2022-2023学年高中物理上学期第十八周 交变电流教学设计

2022-2023学年高中物理上学期第十八周 交变电流教学设计课题第一节 交变电流 课时考点、知识点1.交变电流和直流的概念2交变电流的产生过程和电动势与电流方向的变化规律3正弦式交变电流的变化规律及表达式，知道中性面、瞬时值、峰值等概念学习目标1.了解交变电流和直流的概念2理解交变电流的产生过程和电动势与电流方向的变化规律3明确正弦式交变电流的变化规律及表达式，知道中性面、瞬时值、峰值等概念重、难点1理解交变电流的产生过程和电动势与电流方向的变化规律(重点)2明确正弦式交变电流的变化规律及表达式，知道中性面、瞬时值、峰值等概念学习环节和内容学生活动建议教师活动建议调整记录环节一：交 变 电 流先填空1恒定电流大小和方向都不随时间变化的电流，称为恒定电流2交变电流(1)定义：大小和方向随时间做周期性变化的电流，称为交变电流，简称交流电(2)正弦交变流电：电流随时间按正弦函数规律变化的交变电流，简称正弦交流电再判断(1)交变电流即指的是正弦交流电()(2)恒定电流就是直流电()(3)电流方向做周期性变化的电流就为交变电流()后思考交变电流的大小是否一定变化？它与直流电的最大区别是什么？【提示】交变电流的大小不一定变化，如方形波电流，它与直流电的最大区别是方向发生周期性的变化交流互动，倾听分享，为后面的课堂活动准备好积极的情绪。思考结合手摇发电机的实验演示，电流的大小和方向变化情况手摇发电机的实验演示，电流的变化情况分析环节二：合作探讨探讨：探究交变电流的特点如图211所示，把电流表接入到模型发电机的输出端，摇动发电机的手柄，观察电流表的指针摆动情况是怎样的？电流表指针的摆动情况说明什么问题？图211【提示】随着线圈的转动，电流表的指针不停地在“0”刻度线两侧左右摆动，说明手摇发电机产生的电流大小、方向都处于变化中核心点击1直流、交流、恒定电流的特点(1)电流分类：按电流的方向是否变化分直流和交流两种，方向不变的电流称为直流，方向变化的电流称为交流(2)直流分类：分为恒定电流和脉动直流，其中大小、方向都不随时间改变的电流叫恒定电流，方向不随时间改变而大小随时间改变的电流叫脉动直流(3)交流分类：按交流电图像特点分正弦(或余弦)式交变电流、矩形波交变电流、锯形波交变电流等2交变电流与直流电的本质区别(1)交变电流的大小不一定变化，如方形波交变电流，其大小可以是不变的；直流电的大小不一定不变(2)交变电流与直流电的最大区别在于交变电流的方向发生周期性变化，而直流电的方向不变环节三：1(xx广元高二检测)下列四个图像中不属于交流电的是()【导学号：31310075】【解析】题图中A、B、C中e的方向均做周期性变化，故它们属于交流电，D中e的大小变化而方向不变，属直流电【答案】D2.对于图212所示的电流i随时间t做周期性变化的图像，下列说法中正确的是()A电流大小变化，方向不变，是直流电B电流大小、方向都变化，是交流电C电流的周期是0.02 sD电流做周期性变化，是交流电图212【解析】方向随时间做周期性变化是交变电流最重要的特征因为在此坐标图中电流的方向用正负表示，所以此电流的方向没有改变，是直流电，A正确，B、D错；由图像可以看出电流的周期是0.01 s，而不是0.02 s，C错误【答案】A环节四：正 弦 交 变 电 流 的 产 生 和 表 述先填空1产生：闭合矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴匀速转动时，线圈中产生的感应电流就是正弦交流电2描述函数图像瞬时电动势：eEmsint瞬时电压：uUmsint瞬时电流：iImsint最大值表达式：EmNBS.3中性面：线圈平面与磁场垂直的位置再判断(1)只要闭合线圈在匀强磁场里匀速转动就一定产生正弦交变电流()(2)正弦交变电流的函数形式与计时起点有关()(3)当线圈中的磁通量为零时，产生的电流也为零()后思考如图213所示是线圈平面和磁场方向垂直的位置，即中性面位置，在此位置磁通量最大在此位置为何线圈的电动势为零，感应电流为零？图213【提示】因为线圈a边和d边线速度方向与磁场方向平行，不切割磁感线，故电动势为零，感应电流为零环节五：合作探讨在发电机模型中，线圈所处的位置和感应电动势的大小有直接关系请思考并回答下列问题：探讨1：当线圈处于如图214所示与中性面垂直的位置时，线圈的AB边或CD边切割磁感线的速度有何特点？线圈中的感应电流有何特点？穿过线圈的磁通量的变化率有何特点？图214【提示】线圈处于与中性面垂直的位置时，线圈的AB边或CD边的速度方向与磁感线方向垂直，所以切割磁感线的速度最大，线圈中的感应电流最大，磁通量的变化率最大探讨2：交变电流在一个周期内，电流方向改变几次？线圈在哪个位置时电流的方向发生改变？【提示】2次线圈经过中性面时，线圈中电流的方向发生改变核心点击1产生在匀强磁场中，绕垂直磁场方向的轴匀速转动的线圈里产生的是交变电流，实验装置如图215所示图2152过程分析如图216所示图216线圈由甲位置转到乙位置过程中，电流方向为badc.线圈由乙位置转到丙位置过程中，电流方向为badc.线圈由丙位置转到丁位置过程中，电流方向为abcd.线圈由丁位置转到甲位置过程中，电流方向为abcd.3两个特殊位置对比位置中性面中性面的垂面磁通量最大零磁通量变化率零最大感应电动势零最大线圈边缘切割磁感线的有效速度零最大感应电流零最大电流方向改变不变4.瞬时值表达式的推导图217若线圈平面从中性面开始转动，如图217，则经时间t：ab边的线速度跟磁感线方向的夹角：tab边转动的线速度大小：vRab边的感应电动势：eabBLabvsin sin t整个一匝线圈产生的电动势：e2eabBSsin tN匝线圈的总电动势：eNBSsin tEmsin t纯电阻电路：isin tImsin t某个电阻R：uiRImRsin tUmsin t5峰值表达式EmNBSNmImUmImR.6正弦交变电流的瞬时值表达式(1)eNBSsin tEmsin t.(2)isin tImsin t.(3)uiRImRsin tUmsin t.上面各式中的e、i、u仅限于从中性面开始计时的情况若从垂直于中性面(即从线圈平面与磁场平行时)开始计时，则上述表达式应为eEmcos t，iImcos t，uUmcos t.结合思考题，认真阅读教材，分成小组讨论，发表自己的见解。学生自主思考，积极参与学习互动，主动进行交流。学生体会科学工作者对待科学问题严肃认真的态度，严谨缜密的思维习惯。师生互动，解决共性问题学生结合学案自主学习预习内容，积极总结回答。教师组织学生，完成练习，并展示练习结果(1)只要电流的方向发生周期性变化即为交变电流(2)在it或ut图中，正负表示方向，在读图时不仅要注意图像中的坐标原点是否为0，还要观察i(u)的值有无正负变化环节六：3(多选)矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴匀速转动，在线圈平面经过中性面瞬间()【导学号：31310076】A线圈平面与磁感线平行B通过线圈的磁通量最大C线圈中的感应电动势最大D线圈中感应电流的方向改变【解析】在线圈平面垂直于磁感线时，各边都不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这样的位置叫做中性面根据这一定义，线圈平面经过中性面瞬间，通过线圈的磁通量最大，线圈中的感应电动势为零，此时，感应电流的方向发生改变，所以选项B、D正确【答案】BD4某线圈在匀强磁场中转动所产生的电动势变化规律为eEmsin t，保持其他条件不变，使该线圈的转速和匝数同时增加一倍，则此时所产生的电动势的瞬时表达式为()Ae2Emsin 2tBe2Emsin tCe4Emsin 2t De4Emsin t【解析】因2n，故转速加倍时，角速度也加倍，根据EmNBS，转速和匝数均加倍时，电动势的峰值将变为原来的4倍，所以选项C正确【答案】C5(xx成都高二检测)如图218(a)所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO以角速度逆时针匀速转动若以线圈平面与磁场夹角45时如图(b)为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正下列四个选项中正确的是()【导学号：31310077】图218【解析】当从图(b)所示位置转过时刻，线圈处在中性面位置，感应电流为零，且在此段转动时间内电流方向为从b流向a，故选项B正确【答案】B6有一10匝正方形线框，边长为20 cm，线框总电阻为1 ，线框绕OO轴以10 rad/s的角速图219度匀速转动，如图219，垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5 T问：(1)该线框产生的交变电流电动势最大值、电流最大值分别是多少？(2)线框从图示位置转过60时，感应电动势的瞬时值是多大？(3)写出感应电动势随时间变化的表达式【解析】(1)交变电流电动势最大值为EmNBS100.50.2210 V6.28 V电流的最大值为ImEm/R A6.28 A.(2)线框转过60时，感应电动势EEmsin 605.44 V.(3)由于线框转动是从中性面开始计时的，所以瞬时值表达式为eEmsin t6.28sin 10t V.【答案】(1)6.28 V6.28 A(2)5.44 V(3)e6.28sin 10t V小结第一节学习的知识在第一节内容学习中，我们学了哪些知识？请同学们归纳总结。确定正弦式交变电流瞬时值表达式的基本方法1明确线圈从什么位置开始计时以确定瞬时值表达式正弦函数0时刻的角度2确定线圈转动的角速度、线圈的面积、匝数，从而确定感应电动势的最大值3根据eEmsin t写出正弦式交变电流的表达式