）等等．要讓學(xué)生明白這些名詞的準(zhǔn)確含義．特別是對中性面的理解，要讓學(xué)生明確，中性面是指與磁場方向垂直的平面．當(dāng)線圈位于中性面時(shí)，線圈中感應(yīng)電動勢為零，線圈轉(zhuǎn)動過程中通過中性面時(shí)，其中感應(yīng)電動勢方向要改變．
5、課本上介紹的交變電流的產(chǎn)生，實(shí)際上是正弦交流電的產(chǎn)生．以矩形線框在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動為模型，以線框通過中性面為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，得到電動勢隨時(shí)間滿足正弦變化的交變電流．這里可以明確指出，電動勢的最大值由線框的匝數(shù)、線框面積、轉(zhuǎn)動角速度和磁感應(yīng)強(qiáng)度共同決定．
6、課本將線框的位置與產(chǎn)生的電動勢的對應(yīng)起來，意圖是幫助學(xué)生建立起鮮明的形象，把物理過程和描述它的物理規(guī)律對應(yīng)起來．教師可以通過一些問題的提問，幫助學(xué)生理解有關(guān)內(nèi)容，例如，如果在線框轉(zhuǎn)到線框平面與磁感線平行時(shí)開始計(jì)時(shí)，它產(chǎn)生的電動勢隨時(shí)間變化的圖像應(yīng)是什么樣的？
7、交流電的有效值、周期等概念的學(xué)習(xí)重在理解．
交流電的有效值概念是本章的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)．課本中的交流電有效值定義特別強(qiáng)調(diào)是從使電阻產(chǎn)生熱量等效這一方面來定義交流電的有效值的．教材中直接給出了正弦交流電流的有效值與最大值的關(guān)系式，但不要求證明，為了讓學(xué)生更好地理解和熟悉有效值，課本上已經(jīng)指出，交流電壓表和電流表的示數(shù)都是有效值，家用電器上的標(biāo)稱也是有效值．
交流電的周期描述交流電的變化快慢．在一個(gè)周期時(shí)間內(nèi)，交流電完成一次完全變化．在實(shí)際生活中，經(jīng)常能見到的是交流電的頻率．我國民用交流電的頻率是50HZ．在一些歐美國家，交流電的頻率是60HZ．
8、交流電的最大值、有效值、周期和頻率都是描述交流電某一方面的特性，而交流電的圖像卻可以全面反映某一交流電的情況．所以，要求學(xué)生能夠從交流電的圖像中得到描述交流電的各個(gè)物理量．
教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)分析以及解決辦法
1、重點(diǎn)：交變電流產(chǎn)生的物理過程的分析及中性面的特點(diǎn)．
2、難點(diǎn)：交變電流產(chǎn)生的物理過程的分析．
3、疑點(diǎn)：當(dāng)線圈處于中性面時(shí)磁通量最大，而感應(yīng)電動勢為零．當(dāng)線圈處于平行磁感線時(shí)，通過線圈的磁通量為零，而感應(yīng)電動勢最大．即 ， 有最大值； ， 的理解．
4、解決辦法：
通過對矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動一周的實(shí)物演示，立體圖結(jié)合側(cè)視圖的分析、特殊位置結(jié)合任一位置分析使學(xué)生了解交變電流的大小和方向是如何變化的．
通過側(cè)視圖分析線圈運(yùn)動方向與磁場方向 之間關(guān)系，利用導(dǎo)體切割磁場線方法來處理，使問題容易理解．
教學(xué)設(shè)計(jì)方案
交流電的產(chǎn)生和變化規(guī)律
教學(xué)用具：交流發(fā)電機(jī)模型、演示電流表
教學(xué)過程 ：
一、知識回顧
教師：如何產(chǎn)生感應(yīng)電流？
請運(yùn)用電磁感應(yīng)的知識，設(shè)計(jì)一個(gè)發(fā)電機(jī)模型．
學(xué)生設(shè)計(jì)：讓矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動．
二、新課教學(xué)：
1、交變電流的產(chǎn)生
演示1：出示手搖發(fā)電機(jī)模型，并連接演示電流表．
當(dāng)線圈在磁場中轉(zhuǎn)動時(shí)，電流表的指針隨著線圈的轉(zhuǎn)動而擺動，線圈每轉(zhuǎn)動一周指針左右擺動一次．
表明電流強(qiáng)度的大小和方向都做周期性的變化，這種電流叫交流電．
2、交變電流的變化規(guī)律
投影顯示：矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動的四個(gè)過程．
分析：線圈bc、da始終在平行磁感線方向轉(zhuǎn)動，因而不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，只起導(dǎo)線作用．
（1）線圈平面垂直于磁感線（甲圖），ab、cd邊此時(shí)速度方向與磁感線平行，線圈中沒有感應(yīng)電動勢，沒有感應(yīng)電流．
教師強(qiáng)調(diào)指出：這時(shí)線圈平面所處的位置叫中性面．
中性面的特點(diǎn)：線圈平面與磁感線垂直，磁通量最大，感應(yīng)電動勢最小為零，感應(yīng)電流為零．
（2）當(dāng)線圈平面逆時(shí)針轉(zhuǎn)過 時(shí)（乙圖），即線圈平面與磁感線平行時(shí)，ab、cd邊的線速度方向都跟磁感線垂直，即兩邊都垂直切割磁感線，這時(shí)感應(yīng)電動勢最大，線圈中的感應(yīng)電流也最大．
（3）再轉(zhuǎn)過 時(shí)（丙圖），線圈又處于中性面位置，線圈中沒有感應(yīng)電動勢．
（4）當(dāng)線圈再轉(zhuǎn)過 時(shí)，處于圖（丁）位置，ab、cd邊的瞬時(shí)速度方向，跟線圈經(jīng)過圖（乙）位置時(shí)的速度方向相反，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向也跟在（圖乙）位置相反．
（5）再轉(zhuǎn)過 線圈處于起始位置（戊圖），與（甲）圖位置相同，線圈中沒有感應(yīng)電動勢．
在場強(qiáng)為 的勻強(qiáng)磁場中，矩形線圈邊長為 ，逆時(shí)針繞中軸勻速轉(zhuǎn)動，角速度為 ，從中性面開始計(jì)時(shí)，經(jīng)過時(shí)間 ．線圈中的感應(yīng)電動勢的大小如何變化呢？
線圈轉(zhuǎn)動的線速度為 ，轉(zhuǎn)過的角度為 ，此時(shí)ab邊線速度 以磁感線的夾角也等于 ，這時(shí)ab邊中的感應(yīng)電動勢為：
同理，cd邊切割磁感線的感應(yīng)電動勢為：
就整個(gè)線圈來看，因ab、cd邊產(chǎn)生的感應(yīng)電勢方向相同，是串聯(lián)，所以當(dāng)線圈平面跟磁感線平行時(shí)，即 ，這時(shí)感應(yīng)電動勢最大值 ；
．
感應(yīng)電動勢的瞬時(shí)表達(dá)式為：
可見在勻強(qiáng)磁場中，勻速轉(zhuǎn)動的線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢是按正弦規(guī)律變化的．即感應(yīng)電動勢的大小和方向是以一定的時(shí)間間隔做周期性變化．
當(dāng)線圈跟外電路組成閉合回路時(shí)，設(shè)整個(gè)回路的電阻為 ，則電路的感應(yīng)電流的瞬時(shí)值為表達(dá)式 ．
感應(yīng)電流瞬時(shí)值表達(dá)式為 ，這種按正弦規(guī)律變化的交變電流叫正弦式電流．
3、交流電的圖像
交流電的變化規(guī)律還可以用圖像來表示，在直角坐標(biāo)系中，橫軸表示線圈平面跟中性面的夾角（或者表示線圈轉(zhuǎn)動經(jīng)過的時(shí)間 ），縱坐標(biāo)表示感應(yīng)電動勢 （感應(yīng)電流 ）．
4、交流發(fā)電機(jī)
（1）發(fā)電機(jī)的基本組成
①用來產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的線圈（叫電樞）．
②用來產(chǎn)生磁場的磁極．
（2）發(fā)電機(jī)的基本種類
①旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)（電樞動磁極不動）．
②旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)（磁極動電樞不動）．
無論哪種發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)動的部分叫轉(zhuǎn)子，不動的部分叫定子．
三、小結(jié)：
1、交流電的產(chǎn)生
強(qiáng)度和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流叫做交變電流，簡稱交流．
2、交流電的變化規(guī)律
感應(yīng)電動勢的瞬時(shí)表達(dá)式為： ．
感應(yīng)電流瞬時(shí)值表達(dá)式： ．
物理教案－交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律
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