《交变电流的产生和变化规律》教案

程志攀

教学目标：

1.知识与技能

运用电磁感应知识分析交流发电机的实际模型，理解交流电的产生原理和过程。

综合运用电磁感应知识，并借助数学工具，推导并总结交流电的变化规律。

结合交流电产生过程的分析，正确理解中性面、交流电的瞬时值、最大值的含义。

2.过程与方法

通过对交流发电机的实际模型观察，提高观察能力、空间想象能力，并领会立体图转化为平面图处理问题的方法。

通过对交流电变化规律的推导，逐步形成利用数学工具及物理规律解决实际问题的能力。

3.情感态度与价值观

通过观看三峡工程的相关视频，了解它的作用和意义，激发学生爱国主义热情，体会物理理论应用于实践所产生的价值。

通过对交流电变化规律的推导，逐步树立应用物理规律分析实际问题的信念。

教学重难点：

1.重点：交流电的产生原理和过程及交流电的变化规律。

2.难点：交流电的变化规律的推导。

教学资源：

演示实验：交流发电机、灯泡、电流表；交流发电机模型；示波器、函数信号发生器。

课时安排：45分钟。

教学过程：

活动之一：引入交变电流的概念。

图片引入：展示“三峡大坝”图片并简单介绍，引入实验。

演示实验：实验1：发电机与小灯泡连接。

实验2：发电机与电流表连接。

进入新课引入概念：引导学生观察实验现象，得出发电机产生的是大小和方向都随时间变化的交变电流，并进入新课。

活动之二：分析交变电流的产生过程。

设置疑问：对比恒定电流和直流电流，引出问题：为什么会产生交变电流？

介绍结构：介绍教学手摇发电机的主要构造。

理论分析：结合发电机模型，引导学生从理论上分析交变电流产生的过程，引出中性面的概念，让学生定性的得出交变电流的大小和方向的变化特点。

实验验证：通过实验验证交变电流的方向变化特点。

动画模拟：模拟形成电流的微观自由电荷定向运动的特点

活动之三：推导交变电流的具体变化规律。

创设情景：情景1：单匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴转动。提供已知条件，推导线圈在中性面和垂直中性面两个特殊位置的感应电动势。

引导分析。

得出结果：引导学生先将立体图转化为平面图，再进行分析，得出结果。

拓展情景。

学生推导。

集体评价。

确定结果：情景2：单匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。提供已知条件，推导线圈在t时刻的感应电动势。

学生请一个学生上台推导，得出结果。然后集体评价，得出正确结论。

拓展情景：情景3：n匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，求感应电动势。

集体完成：情景4：n匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。求感应电流，路端电压。

总结规律：规律：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴转动时，产生正弦式。

交变电流。简称正弦式电流。

实验演示：告诉学生正弦式电流只是常见的交变电流的一种，还有其它的形式。

知识延伸同时将其它某几种通过示波器显示出来。

活动之四：描述交变电流的变化规律。

公式描述：借鉴前面的推导结果，直接写出正弦式交变电流的数学表达式。

图象描述：引导学生画出感应电动势的变化图像，强调画图的规范性和条理性。

实验验证：运用示波器显示人工匀速摇动发电机的电压随时间变化的图象，并引导学生分析不是正弦式图象的原因。

实验演示：引入家庭用电，输入到示波器。显示出正弦式波形。

知识延伸：告诉学生正弦式电流只是常见的交变电流的一种，还有其它的形式，同时将其它某几种通过示波器显示出来。

活动之五：大型交流发电机的介绍。

播放视频：播放大型发电机的视频。

知识介绍：介绍交流发电机的基本组成和种类。

课堂小结：引导学生进行课堂小结。

播放视频：通过视频展示三峡工程的全面效益。

课后任务：布置课后作业。

板书设计。

第一节 交变电流的产生和变化规律。

一、交变电流的产生

1.什么是交變电流？

大小和方向都随时间做周期性变化的电流。

2.交变电流的产生过程：

中性面：线框平面与磁感线垂直的位置。

线圈位于中性面时，Φ最大，

线圈垂直中性面时，Φ=0，最大

线圈越过中性面时，线圈中I感方向要改变，转一周，改变两次。

二、交变电流的变化规律

线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，产生正弦式交变电流，简称正弦式电流。

1.正弦式电流的表达式： 2.正弦式电流的图象：

三、几种常见的交变电流波形

四、交流发电机