交流电的产生和变化规律-物理教案

交流电的产生和变化规律

教学用具：交流发电机模型、演示电流表

教学过程：

一、知识回顾

教师：如何产生感应电流？

　　请运用电磁感应的知识，设计一个发电机模型．

学生设计：让矩形线圈在匀强磁场中匀速转动．

二、新课教学：

1、交变电流的产生

演示1：出示手摇发电机模型，并连接演示电流表．

　　当线圈在磁场中转动时，电流表的指针随着线圈的转动而摆动，线圈每转动一周指针左右摆动一次．

表明电流强度的大小和方向都做周期性的变化，这种电流叫交流电．

2、交变电流的变化规律

投影显示：矩形线圈在匀强磁场中匀速转动的四个过程．

分析：线圈bc、da始终在平行磁感线方向转动，因而不产生感应电动势，只起导线作用．

　　（1）线圈平面垂直于磁感线（甲图），ab、cd边此时速度方向与磁感线平行，线圈中没有感应电动势，没有感应电流．

教师强调指出：这时线圈平面所处的位置叫中性面．

中性面的特点：线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大，感应电动势最小为零，感应电流为零．

　　（2）当线圈平面逆时针转过 时（乙图），即线圈平面与磁感线平行时，ab、cd边的线速度方向都跟磁感线垂直，即两边都垂直切割磁感线，这时感应电动势最大，线圈中的感应电流也最大．

　　（3）再转过 时（丙图），线圈又处于中性面位置，线圈中没有感应电动势．

　　（4）当线圈再转过 时，处于图（丁）位置，ab、cd边的瞬时速度方向，跟线圈经过图（乙）位置时的速度方向相反，产生的感应电动势方向也跟在（图乙）位置相反．

　　（5）再转过 线圈处于起始位置（戊图），与（甲）图位置相同，线圈中没有感应电动势．

　　在场强为 的匀强磁场中，矩形线圈边长为 ，逆时针绕中轴匀速转动，角速度为 ，从中性面开始计时，经过时间 ．线圈中的感应电动势的大小如何变化呢？

　　线圈转动的线速度为 ，转过的角度为 ，此时ab边线速度 以磁感线的夹角也等于 ，这时ab边中的感应电动势为：

　　同理，cd边切割磁感线的感应电动势为：

　　就整个线圈来看，因ab、cd边产生的感应电势方向相同，是串联，所以当线圈平面跟磁感线平行时，即 ，这时感应电动势最大值 ；

．

　　感应电动势的瞬时表达式为：

　　可见在匀强磁场中，匀速转动的线圈中产生的感应电动势是按正弦规律变化的．即感应电动势的大小和方向是以一定的时间间隔做周期性变化．

　　当线圈跟外电路组成闭合回路时，设整个回路的电阻为 ，则电路的感应电流的瞬时值为表达式 ．

　　感应电流瞬时值表达式为 ，这种按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流．

3、交流电的图像

　　交流电的变化规律还可以用图像来表示，在直角坐标系中，横轴表示线圈平面跟中性面的夹角（或者表示线圈转动经过的时间 ），纵坐标表示感应电动势 （感应电流 ）．

4、交流发电机

　　（1）发电机的基本组成

　　①用来产生感应电动势的线圈（叫电枢）．

　　②用来产生磁场的磁极．

　　（2）发电机的基本种类

　　①旋转电枢式发电机（电枢动磁极不动）．

　　②旋转磁极式发电机（磁极动电枢不动）．

　　无论哪种发电机，转动的部分叫转子，不动的部分叫定子．

三、小结：

　　1、交流电的产生

　　强度和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流．

　　2、交流电的变化规律

　　感应电动势的瞬时表达式为： ．