5.1交变电流
课 题5．1交变电流新授课1 课时教 学 目 标 教 学 重 点 、 难 点（一）知识与技能 1．使学生理解交变电流的产生原理，知道什么是中性面。 2．掌握交变电流的变化规律及表示方法。 3．理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准确含义。 （二）过程与方法 1．掌握描述物理量的三种基本方法（文字法、公式法、图象法） 。 2．培养学生观察能力，空间想象能力以及将立体图转化为平面图形的能力。 3．培养学生运用数学知识解决物理问题的能力。 （三）情感、态度与价值观 通过实验观察，激发学习兴趣，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 要性重点 交变电流产生的物理过程的分析。 难点 交变电流的变化规律及应用。教学活动1、交变电流的产生 为什么矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时线圈里能产生交变电流？ 多媒体课件打出下图。 当 abcd 线圈在磁场中绕 OO′轴转动时， 哪些边切割磁感 线? ab 与 cd。 当 ab 边向右、cd 边向左运 动时，线圈中感应电流的方向 沿着 a→b→c→d→a 方向流动 的。 当 ab 边向左、cd 边向右运 动时，线圈中感应电流的方向如 何? 感应电流是沿着 d→c→b→ a→d 方向流动的。 线圈平面与磁感线平行 时，ab 边与 cd 边线速度方向都 跟磁感线方向垂直，即两边都垂 直切割磁感线，此时产生感应电动势最大。 线圈转到什么位置时，产生的感应电动势最小? 当线圈平面跟磁感线垂直时，ab 边和 cd 边线速度方向都跟磁感线平行，即不切 割磁感线，此时感应电动势为零。 利用多媒体课件，屏幕上打出中性面概念： （1）中性面——线框平面与磁感线垂直的位置。 （2）线圈处于中性面位置时，穿过线圈Φ 最大，但学 生 活 动Δ =0。 Δt（3）线圈越过中性面，线圈中 I 感方向要改变。线圈转一周，感应电流方向改变 两次。 2．交变电流的变化规律 设线圈平面从中性面开始转动， 角速度是ω 。 经过 时间 t，线圈转过的角度是ω t，ab 边的线速度 v 的方 向跟磁感线方向间的夹角也等于ω t，如右图所示。设 ab 边长为 L1，bc 边长 L2，磁感应强度为 B，这时 ab 边产生的感应电动势多大? eab=BL1vsinω t = BL1·L2 1 ω sinω t = BL1L2sinω t 2 2此时整个线框中感应电动势多大? e=eab+ecd=BL1L2ω sinω t 若线圈有 N 匝时， 相当于 N 个完全相同的电源串联， e=NBL1L2ω sinω t， 令 Em=NBL1L2 ω ，叫做感应电动势的峰值，e 叫做感应电动势的瞬时值。 根据部分电路欧姆定律，电压的最大值 Um=ImR，电压的瞬时值 U=Umsinω t。 电动势、 电流与电压的瞬时值与时间的关系可以用正弦曲线来表示， 如下图所示：3．几种常见的交变电波形 www.xkb1.com（三）课堂总结、点评 本节课主要学习了以下几个问题： 1．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生正弦 式交变电流。 2．从中性面开始计时，感应电动势瞬时值的表达式为 e=NBSω sinω t，感应电动 势的最大值为 Em=NBSω 。 3．中性面的特点：磁通量最大为Φ m，但 e=0。 （四）实例探究 交变电流的图象、交变电流的产生过程 【例 1】一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈 中的感应电动势 e 随时间 t 的变化如图所示。下面说法中正确的是 （ ） A．t1 时刻通过线圈的磁通量为零 B．t2 时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大 C． t3 时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大 D． 每当 e 转换方向时， 通过线圈的磁通量的绝对 值都为最大交变电流的变化规律 【例 2】在匀强磁场中有一矩形线圈，从中性面开始绕垂直于磁感线的轴以角速 度ω 匀速转动时，产生的交变电动势可以表示为 e=Emsinω t。现在把线圈的转速增为 原来的 2 倍，试分析并写出现在的交变电动势的峰值、交变电动势的瞬时值表达式， 画出与其相对应的交变电动势随时间变化的图象。分析物理图象的要点： 一看：看“轴” 、看“线” 、看“斜率” 、看“点” 、看“截距” 、看“面积” 、看“拐点” ，并理解其物理意义。 二变：掌握“图与图” “图与式”和“图与物”之间的变通关系。 三判：在此基础上进行正确的分析和判断。 综合应用新课标第一网 【例 3】 如图所示，匀强磁场的磁感应强度 B=2 T，匝数 n=6 的矩形线圈 abcd 绕中心轴 OO′匀速转动，角速度ω =200 rad/s。已知 ab=0.1 m，bc=0.2 m，线圈的总 电阻 R=40Ω ，试求： （1）感应电动势的最大值，感应电流的最大值； （2）设时间 t=0 时线圈平面与磁感线垂直，写出线圈中感 应电动势的瞬时值表达式； （3）画出感应电流的瞬时值 i 随ω t 变化的图象； （4）当ω t=30°时，穿过线圈的磁通量和线圈中的电流的 瞬时值各是多大？ （5）线圈从图示位置转过 均值是多大？ 解析：π 的过程中，感应电动势的平 2