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日志

 
 

《交流电的产生》  

2009-02-11 22:23:47|  分类: 精彩收集 |  标签: |举报 |字号 订阅

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一、教学目标

(一)知识与技能

1.使学生了解交流电的产生原理。

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。

(二)过程与方法

1.掌握描述物理规律的基本方法——文字法、公式法、图象法2.培养学生观察能力、空间想象能力、立体图转化为平面图进行处理问题的能力。

3.培养学生运用数学知识解决处理物理问题的能力。

(三)情感态度与价值观

1.让学生充分体会简单美。

2.培养学生爱国主义精神及为富民强国认真学习的精神。

二、重点、难点、疑点及解决办法

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Φmin=0εm有最大值Φmax=BS。εmin=0的理解。

4.解决办法

(1)通过对矩形线圈在匀强磁场中匀速转动一周的实物演示,立体图结合侧视图的分析、特殊位置结合任一位置分析使学生了解交变电流的大小和方向是如何变化的。

(2)通过侧视图分析线圈运动方向与磁场方向B之间关系,利用导体切割磁场线方法来处理,使问题容易理解。

三、学生活动设计

1.学生通过设计发电机模型,观察发电机产生感应电流的演示实验,得出交变电流的概念,通过练习加深交变电流的概念理解。

2.学生通过参与正弦式交变电流产生的过程分析,掌握过程分析的方法及抓住关键位置讨论的方法,立体转化为平面的处理方法,同时得出正弦交变电流的变化规律。

3.学生通过观察市电的电压图象,得出交变电流变化规律描述的另一种方式——图象。

四、教学步骤

1.引入新课

1831年法拉第发现了电磁感应现象,为人类进入电气化时代打开了大门,今天我们使用的电灯,微波炉等家用电器的交流电是怎样产生并且怎样送到我们的家庭中来的呢?这就是我们这章的内容,先看第一节交流电的产生。

请同学们根据电磁感应知识,自己设计一发电机模型,教师巡视教室一圈,将学生典型两种画法用幻灯片打出。请学生回答电路中为什么会有感应电流?

学生回答,①电路闭合②磁通量变化。

引导学生答出甲图由于面积增大引起磁通量增加。乙图是由于线圈平面与磁感线的夹角变化引起磁通量变化。

拿出手摇发电机模型,介绍主要部件,(对照乙图)将发电机接演示用电流计缓慢转动线框一周,让学生观察电流计指针偏转情况(重复两次)

[学生]  指针左右摆动一次

这说明通过电流计的电流有何特点?

[学生]电流大小变化,方向变化

[教师]  连续3次缓慢转动线框,请学生继续观察电流计指针偏转情况。

[学生]  连续左右摆动3次。

[教师]这反映在连续转动线框过程中,通过电流计电流有何特点?

[学生]周期性变化

[教师]我们把这种强度、方向都随时间作周期性变化的电流叫做交流电。练习(幻灯打出)

1.下图画出了6种电流随时间变化的图象,这6个图中的电流i都随时间做周期性变化,其中属于交变电流的是_____,属于正弦式电流的是____。

个别提问基础上总结

(1)i-t图中处于t轴上方表示什么意思?处于上下方线段表示有何不同?

(2)如何体会周期性变化的含义?

2.新课教学

那刚才矩形线圈在匀强磁场中匀速转动为什么可以产生交流电?产生的交流电又属于哪种交流电呢(就刚才实物提问)?这节课我们就来解决这些问题。

线框匀速转动过程中,哪些边在切割磁感线?

ab边、cd边。

ab边、cd边其实在绕OO′做匀速圆周运动。

演示观察何时电动势最大?教师缓慢转动线框,请学生发现指针偏转最大时喊停。

此时线圈平面与磁感线平行。

演示观察何时电动势最小?教师缓慢转动线框,请学生发现指针偏转最小时喊停。

当线框平面垂直磁感线时,感应电动势最小。

为了便于讨论,我们来看挂图(转动一周五个特殊位置)。

教师交代:

1.磁场为匀强磁场

2.OO′与  ab边、cd边等距且ab=cd=l1  bc=da=l2

我们把与磁感线垂直的平面称为中性面,线框处于中性面时通过的磁通量最大。

为了能更方便地说明问题,我们将立体图转化为平面图来分析,那如何转化呢?

我们一起来看甲图是如何转化的,我们能看到的边是ad边,切割的两条边ab、cd可用点来表示。即为(甲)图

切割边ab、cd在图中的运动方向呢?

ab边、cd边绕OO′作圆周运动,所以运动方向时刻与圆周半径垂直。

请同学们在(甲)图上标上边ab、cd此时运动方向。

请同学们完成其余四图转化工作及标上ab、cd在各图中的切割方向。

学生完成后,打出事先准备好的幻灯片进行校正。

我们现在来分析线框转动一周过程中是如何产生交变电流的。

甲图中的运动方向v平行于磁感应强度方向B,则各产生的感应电动势多大?

ab边、cd边产生感应电动势均为零,则线框中总感应电动势为零。

同样得出乙图中eab=Bl1  v由学生利用右手定则判断出电流方向a→b

ecd=Bl1v  由学生利用右手定则判断出电流方向盘c→d 

线框由甲位置经t时间到某位置时,如

图示,(幻灯片上)此时,ab、cd运动方向如何?v与B方向夹角如何?如何处理?

此时ab边、cd边运动方向与ad垂直

线框转过的角度为ωt 

将v分解

v1=vsimωt  v1⊥B  v2=vcosωt  v2∥B

Eab=Bl1vsinωt  a→b  Ecd=Bl1vsinωt  c→d 

即线框中感应电动势e=2Bl1vsinωt  a→b→c→d.

而后半周期学生较熟练,教师引导学生完成,应特别注意电流方向。

最后师生共同总结

线框在匀强磁场中匀速转动一周过程中。

①线框中电流按正弦规律变化,故称正弦交变电流。e=εmsinωt  t=0时线框处中性面时开始计时

②中性面特点  a.Φmax=BS  ε=0

b.电流在此改变方向,线框转动一周内电流方向改变两次 

③当S∥B时Φmin=0,εm=2Bl1v

我们照明电路里的电流就是由这种发电机(实际结构比这个复杂)产生的交流电,通过实验来观察它的电压随时间变化图象。

教师将示波器提到讲台桌上,先向学生介绍其功能、用途。接着将市电接到示波器观察图象如何。

按正弦规律变化表达式e=εmsinωt伏。

将此电压接到电阻为R电路中的电流图象如何呢?由学生答出。

闭合电路欧姆定律同样适用纯电阻的交流电路,但注意时刻的对应关系

练习:(幻灯打出)

3.某一交变电流如图示

(1)该图表示线框在何处开始计时?

(2)线框在哪些时刻处于中性面?

(3)ωtM·ωtN时线框分别处于与中性面夹角多大处?

(4)对照实物或侧视图分析tM、tN时刻电流方向?

(5)说出e=εmsinωt既表示电动势大小,又表示方向理由?教师简单就演示物介绍发电机的构造及分类。

最后介绍我国电力建设成就

(四)总结、扩展

(1)矩形线框在匀强磁场中匀速转动,产生正弦交变电流。若从中性面开始计时则e=εmsinωt  i=εm/Rsinωt  εm=2Bl1v

若开始就与中性面夹角=30°则公式、图象又如何表示?

(2)中性面的特点  ①Φmax=BS  ε=0

②电流在此改变方向

(3)如何理解①Φmax=BS  εmin=0  εmin=0  εmax=2Bl1v可否类比v-ts-t?斜率的含义从Φ-t图斜率理解。

七、布置作业

八、板书设计

1.产生原理  线框在匀强磁场中匀速转动

2.过程分析  甲S⊥B  Φmax=BS  εmin=0______中性面

乙S∥B  Φmin=2Bl1v  电流方向a→b→c→d

甲→乙与中性面夹角ωt  Φ=  BSεωt  e=εmsinωt

电流方向a→b→c→d  εmsinωt

3.规律  公式e=εωmsinωt  i=εm/R  sinωt

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