正弦交流电教学设计资料

正弦交流电的产生教

学设计

教学过程

复习旧课

提问：导体切割磁力线会产生感生电动势，感生电动势的大小与

哪些物理量有关、方向如何确定？

方向：右手定则 大小：e=Blvsinα

α——导体运动方向与磁感应强度方向夹角

引入新课

多媒体课件展示：正弦波、锯齿波、矩形波、尖脉冲波

这些电信号与前面所学的稳恒直流电相比具有一个共同点，即大小和方向均随时间周期性变化，这种电压、电流、电动势统称为交流电。而其中按正弦规律变化的即是正弦交流电。

．．．．．

交流电由于能方便地利用互感现象变换电压，便于远距离输送和用户的使用，在日常生活中广泛应用，那么它是如何产生的呢？

讲述新课 板书课题：

§7-1正弦交流电的产生

一、设置悬念、激发探究（３分钟）

１、展示手摇发电机并简述其构成。 定子 ──── 一对磁极 转子 ──── 线圈、集电环

２、演示：先快速转动手柄，再缓慢旋转，提示学生观察小灯泡状态。

提问：小灯炮一闪一亮说明了什么？

引导学生共同回答：转子转动过程中有电流产生流经小灯泡。 结合实物说明：转子转动过程中与磁场方向垂直的导体切割磁力

线(或磁通发生变化)产生了感生电动势，从而在闭合回路产生感生电流。

进一步询问：为什么是一闪一亮？流经小灯泡的到底是什么样

的电流？

通过下面的分析过程我们可以找到答案。

二、分析交流电产生原理（18分钟）

１、用多媒体课件来模拟交流电产生过程

点击“播放”按钮，提示学生观察电流表指针位置如何变化。

提问：电流表指针如何动作?

现象：在指针零刻度两边周而复始地来回摆动。 设问：电流表指针位置变化说明什么？

结论：交流发电机产生的是交变电流，电流强度和电流方向都

是随时间做周期性变化的。

．．．．．．．．．

提问：线圈在磁场中旋转一周时，交流电的方向改变几次？在

什么位置变化？大小如何随之变化？

２、用“分步”画面将电流变化与线圈位置变化联系起来

将画面停在线圈与磁极分界面重合、转过９０度、１８０度、２７０度、３６０度五个特殊位置观察。

①先引导学生观察到线圈每经过磁极分界面感生电动势方向改变一次，并引出中性面概念。

②再引导学生观察到感生电动势大小如何变化。

③引导学生观察到ab、cd导体运动方向随线圈位置改变而同步变．．．化。 ．

④分析各物理量变化并填入以下表格。

线圈从磁极分界面转过角度 ０° ９０° １８０° ２７０° ３６０° 磁通Φ 最大 ０ 最大 ０ 最大 切割磁力线速度 ０ 最大 ０ 反向最大 ０ 感生电流 ０ 最大 ０ 反向最大 ０ 结论：线圈旋转过程中，每经过一次中性面，由于导体切割磁力

线方向改变，感生电动势方向变化一次，且每次线圈与中性面重合时，感生电动势恰好为零。线圈与中性面垂直时，达到最大值。

设问：从上面的观察、分析知道，发电机产生的交流电是随着线

圈与中性面位置的改变而周期性变化。那么具体又是按什么样规律变化呢？

三、改用发电机截面图来研究变化规律。(14分钟）

1、说明线圈运动状态：

初始位置：中性面 在匀强磁场中匀速转动 角速度：ω 线速度：v

任一时间t线圈与中性面夹角为α＝ωt。

2、明确ab、cd边的运动速度V与切割磁力线速度V′之间的关系。在整个旋转过程中，随着线圈与中性面角度α变化，导体运动方向与磁力线夹角同步变化。

V′=Vsinα

V′是导体切割磁力线的速度

V′为负值时表明切割磁力线方向改变 3、分析变化规律。

提问：若导体ab、cd长度为L，磁感应强度为B，旋转过程中导

体运动速度为Ｖ，整个线圈产生感生电动势多大？

（ab、cd处于同一磁场，运动速度相同，任一时刻产生感生电动势相同）

引导学生回答并板书：

e＝２e′＝２BLv′＝２Blvsinα ＝Emsinα＝Emsinωt

若整个闭合回路中电阻为Ｒ则任意时刻线圈中感生电流强度为： i＝Emsinα／R＝Imsinα＝Imsinωt

提问：从上面导出的感生电动势表达式，可看出发电机产生的交流

电是按什么规律变化的？

学生回答：是按正弦规律变化的。

４、学会用波形法表示正弦交流电。

提问：上面用公式表示了正弦交流电的变化规律，我们是否还能

用其它方法表示正弦交流电的变化规律呢？

选取α=0°、α=90°、α=180°、α=270°、α=360°五个特殊位置，利用数学中所学的“五点法”绘出正弦交流电波形。

５、结合波形图说明瞬时值、最大值的物理意义。 e、i———瞬时值 Em、Im———最大值

四、巩固知识消除疑问（４分钟） 讨论：

既然我们知道了手摇发电机中产生的是正弦交流电，那么有谁知道为什么小灯泡会一闪一亮？线圈缓慢旋转时小灯光为什么不亮？

讨论后教师总结：

要让小灯泡灯丝发光必须要有足够的电压Ｕ，当感生电动势ｅ按正弦规律变化，│ｅ│＜Ｕ时，小灯泡就会熄灭。当缓慢旋转时，Ｖ很小，使得│ｅ│＜Ｕ小灯泡也会熄灭。

小结：

通过本节学习知道，手摇发电机线圈旋转时，在磁场中作周期性切割磁力线运动，产生交变电流。交变电流按正弦规律变化，每经过一

次中性面，感生电动势的方向就改变一次。线圈每转动一周，感生电流．．．的方向改变两次。

课后思考：（１分钟）

若t=0时刻，α=π/2，任意时刻感生电动势应如何表达？波形图会是什麽样？

教学方法

1让学生与稳恒直流电对比引出正弦交流电的概念，并说明交流电的广泛应用。

2观演示并引导学生观察、发现。进一步询问设置悬念，激发学生探究的兴趣。

3学过程中，结合多媒体动画课件，将线圈切割、磁通变化、电流变化动态联系起来，突出交变电流为何“变”，怎么“变”。

4边提问边播放课件，使用“暂停”按钮将线圈暂停在特殊位置处，

让学生进一步仔细观察。

5引导学生应用“右手定则”判断ab、cd边感生电动势的方向。 6随学生回答用多媒体课件展现。

7学生一起对照分析，找出变化原因和规律。

8过进一步设问，结合定量分析，使学生对产生的电动势就是正弦量有一更清晰认识。

9学生根据前面有关感生电动势大小的公式说出答案。

10先画好横坐标、纵坐标。重放多媒体“分步”画面，引导学生根据特殊感生电动势大小在黑板绘出波形。

11生结合前面所学知识，通过讨论提到答案。

12特殊角初始位置，启发学生推导出一般公式。

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