交流電物理教案

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一、教學目標

1．了解交流電是怎樣產(chǎn)生的．

2．理解交流電的變化規(guī)律．

3．認識交流電的最大值、有效值、周期、頻率．

二、重點、難點分析

1．重點分析交流電產(chǎn)生的物理過程．使同學了解線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)一周的時間內(nèi)，電流的大小及方向是怎樣變化的．

2．交流電有效值的概念，既是重點又是難點，要使同學理解它的物理意義及在實際中的應用．

3．分析交流電的大小及方向時，線圈運動方向(v)與磁感強度B．之間的角度關系，是得出交流電變化規(guī)律的關鍵，應注意．

三、教具

1．示波器，看交流電圖像．

2．手搖式交流發(fā)電機模型．該發(fā)電機可使2.5V小燈泡發(fā)光，可使電流表指針擺動．

3．可拆式發(fā)電機模型．轉(zhuǎn)子可取出、放入，不能真發(fā)電，為講電流方向用．

4．掛圖，交流發(fā)電機．

四、主要教學過程

(一)引入新課

1831年法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象，為人類進入電氣化時代打開了大門．今天我們使用的電燈、微波爐等家用電器中的交流電是怎樣產(chǎn)生并且怎樣送到我們的家庭中來的呢？這就是這一章要學習的主要內(nèi)容，先看“交流電的產(chǎn)生”．

(二)主要教學過程設計

1．首先演示手搖發(fā)電機，操作時由快轉(zhuǎn)到慢轉(zhuǎn)，使同學看出一閃一閃的亮，快轉(zhuǎn)時則不易看出閃亮．告訴同學：“這就是交流電”．同時指出；我們點的電燈也是一閃一閃，只不過每秒閃50次看不出來．再將發(fā)電機模型中的燈泡取下，連接上電流表，慢慢旋轉(zhuǎn)手搖發(fā)電機，使同學看出電流表指針忽大忽小、忽左忽右的擺動．

演示目的：使同學對交變電流有一感性認識，即電流的強弱與方向都在隨時間做周期性的變化．

2．再用示波器看正弦交流波形、鋸齒波形及方波波形．

指出：這些都屬交流電．

對比提問：這是不是交流電？告訴同學這是脈動直流．電流的強弱雖然變化，但方向沒變．

板書：“強度和方向都隨時間做周期性變化的電流叫做交流電”．

提出問題：這種交變電流是怎樣產(chǎn)生的呢？

3．掛圖或板圖．



(1)首先對原理圖1做一些說明．

①線圈所在磁場為勻強磁場．

②設線圈為矩形線圈，如圖2．

③圖1中線圈abcd為圖2中線圈abcd水平放置時的圖景，線圈平面與磁感線垂直．圖1中abcd所在位置為中性面．

(2)規(guī)定t=0的時刻為圖1中線圈所在的位置為起始時刻，即由中性面開始，逆時針方向轉(zhuǎn)動．角速度為ω．

4．分析交流電產(chǎn)生的過程．

(1)先看感應電流方向．

根據(jù)右手定則引導同學判定線圈在磁場中由中性面開始逆時針方向轉(zhuǎn)動一周的過程中，感應電流的方向改變兩次．

(2)再看感應電流的大小．



全過程可將線圈在磁場中的位置分為如圖3所示的0、1、2、3、4、5、6、7八個位置，引導同學討論在各個位置時，感應電動勢的大小．①位置0、4：由于B∥v所以e0=e4=0；線框abcd中無感應電動勢．

②位置2、6：此時B⊥v所以e2=2Blv，線框中感應電動勢e2=e6=2Blv=εm，為感應電動勢最大值．

③位置1、5：見圖4．

e1=Blv⊥=Blvsinθ=Blvsinωt．

e5=Blv⊥=Blvsin(180°+θ)=-Blvsinωt，負號只表示電動勢的方向，即線框中感應電動勢由cd邊流入，ab邊流出，abca中感應電動勢的大小

e1=e5＝2Blvsinωt＝εmsinωt．

④位置3、7∶e3=Blv⊥=Blvsinωt．e7=Blv⊥=Blvsin(360°-θ)=-Blvsinωt．線框abcd中感應電動勢大小

e3=e7＝2Blvsinωt=εmsinωt．

后半周的討論，同學會熟練一些．教師應引導同學注意后半周內(nèi)電動勢方向的變化．



最后，總結出交流電的變化規(guī)律：

在線框旋轉(zhuǎn)一周的時間內(nèi)，感應電動勢的方向變化兩次，即每經(jīng)過中性面變化一次．感應電動勢的大小隨時間按正弦規(guī)律變化，故稱為正弦交流電．

5．畫出交流電圖像，同時指出若電路閉合，則交流電流、電壓的表達式都可寫出．

上述教學過程暫告一段落，同學可放松一下，教師則可簡單介紹一下發(fā)電機的實際知識(轉(zhuǎn)子、定子、電樞……)．然后，開始本節(jié)課的第二個高潮．

6．介紹表征交流電的幾個物理量．

由交流電圖像，指出最大值εm、周期T．

板書：εm=2Blv．



介紹民用及工業(yè)用電的頻率為50Hz．周期為0.02s，民用交流電的最大值為311V．

提出問題：我們平時常說的220V又是什么值呢？引入有效值概念．

7．有效值．

板圖：



甲、乙圖中電爐燒水，設壺材料同、水質(zhì)量相等、水的初溫相同．同時加熱，若在相同時間內(nèi)使兩壺水燒開．即直流電在電阻上產(chǎn)生的焦耳熱與交流電在相同電阻相同時間內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱相等時，稱直流電的電壓(或電流強度)為交流電電壓(或電流強度)的有效值．

板書：Q直＝Q交．



提問：交流電壓的最大值Um=311V時，它的有效值U=？

指出：通常所說交流電壓的大小均指有效值，交流電壓表或交流電流表的示數(shù)也均指有效值．

8．鞏固．

試電筆上的氖管，起輝電壓為86.6V．若將其接在電壓為70.7V，頻率為50Hz的交流電源上，氖管能發(fā)光嗎？

提問式啟發(fā)：70.7V指的是電壓的什么值？

答：有效值．



又問：頻率為50Hz，氖管每秒閃光多少次？

答：f=50Hz，則每秒有100次達峰值電壓，

所以每秒閃光100次．

又問：這個交流電壓的表達式怎樣寫？

答：f=50Hz，ω=2πf=100rad/s．

Um=100V，

所以U=100sin100πt(V)．

(三)課堂小結

1．線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)，線圈所圍面積中磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生感應電動勢，外電路閉合時，有交變電流．線圈每旋轉(zhuǎn)一周，兩次經(jīng)過中性面，電流方向改變兩次；線圈兩次與中性面垂直時達峰值．交流電按正弦規(guī)律變化．

2．正弦交流電的瞬時值表達式為：

e=εmsinωt．

u=Umsinωt．

i=Imsinωt．

式中εm=2Blv，ω=2πn=2πf．

3．交流電有效值的概念必須清楚，即交流電與直流電在熱效應相等的條件下，直流電的電壓(電流強度)值為交流電壓(電流強度)的有效值．

五、教學說明

1．本教案密度較大，對基礎好的學生可一氣呵成，將有關交流電的基礎知識一并托出，下節(jié)課可安排一定時間復習，如給出交流電圖像，要求能識別出周期、最大值，計算出頻率、角頻率、有效值等等，使知識落實．

對基礎差的學生則可將本節(jié)內(nèi)容分成兩節(jié)進行，將知識點落實的工作一步步完成．

2．有條件的學校，可將εm=BSω及εm=NBSω的知識在習題課中補充給學生．