物理教案－交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律
教學目標
知識目標
1、知道正弦交流電是矩形線框在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的.知道中性面的概念.
2、掌握交變電流的變化規(guī)律及表示方法，理解描述正弦交流電的物理量的物理含義.
3、理解正弦交流電的圖像，能從圖像中讀出所需要的物理量.
4、理解交變電流的瞬時值和最大值，能正確表達出正弦交流電的最大值、有效值、瞬時值.
5、理解交流電的有效值的概念，能用有效值做有關(guān)交流電功率的計算.
能力目標
1、掌握描述物理規(guī)律的基本方法——文字法、公式法、圖像法.
2、培養(yǎng)學生觀察能力、空間想象能力、立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖進行處理問題的能力.
3、培養(yǎng)學生運用數(shù)學知識解決處理物理問題的能力.
情感目標
培養(yǎng)學生愛國主義精神及為富民強國認真學習的精神.
教學建議
教材分析以及相應(yīng)的教法建議
1、交流與直流有許多相似之處，也有許多不同之處.學習中我們特別要注意的是交流與直流的不同之處，即交流電的特殊之處.這既是學習、了解交流電的關(guān)鍵，也是學習、研究新知識的重要方法.在與已知的知識做對比中學習和掌握新知識特點的方法，是物理課學習中很有效和很常用的方法.
在學習交變電流之前，應(yīng)幫助學生理解直流電和交流電的區(qū)別.其區(qū)別的關(guān)鍵是電流方向是否隨時間變化.同時給出了恒定電流的定義——大小和方向均不隨時間變化.
2、對于交變電流的產(chǎn)生，課本采取由感性到理性，由定性到定量，逐步深入的講述方法.為了有利于學生理解和掌握，教學中要盡可能用示波器或模型配合講解.教學中應(yīng)注意讓學生觀察教材中的線圈通過4個特殊位置時電表指針的變化情況，分析電動勢和電流方向的變化，使學生對線圈轉(zhuǎn)動一周中電動勢和電流的變化有比較清楚的了解.有條件的，還可以要求學生運用已學過的知識，自己進行分析和判斷.
3、用圖像表示交變電流的變化規(guī)律，是一種重要方法，它形象、直觀、學生易于接受.要注意在學生已有的圖像知識的基礎(chǔ)上，較好地掌握這種表述方法.更要讓學生知道，交變電流有許多種，正弦電流只是其中簡單的一種.課本中用圖示的方法介紹了常見的幾種，以開闊學生思路，但不要求引伸.
4、在這一節(jié)中學生要第一次接受許多新名詞，如交變電流、正弦電流、中性面、瞬時回值、最大值（以及下一節(jié)的有效值）等等.要讓學生明白這些名詞的準確含義.特別是對中性面的理解，要讓學生明確，中性面是指與磁場方向垂直的平面.當線圈位于中性面時，線圈中感應(yīng)電動勢為零，線圈轉(zhuǎn)動過程中通過中性面時，其中感應(yīng)電動勢方向要改變.
5、課本上介紹的交變電流的產(chǎn)生，實際上是正弦交流電的產(chǎn)生.以矩形線框在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動為模型，以線框通過中性面為計時起點，得到電動勢隨時間滿足正弦變化的交變電流.這里可以明確指出，電動勢的最大值由線框的匝數(shù)、線框面積、轉(zhuǎn)動角速度和磁感應(yīng)強度共同決定.
6、課本將線框的位置與產(chǎn)生的電動勢的對應(yīng)起來，意圖是幫助學生建立起鮮明的形象，把物理過程和描述它的物理規(guī)律對應(yīng)起來.教師可以通過一些問題的提問，幫助學生理解有關(guān)內(nèi)容，例如，如果在線框轉(zhuǎn)到線框平面與磁感線平行時開始計時，它產(chǎn)生的電動勢隨時間變化的圖像應(yīng)是什么樣的？
7、交流電的有效值、周期等概念的學習重在理解.
交流電的有效值概念是本章的重點，也是難點.課本中的交流電有效值定義特別強調(diào)是從使電阻產(chǎn)生熱量等效這一方面來定義交流電的有效值的.教材中直接給出了正弦交流電流的有效值與最大值的關(guān)系式，但不要求證明，為了讓學生更好地理解和熟悉有效值，課本上已經(jīng)指出，交流電壓表和電流表的示數(shù)都是有效值，家用電器上的標稱也是有效值.
交流電的周期描述交流電的變化快慢.在一個周期時間內(nèi)，交流電完成一次完全變化.在實際生活中，經(jīng)常能見到的是交流電的頻率.我國民用交流電的頻率是50HZ.在一些歐美國家，交流電的頻率是60HZ.
8、交流電的最大值、有效值、周期和頻率都是描述交流電某一方面的特性，而交流電的圖像卻可以全面反映某一交流電的情況.所以，要求學生能夠從交流電的圖像中得到描述交流電的各個物理量.
教學重點、難點分析以及解決辦法
1、重點：交變電流產(chǎn)生的物理過程的分析及中性面的特點.
2、難點：交變電流產(chǎn)生的物理過程的分析.
3、疑點：當線圈處于中性面時磁通量最大，而感應(yīng)電動勢為零.當線圈處于平行磁感線時，通過線圈的磁通量為零，而感應(yīng)電動勢最大.即 ， 有最大值； ， 的理解.
4、解決辦法：
通過對矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動一周的實物演示，立體圖結(jié)合側(cè)視圖的分析、特殊位置結(jié)合任一位置分析使學生了解交變電流的大小和方向是如何變化的.
通過側(cè)視圖分析線圈運動方向與磁場方向 之間關(guān)系，利用導體切割磁場線方法來處理，使問題容易理解.
交流電的產(chǎn)生和變化規(guī)律
教學用具：交流發(fā)電機模型、演示電流表
教學過程 ：
一、知識回顧
教師：如何產(chǎn)生感應(yīng)電流？
請運用電磁感應(yīng)的知識，設(shè)計一個發(fā)電機模型.
學生設(shè)計：讓矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動.
二、新課教學：
1、交變電流的產(chǎn)生
演示1：出示手搖發(fā)電機模型，并連接演示電流表.
當線圈在磁場中轉(zhuǎn)動時，電流表的指針隨著線圈的轉(zhuǎn)動而擺動，線圈每轉(zhuǎn)動一周指針左右擺動一次.
表明電流強度的大小和方向都做周期性的變化，這種電流叫交流電.
2、交變電流的變化規(guī)律
投影顯示：矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動的四個過程.
分析：線圈bc、da始終在平行磁感線方向轉(zhuǎn)動，因而不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，只起導線作用.
（1）線圈平面垂直于磁感線（甲圖），ab、cd邊此時速度方向與磁感線平行，線圈中沒有感應(yīng)電動勢，沒有感應(yīng)電流.
教師強調(diào)指出：這時線圈平面所處的位置叫中性面.
中性面的特點：線圈平面與磁感線垂直，磁通量最大，感應(yīng)電動勢最小為零，感應(yīng)電流為零.
（2）當線圈平面逆時針轉(zhuǎn)過 時（乙圖），即線圈平面與磁感線平行時，ab、cd邊的線速度方向都跟磁感線垂直，即兩邊都垂直切割磁感線，這時感應(yīng)電動勢最大，線圈中的感應(yīng)電流也最大.
（3）再轉(zhuǎn)過 時（丙圖），線圈又處于中性面位置，線圈中沒有感應(yīng)電動勢.
（4）當線圈再轉(zhuǎn)過 時，處于圖（丁）位置，ab、cd邊的瞬時速度方向，跟線圈經(jīng)過圖（乙）位置時的速度方向相反，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向也跟在（圖乙）位置相反.
（5）再轉(zhuǎn)過 線圈處于起始位置（戊圖），與（甲）圖位置相同，線圈中沒有感應(yīng)電動勢.
在場強為 的勻強磁場中，矩形線圈邊長為 ，逆時針繞中軸勻速轉(zhuǎn)動，角速度為 ，從中性面開始計時，經(jīng)過時間 .線圈中的感應(yīng)電動勢的大小如何變化呢？
線圈轉(zhuǎn)動的線速度為 ，轉(zhuǎn)過的角度為 ，此時ab邊線速度 以磁感線的夾角也等于 ，這時ab邊中的感應(yīng)電動勢為：
同理，cd邊切割磁感線的感應(yīng)電動勢為：
就整個線圈來看，因ab、cd邊產(chǎn)生的感應(yīng)電勢方向相同，是串聯(lián)，所以當線圈平面跟磁感線平行時，即 ，這時感應(yīng)電動勢最大值 ；
.
感應(yīng)電動勢的瞬時表達式為：
可見在勻強磁場中，勻速轉(zhuǎn)動的線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢是按正弦規(guī)律變化的.即感應(yīng)電動勢的大小和方向是以一定的時間間隔做周期性變化.
當線圈跟外電路組成閉合回路時，設(shè)整個回路的電阻為 ，則電路的感應(yīng)電流的瞬時值為表達式 .
感應(yīng)電流瞬時值表達式為 ，這種按正弦規(guī)律變化的交變電流叫正弦式電流.
3、交流電的圖像
交流電的變化規(guī)律還可以用圖像來表示，在直角坐標系中，橫軸表示線圈平面跟中性面的夾角（或者表示線圈轉(zhuǎn)動經(jīng)過的時間 ），縱坐標表示感應(yīng)電動勢 （感應(yīng)電流 ）.
4、交流發(fā)電機
（1）發(fā)電機的基本組成
①用來產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的線圈（叫電樞）.
②用來產(chǎn)生磁場的磁極.
（2）發(fā)電機的基本種類
①旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機（電樞動磁極不動）.
②旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機（磁極動電樞不動）.
無論哪種發(fā)電機，轉(zhuǎn)動的部分叫轉(zhuǎn)子，不動的部分叫定子.
三、小結(jié)：
1、交流電的產(chǎn)生
強度和方向都隨時間做周期性變化的電流叫做交變電流，簡稱交流.
2、交流電的變化規(guī)律
感應(yīng)電動勢的瞬時表達式為： .
感應(yīng)電流瞬時值表達式： .