2024_2025学年高中物理第三章交变电流第2节交变电流是怎样产生的教案2鲁科版选修3_2.doc
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第2节交变电流是怎样产生的
一、教学目标
1、学问与技能
（1）使学生理解交变电流的产生原理，知道什么是中性面；
（2）驾驭交变电流的变更规律及表示方法；
（3）理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的精确含义。
2、过程与方法
（1）驾驭描述物理量的三种基本方法（文字法、公式法、图象法）；
（2）培育学生视察实力，空间想象实力以及将立体图转化为平面图形的实力；
（3）培育学生运用数学学问解决物理问题的实力。
3、情感、看法与价值观:通过试验视察，激发学习爱好，培育良好的学习习惯，体会运用数学学问解决物理问题的重要性。
二、教学重点：交变电流产生的物理过程的分析。
三、教学难点：交变电流的变更规律及应用。
教学过程
一、沟通发电机（试验、动画）
1、原理：由法拉第电磁感应定律可知，只要通过闭合导体的磁通量发生变更，就可以产生感应电动势和感应电流（线圈、磁感线）（学生试验）
2、构造：发电机主要由线圈（电枢）和磁极两部分组成。
3、种类：
（1）旋转电枢式发电机
磁极固定不动，让电枢在磁极中旋转，使穿过线圈的磁通量发生变更而产生感应电动势，这种发电机称为旋转电枢式发电机。
（2）旋转磁极式发电机
电枢固定不动，让磁极在电枢中旋转，使穿过线圈的磁通量发生变更而产生感应电动势，这种发电机称为旋转磁极式发电机。
不论哪种发电机，转动的部分都叫做转子，固定不动的部分都叫做定子。
旋转电枢式发电机转子是电枢，定子是磁极。旋转磁极式发电机刚好相反。
（3）两种发电机的比较（了解）
旋转电枢式发电机须要用电刷将产生的电流引到外电路，假如电压太高，就简洁发生火花放电，烧坏电刷。而且由于空间的限制线圈匝数不能太多。因此电压不会太高，一般在500v以下。而旋转磁极式发电机克服了上述缺点，能供应几千到几万伏的电压。所以，大多数大型发动机是旋转磁极式。
二、交变电流的产生原理
（试验用沟通发电机产生交变电流）
现象：线圈在磁场中每旋转1圈，电流表指针就左右摇摆1次，它的大小和方向都随时间做周期性变更。
为什么沟通发电机会产生大小和方向都随时间做周期性变更的电流？
1、手摇沟通发电机构造（图）
手摇发电机可以等效为一个矩形线圈，放在两个磁极产生的磁场中。矩形线圈两端分别与金属环K和L相连。两个金属环又分别和电刷A、B接触，并和电表一起组成一个闭合回路。
2、产生电流的缘由
矩形线圈abcd在磁场中绕oo’匀速转动，由于ab和cd做切割磁感线的运动（通过线圈的磁通量发生变更），使线圈中产生感应电动势和感应电流。
3、过程分析（感应电流的方向）（用制作的教具分析）（立体图画在旁边）
（1）图a，线圈平面与磁感线垂直，穿过线圈的磁通量最大。这个位置称为中性面。
Ab和cd的速度方向与磁感线平行，线圈两边都不切割磁感线，因此不产生感应电动势，没有感应电流。
①磁通量：最大
②感应电动势（磁通量变更率）：0
当线圈沿逆时针方向转动时，ab、cd在竖直方向的分速度使其切割磁感线，产生沿d→c→b→a方向的感应电流。
（2）图b，线圈沿逆时针方向转过90°，线圈与磁感线平行，穿过线圈的磁通量为0。此时，ab向下垂直切割磁感线，cd向上垂直切割磁感线。线圈中电流方向是d→c→b→a。
①磁通量：0
②感应电动势（磁通量变更率）：最大。
（3）图c，线圈又回到了中性面。Ab和cd的速度方向与磁感线平行，线圈平面与磁感线垂直，穿过线圈的磁通量最大。线圈两边都不切割磁感线，因此不产生感应电动势，没有感应电流。
①磁通量：最大
②感应电动势（磁通量变更率）：0
当线圈沿逆时针方向转动时，ab、cd在竖直方向的分速度使其切割磁感线，产生沿a→b→c→d方向的感应电流。
（4）图d，线圈接着转90°时，线圈与磁感线平行，穿过线圈的磁通量为0。此时，ab向上切割磁感线，cd向下切割磁感线。线圈中电流方向是a→b→c→d。
①磁通量：0
②感应电动势（磁通量变更率）：最大。
4、特殊位置
（1）中性面：与磁感线相垂直的平面。如a和c。
（2）中性面的垂面：与中性面相垂直的平面。如b和d。
（3）比较
通过以上分析可知，在线圈连续转动过程中，感应电流的大小和方向都将随时间做周期性变更。线圈每经过中性面1次，感应电流方向就变更1次；线圈转动1周，感应电流的方向就变更2次。
三、交变电流的变更规律
1、推导
设线圈平面从中性面起先转动，角速度是ω。经过时间t，线圈转过的角度是ωt，ab边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于ωt，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为
eab=BL1vsinωt=BL1·ωsinωt=BL1L2sinωt
此时整个线框中感应电动势为
e=eab+ecd=BL1L2ωsi