第一篇：高中物理 第三章 电磁感应 第三节 交变电流教学设计 新人教版选修1-11
交变电流
一、设计思想
作为选修1—1的内容，本节课和以前的必修教材相比只要求学生对交 流发电机的原理、交流电的变化规律及描述具有简单的认知，并不要求深入研究。另外本节和以前相比增加了电容器在交流电路中的应用，要求并不高。根据本节课的特点，在授课中更多的采用在教师的引导下由学生自己解决问题方式。
二、教学目标
知识与技能：
1、了解交流发电机的工作原理；
2、了解交流电的变化规律，知道交流电的有效值；
3、了解电容器在交流电路中简单应用。过程与方法：
通过实验现象的观察和分析，积极探索，得出结论，培养学生的 实验能力、观察分析能力，养成科学的思维方法。情感、态度与价值观：
激发学生自主学习的兴趣，培养学生科学研究的习惯。
三、教学重点、难点
重点：交流电的产生原理和简单描述 难点：电容器在交流电路中的应用。
四、教学资源
手摇发电机、电池、灯泡、导线、电流计、电键、学生电源、示波器、电容器
五、主要教学过程
引入：简介历史上电的发展历程和电在生产、生活中的应用。
提问：电从何而来？ 板书：
三、交变电流
问题一：交流发电机工作原理： 实验演示：
（1）将电池、灯泡、电键连成简单的串联电路，电键闭合，灯泡 被点亮。提问：电从何而来？（2）将手摇发电机代替电池接入串联电路，电键闭合，转动手摇 发电机的摇把，灯泡被点亮。
提问：这时电又从何而来？
教师引导学生观察发电机的构造，由学生试着画其原理图。教师做指 导。
教师小结学生画原理图的情况，给出课本55页图3.3-1，介绍发电机 的构造：定子、转子。
板书：
（一）发电机
1、构造：
教师提问：发电机是如何发电的呢？
学生分组讨论、教师适当做引导、最后由各组派代表小结发电机工作 原理
教师总结发电机工作原理。
板书：
2、工作原理：转动——穿过线圈的磁通量发生变化——线圈 中产生感应电动势——若电路闭合，产生电流。
问题二：交流电的特征及描述
实验演示：（1）电池作为电源，将灯泡接入电路，观察灯泡点亮后的情况。（2）用手摇发电机代替电池接入电路，观察灯泡在摇把转动过程中亮度情况。
教师提问：两种情况下灯泡点亮情况有什么不同？
灯泡亮度变化说明什么？
那么电流是怎样变化的呢？我们如何观察到它的变化？ 实验演示：把电流表接入电路，观察摇把转动过程中示数变化。学生小结实验观察结果，教师总结。板书：
（二）交变电流
1、大小、方向随时间做周期性变化的电流叫做交变电流；
各种电池供给的电流只沿一个方向流动，叫做直流。教师提问：我们家庭用电是由电网送来的，它是直流电还是交流电呢？请大家用示波器自己观察一下。
学生实验：由学生分组操作课本56页的实验。教师适度引导学生观察交流电的变化特点。
找各组学生代表总结实验现象和交流电的变化特点。教师补充、总结。
板书：
2、变化规律：电流、电压随时间按正弦规律变化，叫做正弦式电流。
3、交流电的描述：
（1）周期：交流完成一次周期性变化所用时间，通常用T表示，单位是秒；
（2）频率：交流在1秒内发生周期性变化的次数。通常用f表示，单位是赫兹Hz； T=1/f；f=1/T，我国使用的交流电频率是50Hz。
教师提问：请同学们计算小灯泡的功率。
学生会自然提出问题：交流电的电流和电压随时间在变化，该用哪一个值呢？
教师给出有效值的概念和定义方法。板书：（3）有效值：
a、根据电流的热效应规定：把交流和直流分别通过相同的电阻，如果在相等的时间里它们产生的热量相等，我们就把这个直流电压、电流的数值称做交流电压、电流的有效值。b、按正弦规律变化的交流，有效值和峰值之间的关系： Ue=Um/√2≈0.707Um
Ie=Im/√2≈0.707Im
c、在使用交流电的电器设备上，标注的额定电压、额定电流值都是交流的有效值。
问题三：交流电能够通过电容器
实验演示：把电容器接入串联电路，当电源为电池时，灯泡不亮，当电源手摇发电机时灯泡被点亮。提问：说明了什么？
教师提问：为什么交流电能通过电容器？ 教师引导学生思考讨论：
交流电变化的一个周期内电容器会经历哪些过程？
电容器充放电过程中，电荷是怎样运动的？
教师结合课本57页图3.3-7引导学生分析交流通过电容器的实质过程。
结合课本58页图3.3-
8、3.3-9简单介绍电容器在收音机和收录机中的应用。
板书：
（三）交流电能够通过电容器
1、电容器能够“隔直流、通交流”
2、电容器在电子技术中有重要应用。
六、课堂小结 让学生总结出本节课的知识内容、重点和难点。
七、板书设计
三、交变电流
（一）发电机
1、构造：定子、转子
2、工作原理：转动——穿过线圈的磁通量发生变化——线圈中产生感应电动势——若电路闭合，产生电流。
（二）交变电流
1、大小、方向随时间做周期性变化的电流叫做交变电流；
各种电池供给的电流只沿一个方向流动，叫做直流。
2、变化规律：电流、电压随时间按正弦规律变化，叫做正弦式电流。
3、交流电的描述：
（1）周期：交流完成一次周期性变化所用时间，通常用T表示，单位是秒；
（2）频率：交流在1秒内发生周期性变化的次数。通常用f表示，单位是赫兹Hz；
T=1/f；f=1/T，我国使用的交流电频率是50Hz。
（3）有效值：
a、根据电流的热效应规定：把交流和直流分别通过相同的电阻，如果在相等的时间里它们产生的热量相等，我们就把这个直流电压、电流的数值称做交流电压、电流的有效值。b、按正弦规律变化的交流，有效值和峰值之间的关系： Ue=Um/√2≈0.707Um
Ie=Im/√2≈0.707Im
c、在使用交流电的电器设备上，标注的额定电压、额定电流值都是交流的有效值。
（三）交流电能够通过电容器
1、电容器能够“隔直流、通交流”
2、电容器在电子技术中有重要应用。
八、课后反思
第二篇：2017粤教版高中物理选修第二章《交变电流的产生及描述》word学案
学案3 习题课：交变电流的产生及描述
[学习目标定位]
1.理解交变电流的产生过程，能够求解交变电流的瞬时值.2.理解交变电流图象的物理意义.3.知道交变电流“四值〞的区别，会求解交变电流的有效值．
1．线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动时产生正弦式交变电流，瞬时值表达式e＝Emsin_ωt(从中性面开始计时)．
2．正弦式交变电流的最大值Em＝nBSω，即最大值由线圈匝数n、磁感应强度B、转动角速度ω及线圈面积S决定，与线圈的形状、转轴的位置无关(填“有关〞或“无关〞)．
3．线圈在转动过程中的平均电动势，要用法拉第电磁感应定律计算，即＝n.4．正弦交流电的有效值U＝，I＝.其他非正弦交流电的有效值根据电流的热效应求解.一、对交变电流产生规律的理解
求解交变电动势瞬时值时：(1)先要计算峰值Em＝nBSω；(2)确定线圈从哪个位置开始转动，以便确定瞬时值表达式是按正弦规律变化还是按余弦规律变化；(3)确定线圈转动的角速度ω(以rad/s作单位)；(4)最后确定感应电动势的瞬时值表达式．
例1 图1甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图．其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动，线圈的匝数n＝100匝，电阻r＝10
Ω，线圈的两端经集流环与电阻R连接，电阻R＝90
Ω，与R并联的交变电压表为理想电表．在t＝0时刻，线圈平面与磁场方向平行，穿过每匝线圈的磁通量Φ随时间t按图乙所示正弦规律变化．求：
图1
(1)交流发电机产生的电动势最大值；
(2)电动势的瞬时值表达式．
(3)线圈转过
s时电动势的瞬时值．
(4)电路中交变电压表的示数．
解析(1)交流发电机产生电动势的最大值Em＝nBSω
而Φm＝BS，ω＝，所以Em＝
由Φ－t图线可知，Φm＝2.0×10－2
Wb，T＝0.2
s
所以Em＝20π
V＝62.8
V.(2)线圈转动的角速度ω＝＝
rad/s＝10π
rad/s，由于从垂直中性面处开始计时，所以感应电动势瞬时值表达式为e＝Emcos
ωt＝62.8cos
(10πt)
V
(3)当线圈转过
s时
e＝20πcos
(10π×)
V＝10π
V≈31.4
V
(4)电动势的有效值E＝＝10π
V
U＝E＝×10π
V＝9π
V≈40
V
答案(1)62.8
V(2)e＝62.8cos
(10πt)
V(3)31.4
V
(4)40
V
二、交变电流图象的应用
正弦交流电的图象是一条正弦曲线，从图象中可以得到以下信息：
(1)交变电流的峰值Im、Em、周期T、频率f.(2)可根据线圈转至中性面时电流为零的特点，确定线圈处于中性面的时刻，确定了该时刻，也就确定了磁通量最大的时刻和磁通量变化率最小的时刻．
(3)可根据线圈转至与磁场平行时感应电流最大的特点，确定线圈与中性面垂直的时刻．此时刻也就是磁通量为零的时刻和磁通量变化率最大的时刻．
例2(双选)如图2所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生的正弦交流电的图象，当调整线圈转速后，所产生正弦交流电的图象如图线b所示，以下关于这两个正弦交流电的说法正确的选项是()
图2
A．在图中t＝0时刻穿过线圈的磁通量均为零
B．线圈先后两次转速之比为2∶3
C．交流电a的瞬时值为u＝10sin
(5πt)
V
D．交流电b的最大值为
V
解析 由题图可知，t＝0时刻线圈均在中性面，穿过线圈的磁通量最大，A错误；由题图可知Ta∶Tb＝2∶3，故na∶nb＝3∶2，B错误；由题图可知，C正确；因ωa∶ωb＝3∶2，交流电最大值Um＝nBSω，故Uma∶Umb＝3∶2，Umb＝Uma＝
V，D正确．
答案 CD
三、交变电流有效值的计算
求解有效值的一般方法和技巧：
(1)首先要分析交变电流的变化规律，正弦式交变电流的最大值和有效值的关系是I＝、U＝，非正弦式交变电流一般不符合此关系．
(2)对于非正弦式交变电流，可在一个周期内分段求出产生的热量，再求热量的总和Q.将总热量Q用相应的物理量I或U来表示(如Q＝I2RT或Q＝T)，那么I或U为非正弦式交变电流的相应有效值．
例3(单项选择)如图3表示一交流电电流随时间变化的图象，其中电流的正值为正弦曲线的正半周，其最大值为Im；电流的负值强度为Im，那么该交流电的有效值为
()
图3
A.B.Im
C．Im
D.Im
解析 根据有效值的定义，取一个周期T，那么
Q＝()2R＋IR＝I2RT
解得：I＝Im，应选D.答案 D
四、交变电流“四值〞的应用比拟
交变电流的四值，即峰值、有效值、瞬时值、平均值，在不同情况下的使用：
(1)在研究电容器的耐压值时，只能用峰值．
(2)在研究交变电流做功、电功率及产生的热量时，只能用有效值，交流电表显示的也是有效值．
(3)在研究交变电流通过导体横截面的电荷量时，只能用平均值．
(4)在研究某一时刻线圈受到的安培力时，只能用瞬时值．
特别提醒(1)交变电流的平均值是针对某一过程的物理量，在不同的时间内平均值一般不相同．
(2)平均电动势不等于初、末两时刻瞬时值的平均值，必须用法拉第电磁感应定律计算即＝n.例4 一个电阻为r、边长为L的正方形线圈abcd共N匝，线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO′以如图4所示的角速度ω匀速转动，外电路电阻为R.图4
(1)写出此刻线圈感应电流的方向．
(2)线圈转动过程中感应电动势的最大值为多大？
(3)线圈平面与磁感线夹角为60°时的感应电动势为多大？
(4)设发电机由柴油机带动，其他能量损失不计，线圈转一周柴油机做多少功？
(5)从图示位置开始，线圈转过60°的过程中通过R的电荷量是多少？
(6)图中电流表和电压表的示数各是多少？
解析(1)由右手定那么可判定电流的方向沿adcba.(2)Em＝NBSω＝NBωL2.(3)线圈平面与B成60°角时的瞬时感应电动势
e＝Emcos
60°＝NBωL2.(4)电动势的有效值E＝.电流的有效值I＝，由于不计能量损失，柴油机做的功全部转化为电能，线圈转一周，柴油机做的功
W＝EIt＝t＝·＝.(5)通过R的电荷量
q＝·Δt＝·Δt
＝N＝＝
(6)电流表示数I＝＝＝
电压表示数U＝IR＝
答案 见解析
1．(交变电流图象的应用)(双选)图5甲、乙分别表示两种电压的波形，其中甲电压按正弦规律变化．以下说法正确的选项是()
图5
A．甲表示交流电，乙表示直流电
B．两种电压的有效值相等
C．甲电压的瞬时值表达式为u＝311sin
(100πt)
V
D．甲交变电流的有效值比乙交变电流的有效值大
答案 CD
解析 两题图中电压的大小和方向都随时间变化，在t轴的上方为正，下方为负，A错．有效值E＝只对正弦交流电适用，将两个图象叠放在一起，可以看出两个交变电流的最大值相等，甲对应的有效值大，所以B错，D对．由题图甲可知C对．
2．(交变电流有效值的计算)(单项选择)如图6所示，图甲和图乙分别表示正弦脉冲波和方波的交变电流与时间的变化关系．假设使这两种电流分别通过两个完全相同的电阻，那么经过1
min的时间，两电阻消耗的电功之比W甲∶W乙为()
图6
A．1∶
B．1∶2
C．1∶3
D．1∶6
答案 C
解析 电功的计算，I要用有效值计算，题图甲中，由有效值的定义得()2R×2×10－2＋0＋()2R×2×10－2＝IR×6×10－2，得I1＝
A；题图乙中，I的值不变，故I2＝1
A，由W＝UIt＝I2Rt可以得到W甲∶W乙＝1∶3.C正确．
3．(对交变电流产生规律的理解)如图7所示，在匀强磁场中有一个“π〞形导线框可绕AB轴转动，匀强磁场的磁感应强度B＝T，线框的CD边长为20
cm，CE、DF长均为10
cm，转速为50
r/s.假设从图示位置开始计时：
图7
(1)写出线框中感应电动势的瞬时值表达式；
(2)在e－t坐标系中作出线框中感应电动势随时间变化关系的图象．
答案(1)e＝10cos
(100πt)
V(2)见解析图
解析(1)线框转动，开始计时的位置为线圈平面与磁感线平行的位置，在t时刻线框转过的角度为ωt，此时刻e＝Bl1l2ωcos
ωt，即e＝BSωcos
ωt，其中B＝
T，S＝0.1×0.2
m2＝0.02
m2，ω＝2πn＝2π×50
rad/s＝100π
rad/s，故e＝×0.02×100πcos
(100πt)
V，即e＝10cos
(100πt)
V.(2)线框中感应电动势随时间变化关系的图象如下图．
4．(交变电流“四值〞的应用比拟)如图8所示，单匝线圈在匀强磁场中绕OO′轴从图示位置开始匀速转动．从图示位置转过时，线圈中电动势大小为10
V，求：
图8
(1)交变电动势的峰值；
(2)交变电动势的有效值；
(3)与线圈相接的交流电压表的示数．
答案(1)20
V(2)10
V(3)10
V
解析(1)图示位置为中性面，从此时开始计时，交变电动势的瞬时值为e＝Emsin
ωt，将ωt＝，e＝10
V代入上式，求得
Em＝20
V.(2)此电流为正弦交变电流，所以交变电动势的有效值
E＝＝
V＝10
V.(3)此交流电压表测的是电动势的有效值，大小为10
V.题组一 对交变电流产生规律的理解
1．(单项选择)如图1所示，在水平方向的匀强磁场中，有一单匝矩形导线框可绕垂直于磁场方向的水平轴转动．在线框由水平位置以角速度ω匀速转过90°的过程中，穿过线框面的最大磁通量为Φ，导线框的电阻为R，那么以下说法中正确的选项是
()
图1
A．导线框转到如下图的位置时电流的方向将发生改变
B．导线框转到如下图的位置时电流的方向为badc
C．以图中位置作为计时起点，该导线框产生的交流电瞬时值表达式为e＝Φωsin
ωt
D．以图中位置作为计时起点，该导线框产生的交流电瞬时值表达式为e＝Φωcos
ωt
答案 D
2．(单项选择)面积均为S的两个电阻相同的线圈，分别放在如图2甲、乙所示的磁场中，甲图中是磁感应强度为B0的匀强磁场，线圈在磁场中以周期T绕OO′轴匀速转动，乙图中磁场变化规律为B＝B0cos
t，从图示位置开始计时，那么
()
图2
A．两线圈的磁通量变化规律相同
B．两线圈中感应电动势到达最大值的时刻不同
C．经相同的时间t(t＞T)，两线圈产生的热量不同
D．从此时刻起，经T/4时间，流过两线圈横截面的电荷量不同
答案 A
解析 甲图中的磁通量变化规律为Φ甲＝B0Scos
t，乙图中磁通量的变化规律为Φ乙＝B0Scos
t.由于两线圈中的磁通量变化规律相同，那么两线圈中感应电动势的变化规律相同，到达最大值的时刻也相同，有效值E也相同，又因两线圈电阻相同，所以Q＝t也相同，经过时间，流过两线圈横截面的电荷量q＝·也相同，故A正确．
题组二 交变电流图象的应用
3．(单项选择)某台家用柴油发电机正常工作时能够产生与我国照明电网相同的交变电流．现在该发电机出现了故障，转子匀速转动时的转速只能到达正常工作时的一半，那么它产生的交变电动势随时间变化的图象是
()
答案 B
解析 线圈转速为正常时的一半，据ω＝2πn＝知，周期变为正常时的2倍，又据Em＝nBSω知，最大值变为正常时的一半，结合我国电网交流电实际情况，知正确选项为B.4．(单项选择)一矩形金属线圈共10匝，绕垂直磁场方向的转轴在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生的交变电动势e随时间t变化的情况如图3所示，以下说法中正确的选项是
()
图3
A．此交流电的频率为0.2
Hz
B．此交变电动势的有效值为1
V
C．t＝0.1
s时，线圈平面与磁场方向平行
D．在线圈转动过程中，穿过线圈的最大磁通量为
Wb
答案 D
解析 由题图可知，此交流电的周期T＝0.2
s，频率f＝＝5
Hz，A错误．E＝＝
V，B错误．t＝0.1
s时，感应电动势为0，线圈平面与磁感线垂直，C错误．因Em＝nBSω，其中n＝10，ω＝＝10π
rad/s，故Φ＝BS＝
Wb，D正确．
5．(单项选择)如图4(a)所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动．假设以线圈平面与磁场夹角θ＝45°时为计时起点，如图(b)所示，并规定当电流自a流向b时电流方向为正．那么以下所示的四幅图中能正确描述该电流的是()
图4
答案 D
解析 由楞次定律知，t＝0时，感应电流方向为负，线圈平面与中性面的夹角为－θ＝，线圈再转过到达中性面，所以，在线圈转过的过程中电流在减小，转过的角度α＝时，i＝0，因而只有D项正确．
题组三 交变电流有效值的计算
6．(单项选择)如图5所示是一交变电流的i－t图象，那么该交变电流的有效值为
()
图5
A．4
A
B．2
A
C.A
D.A
答案 D
解析 根据有效值的定义可得：
()2R·＋(4)2R＝I2RT，解得：I＝
A，应选D.7．(单项选择)如图6所示，A、B是两个完全相同的电热器，A通以图甲所示的方波交变电流，B通以图乙所示的正弦交变电流，那么两电热器的电功率PA∶PB等于
()
图6
A．5∶4
B．3∶2
C.∶1
D．2∶1
答案 A
解析 设方形波的有效值为I1，那么IR＋IR＝IRT，解得：I1＝
I0
正弦交流电有效值为：I2＝
所以PA∶PB＝IR∶IR＝5∶4，应选A.题组四 交变电流“四值〞的应用比拟
8．(双选)如图7所示，单匝矩形线圈放置在磁感应强度为B的匀强磁场中，以恒定的角速度ω绕ab边转动，磁场方向垂直于纸面向里，线圈所围面积为S，线圈导线的总电阻为R.t＝0时刻线圈平面与纸面重合．那么()
图7
A．线圈中电流t时刻瞬时值表达式为i＝cos
ωt
B．线圈中电流的有效值为I＝
C．线圈中电流的有效值为I＝
D．线圈消耗的电功率为P＝
答案 CD
解析 回路中感应电动势最大值Em＝BSω，电流最大值Im＝＝，t＝0时线圈在中性面，故电流瞬时值表达式i＝sin
ωt.线圈中电流的有效值I＝＝，P＝I2R＝，故A、B错误，C、D正确．
9.如图8所示，在匀强磁场中有一个内阻r＝3
Ω、面积S＝0.02
m2的半圆形导线框可绕OO′轴旋转．匀强磁场的磁感应强度B＝
T．假设线框以ω＝100π
rad/s的角速度匀速转动．且通过电刷给“6
V、12
W〞的小灯泡供电，那么：
图8
(1)假设从图示位置开始计时，求线框中感应电动势的瞬时值表达式；
(2)从图示位置开始，线框转过90°的过程中，流过导线横截面的电荷量是多少？该电荷量与线框转动的快慢是否有关？
(3)由题所给条件，判断外电路所接小灯泡能否正常发光？如不能，那么小灯泡实际功率为多大？
答案(1)e＝10cos
(100πt)
V(2)
C 无关(3)不能
W
解析(1)线框转动时产生感应电动势的最大值Em＝BSω＝×0.02×100π
V＝
V
因线框转动从平行于磁感线位置开始计时，那么感应电动势的瞬时值表达式
e＝Emcos
ωt＝10cos
(100πt)
V.(2)线框转过90°的过程中，产生的平均电动势＝.流过导线横截面的电荷量q＝·Δt＝，又灯泡电阻R＝＝
Ω＝3
Ω.故q＝＝
C＝
C，与线框转动的快慢无关．
(3)线框产生的感应电动势的有效值E＝＝10
V，灯泡两端电压U＝R＝5
V.因U＜6
V，故灯泡不能正常发光．
其实际功率P＝＝
W＝
W.
第三篇：交变电流教学流程图
交
变
电
流
三维目标
知识与技能
1、知道正弦交流电是矩形线框在匀强磁场中匀速转动产生的．知道中性面的概念．
2、掌握交变电流的变化规律及表示方法，理解描述正弦交流电的物理量的物理含义． 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、图像法．
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．
情感态度与价值观
培养学生自主学习的精神．
教学重点、难点
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及规律的理论探究．
师生互动设计：
对于交变电流的产生，采取由感性到理性，由定性到定量，逐步深入的师生探究方法．为了有利于学生理解和掌握，教学中用示波器或模型配合讲解．
授课时数：1课时 教学过程：
一、新课引入：法拉第电磁感应现象的发现，开启电气时代的新纪元。展示部分家用电器及供电线路，二、新课教学：交变电流教学流程图
教师活动 学生活动
1、创设情景：观察磁体对灯泡灯丝的作用
原因猜测：
可能出现结果
1、电流的大小变化
2、电流的方向变化
3、大小和方向都变化
2、实验检验 实验方案的设计
1、电流表检验
2、示波器
3、交变电流的概念
4、交变电流的产生过程
模型展示
师生总结： 中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置叫做中性面．
（1）线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但ab和cd边都不切割磁感线，所以线圈中的电动势为零．
（2）线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈转动一周，两次经过中性面，电流方向改变两次．
5、交变电流的图象
6、引导学生进行理论探究
7、展示几种常见的交变电流
三、课堂小结
四、教学反思
五、评课意见
深化理解：例题讨论
思维训练：立体图转化为平面图
过程分析：
讨论电动势与电流方向
猜测图象形状：
理论推导
第四篇：交变电流 教学设计与教学反思
《交变电流》教学设计与教学反思
甘肃 陇西一中 唐月有 748100
一、教材分析
交变电流知识对生产和生活关系密切，有广泛的应用，考虑到高中阶段只对交流电的产生、描述方法、基本规律作简要的介绍，这些知识是已学过的电磁感应的引伸，所以在教学过程中对开阔学生思路、提高能力是很有好处的。
为了适应学生的接受能力，教材采取从感性到理性、从定性到定量逐渐深入的方法讲述这个问题.教材先用教具演示矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时产生交流电，以展示交流电是怎样产生的.并强调让学生观察教材图5．１－３所示线圈通过甲、乙、丙、丁四个特殊位置时，电流表指针变化的情况，分析电动势和电流方向的变化，这样学生就会对电动势和电流的变化情况有个大致的了解.然后让学生用右手定则独立分析线圈中电动势和电流的方向.这样能充分调动学生的积极性,培养学生的观察和分析能力。
关于交变电流的变化规律，教材利用上章学过的法拉第电磁感应定律引导学生进行推导，得出感应电动势的瞬时值和最大值的表达式，进而根据闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律推出电流与电压瞬时值与最大值的表达式。
二、教学目标
1、知识与技能
（1）知道什么是交变流电。并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。
（4）知道几种常见的交变电流。如正弦式交变电流、锯齿形交变电流、矩形脉冲电流。
2、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处理物理问题的能力。
3、情感、态度与价值观目标
结合实际情况培养学生理论联系实际的思想.三、教学重点难点
重点：
1、交变电流产生的物理过程的分析.2、交变电流的变化规律的图象描述。难点：１、交变电流的变化规律及应用.２、图象与实际发动机转动时的一一对应关系的理解。
四、学情分析
2、abcd线框在磁场中绕OO′轴转动时，哪些边切割磁感线？
3、线框转到什么位置，产生感应电动势最大？
4、线框转动到什么位置时，感应电动势最小？ 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位置.2.线圈处于中性面位置时，穿过线圈Φ最大，但e = 0.3.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I感方向改变两次.4、如果从中性面开始计时，逆时针方向匀速转动，角速度ω，经时间t，线圈转到图示位置，ab边与cd边的速度方向与磁场方向夹角为θ=ωt，屏幕上打出线圈水平投影图，如图所示.设ab=cd=l1 磁感应强度B，bc=ad=l2
这时ab边E感多大？
5、cd边中E感跟ab边中感应电动势大小相同，又是串联在一起，此时整个线框中感应电动势多大？(学生推导，教师点拨)教师引导学生总结，屏幕上打出：
1.在匀强磁场中，匀速转动线圈产生感应电动势及感应电流是按正弦规律变化的.瞬时表达式：e =Bl1l2ωsinωt = BSωsinωt
N匝线圈时，相当于N个完全相同的电源来个串联，e = NBSωsinωt.其中最大值Em =NBSω 线框和用电器构成回路i =
eNBS = sinωt RrRr最大值 Im =NBSRr
2.屏幕上使线圈转动，如转θ=ωt =60°,150°,210°,300°时，请学生分别计算感应电动势的大小和方向？
最后将学生计算结论总结：e =Emsinωt,既能表示电动势大小，又能表示电动势方向.由于上面介绍的发电机的电动势按正弦规律变化，所以当负载为电灯等用电器时，负载两端的电压u、和流过的电流i，也按正弦规律变化，即
十、教学反思
新颁发的普通高中《物理新课程标准》指出：物理课程的总目标不仅是让学生学习物理基础知识和技能，更要让学生学习科学探究方法，发展自主学习能力，并能将物理知识应用于生活和生产实践中，为了实现这一目标，新课程标准中最大的特点就是将课堂内容与大量的探究活动（课内或课外）有机的联系起来，探究活动成了课堂教学中不可缺少的一环。
交变电流知识对生产和生活关系密切，有广泛的应用，考虑到高中阶段只对交流电的产生、描述方法、基本规律作简要的介绍，这些知识是已学过的电磁感应的引伸，所以在教学过程中对开阔学生思路、提高能力是很有好处的。
（一）成功之处
1、交流与直流有许多相似之处，也有许多不同之处。这既是学习、了解交流电的关键，也是学习、研究新知识的重要方法．在与已知的知识做对比中学习和掌握新知识特点的方法，是物理课学习中很有效和很常用的方法。在学习交变电流之前，应帮助学生理解直流电和交流电的区别。其区别的关键是电流方向是否随时间变化。同时给出了恒定电流的定义——大小和方向均不随时间变化。
2、采用“实验探究”模式，有效调动学生多种感官，发展学生多元智能，面向全体学生，让具有不同特点的学生都能得到发展，注重因材施教。对于交变电流的产生，课本采取由感性到理性，由定性到定量，逐步深入的讲述方法。为了有利于学生理解和掌握，教学中要尽可能用示波器或模型或多媒体课件配合讲解。教学中让学生观察教材中的线圈通过4个特殊位置时电表指针的变化情况，分析电动势和电流方向的变化，使学生对线圈转动一周中电动势和电流的变化有比较清楚的了解。
3、用图像表示交变电流的变化规律，是一种重要方法，它形象、直观、学生易于接受。在学生已有的图像知识的基础上，较好地掌握这种表述方法。更要让学生知道，交变电流有许多种，正弦电流只是其中简单的一种。课本中用图示的方法介绍了常见的几种，以开阔学生思路，但不要求引伸。
4、在这一节中学生要第一次接受许多新名词，如交变电流、正弦电流、中性面、瞬时值、最大值（以及下一节的有效值）等等．要让学生明白这些名词的准确含义。特别是对中性面的理解，要让学生明确，中性面是指与磁场方向垂直的平面。当线圈位于中性面时，线圈中感应电动势为零，线圈转动过程中通过中性面时，其中感应电动势方向要改变。
5、课本上介绍的交变电流的产生，实际上是正弦交流电的产生。以矩形线框在匀强磁场中匀速转动为模型，以线框通过中性面为计时起点，得到电动势随时间满足正弦变化的交变电流。这里可以明确指出，电动势的最大值由线框的匝数、线框面积、转动角速度和磁感应强度共同决定．
6、采用多媒体技术，免去板书时间，大大提高课堂教学效率。
（二）问题反思
第五篇：教学设计案例：交变电流的产生
《交变电流是怎样产生的》教学设计方案
★新课标要求
（一）知识与技能
1．使学生理解交变电流的产生原理。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
★教学重点：
1、中性面的特点；
2、正弦交变电流的产生原理；
3、正弦交变电流的变化规律、图象和三角函数表达式。
★教学难点：
1、正弦交变电流的产生原理；
2、正弦交变电流的变化规律、图象和三角函数表达式。
★教学方法
演示法、分析法、归纳法。
★教学工具
手摇发电机、小灯泡、示教用的大电流计、多媒体
★教学过程
（一）引入新课
师：出示单相交流发电机，引导学生首先观察它的主要构造。多媒体演示发电机的构造及工作原理：
①构造：由转子、定子、端盖和轴承等部件构成；定子由定子铁芯、线包绕组、机座以及固定这些部分的其他结构件组成。转子由转子铁芯(或磁极、磁扼)绕组、护环、中心环、滑环、风扇及转轴等部件组成；
②旋转电枢式发电机：电枢转动，磁极不动的发电机； ③旋转磁极式发电机：磁极转动，电枢不动的发电机；
④工作原理：由轴承及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流，因而交流发电机的工作原理是：线圈做切割磁感线从而产生感应电动势。
演示：手摇发电机模型，观察小灯泡。当线框快速转动时，观察到什么现象? 生：小灯泡亮起来了。
师：再将手摇发电机模型与示教电流表组成闭合电路，当线框缓慢转动（或快速摆动）时，观察到什么? 生：电流表指针左右摆动。
师：线圈里产生的电流有什么特点？
生：线圈里产生的电流大小和方向会变化。
师：这种大小和方向都随时间做周期性变化电流，叫做交变电流。我们生活中大都使用交变流电。交变电流有许多优点，今天我们学习交变电流的产生和变化规律。
［板书课题］交变电流
（二）进行新课
1、交变电流的产生 师：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？ 生：讨论热烈。
师：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? 生：ab与cd。
师：当ab边向右、cd边向左运动时，线圈中感应电流的方向如何? 生：感应电流是沿着a→b→c→d→a方向流动的。
师：当ab边向左、cd边向右运动时，线圈中感应电流的方向如何? 生：感应电流是沿着d→c→b→a→d方向流动的。
师：正是这两种情况交替出现，在线圈中产生了交变电流。当线圈转到什么位置时，产生的感应电动势最大? 生：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。
师：线圈转到什么位置时，产生的感应电动势最小? 生：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。
师：利用多媒体课件，屏幕上打出中性面概念：
a、概念：平面线圈垂直于磁感线时，平面线圈所处的位置即为中性面；
b、特点：通过线圈的磁通量最大，线圈各边都不切割磁感线，感应电动势为0；
c、从分析演示实验二可得：线圈每次经过中性面电流计指针偏转方向改变一交，即：线圈每次经过中性面电流方向改变一次；因而线圈转动一周，线圈中的电流改变两次；
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多大? 生：eab=BL1vsinωt = BL1·L21ωsinωt =BL1L2sinωt
22师：cd边中产生的感应电动势跟ab边中产生的感应电动势大小相同，又是串联在一起，此时整个线框中感应电动势多大? 生：e=eab+ecd=BL1L2ωsinωt
师：若线圈有N匝时，相当于N个完全相同的电源串联，e=NBL1L2ωsinωt，令Em=NBL1L2ω，叫做感应电动势的峰值，e叫做感应电动势的瞬时值。请同学们阅读教材，了解感应电流的峰值和瞬时值。
生：根据闭合电路欧姆定律，感应电流的最大值Im=
Em，感应电流的瞬时值i=Imsinωt。Rr师：电路的某一段上电压的瞬时值与峰值等于什么? 生：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=Umsinωt。
师：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，多媒体显示图像
（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=NBSωsinωt，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Φm，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
解析：t1、t3时刻线圈中的感应电动势e=0，即为线圈经过中性面的时刻，此时线圈的磁通量为最大，但磁通量的变化率却为零，所以选项A、C不正确。
t2时刻e=-Em，线圈平面转至与磁感线平行，此时通过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率却最大，故B也不正确。
每当e变换方向时，也就是线圈通过中性面的时刻，通过线圈的磁通量的绝对值为最大，故D正确。答案：D。
点评：磁通量Φ、磁通量的变化
ΔΦ及磁通量的变化率必须注意区分。另外，由法拉第电磁感应定律可知E∝
1、课下阅读“拓展一步”
2、书面完成P55“作业”第3、4、5题；
★教学设计理念：
学生在高中对物理的学习内容应当是现实的，有意义的，富有挑战性的，本节内容的教学将有利于学生主动的进行观察、实验、推理与交流, 采用不同的表达方式，以满足多样化的学习需求。高中物理的学习活动不能单纯的依赖模仿与记忆，动手实践，自主探索与合作交流是学习的一种重要方式。因而本教学的设计着重让教师能够通过本教案在教学过程中应用比较简单和直观的课件使学生更快地掌握相关知识点，让学生学会主动学习。
Φ属于有关联但内涵完全不同的三个物理量，tΦ，E与Φ和ΔΦ没有直接的对应关系。t 3
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