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生的．
2．理解交流電的變化規律．
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．重點分析交流電產生的物理過程．使同學了解線圈在磁場中旋轉一周的時間內，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．手搖式交流發電機模型．該發電機可使2.5V小燈泡發光，可使電流表指針擺動．
3．可拆式發電機模型．轉子可取出、放入，不能真發電，為講電流方向用．
4．掛圖，交流發電機．
四、主要教學過程
(一)引入新課
1831年法拉第發現了電磁感應現象，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容，先看“交流電的產生”．
(二)主要教學過程設計
1．首先演示手搖發電機，操作時由快轉到慢轉，使同學看出一閃一閃的亮，快轉時則不易看出閃亮．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．再將發電機模型中的燈泡取下，連接上電流表，慢慢旋轉手搖發電機，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，逆時針方向轉動．角速度為ω．
4．分析交流電產生的過程．
(1)先看感應電流方向．
根據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?。?/p>
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?。傥恢?、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電動勢方向的變化．
最后，總結出交流電的變化規律：
在線框旋轉一周的時間內，感應電動勢的方向變化兩次，即每經過中性面變化一次．感應電動勢的大小隨時間按正弦規律變化，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電機的實際知識(轉子、定子、電樞……)．然后，開始本節課的第二個高潮．
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、水質量相等、水的初溫相同．同時加熱，若在相同時間內使兩壺水燒開．即直流電在電阻上產生的焦耳熱與交流電在相同電阻相同時間內產生的焦耳熱相等時，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，氖管能發光嗎？
提問式啟發：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，線圈所圍面積中磁通量發生變化，產生感應電動勢，外電路閉合時，有交變電流．線圈每旋轉一周，兩次經過中性面，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內容分成兩節進行，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．
