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物理教案－交變電流的產生和變化規(guī)律
教學目標
知識目標
1、知道正弦交流電是矩形線框在勻強磁場中勻速轉動產生的．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值和最大值，能正確表達出正弦交流電的最大值、有效值、瞬時值．
5、理解交流電的有效值的概念，能用有效值做有關交流電功率的計算．
能力目標
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)學生觀察能力、空間想象能力、立體圖轉化為平面圖進行處理問題的能力．
3、培養(yǎng)學生運用數學知識解決處理物理問題的能力．
情感目標
培養(yǎng)學生愛國主義精神及為富民強國認真學習的精神．
教學建議
教材分析以及相應的教法建議
1、交流與直流有許多相似之處，也有許多不同之處．學習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．這既是學習、了解交流電的關鍵，也是學習、研究新知識的重要方法．在與已知的知識做對比中學習和掌握新知識特點的方法，是物理課學習中很有效和很常用的方法．
在學習交變電流之前，應幫助學生理解直流電和交流電的區(qū)別．其區(qū)別的關鍵是電流方向是否隨時間變化．同時給出了恒定電流的定義——大小和方向均不隨時間變化．
2、對于交變電流的產生，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．為了有利于學生理解和掌握，教學中要盡可能用示波器或模型配合講解．教學中應注意讓學生觀察教材中的線圈通過4個特殊位置時電表指針的變化情況，分析電動勢和電流方向的變化，使學生對線圈轉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，還可以要求學生運用已學過的知識，自己進行分析和判斷．
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、學生易于接受．要注意在學生已有的圖像知識的基礎上，較好地掌握這種表述方法．更要讓學生知道，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，以開闊學生思路，但不要求引伸．
4、在這一節(jié)中學生要第一次接受許多新名詞，如交變電流、正弦電流、中性面、瞬時回值、最大值（以及下一節(jié)的有效值）等等．要讓學生明白這些名詞的準確含義．特別是對中性面的理解，要讓學生明確，中性面是指與磁場方向垂直的平面．當線圈位于中性面時，線圈中感應電動勢為零，線圈轉動過程中通過中性面時，其中感應電動勢方向要改變．
5、課本上介紹的交變電流的產生，實際上是正弦交流電的產生．以矩形線框在勻強磁場中勻速轉動為模型，以線框通過中性面為計時起點，得到電動勢隨時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、線框面積、轉動角速度和磁感應強度共同決定．
6、課本將線框的位置與產生的電動勢的對應起來，意圖是幫助學生建立起鮮明的形象，把物理過程和描述它的物理規(guī)律對應起來．教師可以通過一些問題的提問，幫助學生理解有關內容，例如，如果在線框轉到線框平面與磁感線平行時開始計時，它產生的電動勢隨時間變化的圖像應是什么樣的？
7、交流電的有效值、周期等概念的學習重在理解．
交流電的有效值概念是本章的重點，也是難點．課本中的交流電有效值定義特別強調是從使電阻產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系式，但不要求證明，為了讓學生更好地理解和熟悉有效值，課本上已經指出，交流電壓表和電流表的示數都是有效值，家用電器上的標稱也是有效值．
交流電的周期描述交流電的變化快慢．在一個周期時間內，交流電完成一次完全變化．在實際生活中，經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，要求學生能夠從交流電的圖像中得到描述交流電的各個物理量．
教學重點、難點分析以及解決辦法
1、重點：交變電流產生的物理過程的分析及中性面的特點．
2、難點：交變電流產生的物理過程的分析．
3、疑點：當線圈處于中性面時磁通量最大，而感應電動勢為零．當線圈處于平行磁感線時，通過線圈的磁通量為零，而感應電動勢最大．即 ， 有最大值； ， 的理解．
4、解決辦法：
通過對矩形線圈在勻強磁場中勻速轉動一周的實物演示，立體圖結合側視圖的分析、特殊位置結合任一位置分析使學生了解交變電流的大小和方向是如何變化的．
通過側視圖分析線圈運動方向與磁場方向 之間關系，利用導體切割磁場線方法來處理，使問題容易理解．
教學設計方案
交流電的產生和變化規(guī)律
教學用具：交流發(fā)電機模型、演示電流表
教學過程 ：
一、知識回顧
教師：如何產生感應電流？
請運用電磁感應的知識，設計一個發(fā)電機模型．
學生設計：讓矩形線圈在勻強磁場中勻速轉動．
二、新課教學：
1、交變電流的產生
演示1：出示手搖發(fā)電機模型，并連接演示電流表．
當線圈在磁場中轉動時，電流表的指針隨著線圈的轉動而擺動，線圈每轉動一周指針左右擺動一次．
表明電流強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：矩形線圈在勻強磁場中勻速轉動的四個過程．
分析：線圈bc、da始終在平行磁感線方向轉動，因而不產生感應電動勢，只起導線作用．
（1）線圈平面垂直于磁感線（甲圖），ab、cd邊此時速度方向與磁感線平行，線圈中沒有感應電動勢，沒有感應電流．
教師強調指出：這時線圈平面所處的位置叫中性面．
中性面的特點：線圈平面與磁感線垂直，磁通量最大，感應電動勢最小為零，感應電流為零．
（2）當線圈平面逆時針轉過 時（乙圖），即線圈平面與磁感線平行時，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，這時感應電動勢最大，線圈中的感應電流也最大．
（3）再轉過 時（丙圖），線圈又處于中性面位置，線圈中沒有感應電動勢．
（4）當線圈再轉過 時，處于圖（丁）位置，ab、cd邊的瞬時速度方向，跟線圈經過圖（乙）位置時的速度方向相反，產生的感應電動勢方向也跟在（圖乙）位置相反．
（5）再轉過 線圈處于起始位置（戊圖），與（甲）圖位置相同，線圈中沒有感應電動勢．
在場強為 的勻強磁場中，矩形線圈邊長為 ，逆時針繞中軸勻速轉動，角速度為 ，從中性面開始計時，經過時間 ．線圈中的感應電動勢的大小如何變化呢？
線圈轉動的線速度為 ，轉過的角度為 ，此時ab邊線速度 以磁感線的夾角也等于 ，這時ab邊中的感應電動勢為：
同理，cd邊切割磁感線的感應電動勢為：
就整個線圈來看，因ab、cd邊產生的感應電勢方向相同，是串聯，所以當線圈平面跟磁感線平行時，即 ，這時感應電動勢最大值 ；
．
感應電動勢的瞬時表達式為：
可見在勻強磁場中，勻速轉動的線圈中產生的感應電動勢是按正弦規(guī)律變化的．即感應電動勢的大小和方向是以一定的時間間隔做周期性變化．
當線圈跟外電路組成閉合回路時，設整個回路的電阻為 ，則電路的感應電流的瞬時值為表達式 ．
感應電流瞬時值表達式為 ，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，在直角坐標系中，橫軸表示線圈平面跟中性面的夾角（或者表示線圈轉動經過的時間 ），縱坐標表示感應電動勢 （感應電流 ）．
4、交流發(fā)電機
（1）發(fā)電機的基本組成
①用來產生感應電動勢的線圈（叫電樞）．
②用來產生磁場的磁極．
（2）發(fā)電機的基本種類
①旋轉電樞式發(fā)電機（電樞動磁極不動）．
②旋轉磁極式發(fā)電機（磁極動電樞不動）．
無論哪種發(fā)電機，轉動的部分叫轉子，不動的部分叫定子．
三、小結：
1、交流電的產生
強度和方向都隨時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
感應電動勢的瞬時表達式為： ．
感應電流瞬時值表達式： ．
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