5.1 交变电流

一  教学目标

1   知识与技能

    理解交变电流的概念，会分析线圈转动一周中电动势和电流的变化，知道交变电流的变化规律及表示方法。

1. 过程和方法

   培养学生空间想象能力以及将立体图转化为平面图形的能力，培养学生数学知识解决物理问题的能力[来源:学科网]

2. 情感态度与价值观

   培养良好的学习习惯，体会运用数学知识解决物理问题的重要性

   二    教学重点

      1、重点：交变电流产生的物理过程的分析及中性面的特点．

2、难点：交变电流产生的物理过程的分析．

3、疑点：当线圈处于中性面时磁通量最大，而感应电动势为零．当线圈处于平行磁感线时，通过线圈的磁通量为零，而感应电动势最大．即有最大值；的理解。

三    教学用具

      多媒体教学

四    教学过程：

一、知识回顾

教师：如何产生感应电流？

请运用电磁感应的知识，设计一个发电机模型．

学生设计：让矩形线圈在匀强磁场中匀速转动．

二、新课教学：

1、交变电流的产生[来源:Z|xx|k.Com]

演示1：出示手摇发电机模型，并连接演示电流表．

当线圈在磁场中转动时，电流表的指针随着线圈的转动而摆动，线圈每转动一周指针左右摆动一次．

表明电流强度的大小和方向都做周期性的变化，这种电流叫交流电．

2、交变电流的变化规律

投影显示：矩形线圈在匀强磁场中匀速转动的四个过程．

分析：线圈bc、da始终在平行磁感线方向转动，因而不产生感应电动势，只起导线作用．

（1）线圈平面垂直于磁感线（甲图），ab、cd边此时速度方向与磁感线平行，线圈中没有感应电动势，没有感应电流．

教师强调指出：这时线圈平面所处的位置叫中性面．

中性面的特点：线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大，感应电动势最小为零，感应电流为零．

（2）当线圈平面逆时针转过时（乙图），即线圈平面与磁感线平行时，ab、cd边的线速度方向都跟磁感线垂直，即两边都垂直切割磁感线，这时感应电动势最大，线圈中的感应电流也最大．

（3）再转过时（丙图），线圈又处于中性面位置，线圈中没有感应电动势．

（4）当线圈再转过时，处于图（丁）位置，ab、cd边的瞬时速度方向，跟线圈经过图（乙）位置时的速度方向相反，产生的感应电动势方向也跟在（图乙）位置相反．

（5）再转过线圈处于起始位置（戊图），与（甲）图位置相同，线圈中没有感应电动势．

[来源:学科网ZXXK]

在场强为B 的匀强磁场中，矩形线圈边长为 ，逆时针绕中轴匀速转动，角速度为 ，从中性面开始计时，经过时间t ．线圈中的感应电动势的大小如何变化呢？

线圈转动的线速度为，转过的角度为，此时ab边线速度v 以磁感线的夹角也等于at，这时ab边中的感应电动势为：

同理，cd边切割磁感线的感应电动势为：

[来源:学科网]

就整个线圈来看，因ab、cd边产生的感应电势方向相同，是串联，所以当线圈平面跟磁感线平行时，即，这时感应电动势最大值；

感应电动势的瞬时表达式为：

可见在匀强磁场中，匀速转动的线圈中产生的感应电动势是按正弦规律变化的．即感应电动势的大小和方向是以一定的时间间隔做周期性变化．

当线圈跟外电路组成闭合回路时，设整个回路的电阻为R ，则电路的感应电流的瞬时值为表达式．

感应电流瞬时值表达式为，这种按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流．

五、小结：[来源:学科网ZXXK]

1、交流电的产生

强度和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流．

2、交流电的变化规律

感应电动势的瞬时表达式为：．

感应电流瞬时值表达式：．