(2)
(3)
t
(4)(5)
5.1交变电流的产生教案
【学习目标】
1．会观察电流（或电压）的波形图，理解交变电流、直流的概念
2．理解交变电流的产生原理
3．掌握交变电流的变化规律及表示方法
4．理解交流电的瞬时值，最大值及中性面的概念
5．培养观察能力、空间想象能力以及立体图转化为平面图形的能力
【重点难点】
1．重点是交变电流产生的物理过程分析
2．难点是交变电流的变化规律及应用
【教学过程】
一、新课导入
手摇发电机获得的电流与由干电池获得的电流的波形有什么不同？
二、新课教学
让学生观察实验总结交变电流的定义
（一）交变电流
交变电流：和随时间周期性变化的电流叫。
直流：不随时间变化的电流称为直流。
恒定电流：和都不随时间而改变的电流叫恒定电流。
例1、下图中_______是直流电？___________是交变电流？
思考：交变电流和直流有什么区别？
归纳总结：只要________改变的电流就是交变电流.
（二）交变电流的产生
1．产生机理：
演示课本P31“做一做”中的实验，请同学们观察发光二极管的发光情况，说明产生的是哪种电流？分析转轴与磁场方向的关系，得出如下结论
结论：当线圈绕的轴转动时会产生交变电流。
2．探究电流的特点：
看课本P32图5.1-3，分析：
（1）判断线圈由甲转到乙的过程中，线圈中的电流方向如何？（沿A →B →C →D 还是
D →C →B →A ） 由乙转到丙、由丙转到丁以及由丁转到甲的过程中呢？
（2）判断线圈处于甲、乙、丙、丁四个位置时是否产生感应电流？若有，在原图中标出电流的方向；若无，说明原因。
A
B C D
图 2
假设线圈所处的磁场为匀强磁场，请在上面四幅图中画出线圈在甲、乙、丙、丁四个位置对应的侧视图，标出AB 、CD 边中的电流方向。
（3）分析线圈在由甲转到乙、由乙转到丙、由丙转
到丁、由丁转到甲的过程中中的电流大小变化情况？（4）在电流—时间图中画出甲、乙、丙、丁四个位置对应的点。
猜测在一个周期内感应电流随时间变化的关系，大致画出i —t 图线。
（5）根据上述分析，回答：
①线圈转到哪些位置时电流方向改变？______。
②在这些位置时，线圈中感应电动势多大？_______。
感应电流多大？________ 。
③ 在线圈转动一周的过程中，电流方向改变几次？________。
我们把与磁场方向垂直的面叫____________。
结论：(1) 线圈转动过程中电流的大小做周期性变化， 最小，
最大。
(2) 线圈每经 一次，感应电流方向改变一次，线圈转动一周，感应电流方向改变 次。
例 2、完成下面的表格
位 置
磁通量
感应电流
感应电动势
磁通量变化率
中性面
中性面
的垂面
（三）交变电流的变化规律1
．推导
图 3
在磁感应强度B 的匀强磁场中，矩形线圈逆时针绕中轴匀速转动，角速度为ω。
图中标a 的小圆圈表示线圈cd 边的横截面，ab 、cd 长度为L 1，ad 、bc 长度为L 2，设线圈平面从中性面开始转动。
则经时间t ，①线圈与中性面的夹角是多少？
②ab 边速度方向与磁场方向夹角多大？
③ab 边的速度是多少？
④ab 边产生的感应电动势多大？
⑤线圈中感应电动势多大？若线圈的匝数为
N 匝呢？
2．规律
（1）令E
m =
，感应电动势的瞬时值 。
_____________e =若线圈为N
匝，，。
_____________m E =_____________e =（2）若电路为纯电阻，总电阻为R ，则瞬时电流为：
， 。
______________________________i ===_____m I =（3）若外电阻为R ，线圈内阻为r ，路端电压的瞬时值为：。
______________________________u ===________m U =结论：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，产生的感应电流是按 规律变化的，这种交变电流叫 ，简称 。
（4）在图5中作出感应电动势随时间变化的图像。
思考：
①承接感应电动势的推导，求经过时间t ，穿过线圈平面的磁通量是多少？在图6中
做出图线，在图线中找出线圈在甲、乙、丙、丁四个位置对应的点，分析这
t Φ-图 4
图 5
图 6
四点的磁通量变化率。
②如果从线圈与磁场平行的位置开始计时，写出感应电动势的表达式。
例1 线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交变电流的图象如图所示，由图示
可知（ ）
A 、在A 和C 时刻线圈处于磁通量变化率最大位置
B 、在A 和
C 时刻穿过线圈的磁通量为最大
C 、在B 时刻到
D 时刻线圈转过的角度为π弧度
D 、若从B 时刻到D 时刻经过0.01s ，则在1s 内交变
电流的方向改变100次
例2 如图所示，匀强磁场的磁感应强度B =2 T ，匝数n =6的矩形线圈abcd 绕中心轴
OO ′匀速转动，角速度ω=200 rad/s 。
已知ab =0.1 m ，bc =0.2 m.
（1）感应电动势的最大值.
（2）设时间t =0时线圈平面与磁感线垂直，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式；
当堂巩固
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（ ）
A ．t 1时刻通过线圈的磁通量为零
B ．t 2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大
C ．t 3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2、如图，匀强磁场的磁感应强度B =2 T ，匝数n =6的矩形线圈abcd 绕中心轴OO ′匀速转动，转速n =50 r/s 。
已知 ab =0.1 m ，bc =0.2 m ，线圈的总电阻R=12Ω， 试求： （1
）线圈中感应电动势和感应电流的最大值；
××××××××××××××××××××
××
××
A C
B （2）当ωt=30°时，线圈中感应电动势和感应电 流的瞬时值各是多大？
4、如图所示， ABC 是由均匀细导线制成面积为S 的等边三角形线框，它以 AC 为转轴，在磁感应强度为 B 的恒定的匀强磁场中以恒定的角速度ω转动（俯视为逆时针旋转）, 磁场方向与 AC 垂直指向纸内．请写出从这一时间开始计时,感应电动势随时间变化的关系式.
三、课堂小结
这节课你学到了什么？
四、课后巩固练习
1、某交流发电机正常工作时，电动势E=E m sinωt ，当磁感应强度增大到原来的2倍，转速变为原来的1/3，其它条件不变时，感应电动势的表达式为
2、如图所示，匀强磁场B ＝0.50T ，矩形线圈的匝数N ＝100，边长L ab =0.20m ，L ad =0,10m ，以3000r/min 的转速匀速转动，在线圈平面通过中性面时开始计时。
试求：（1）交变电动势的瞬时值表达式
（2）若线圈总电阻为2Ω，线圈外接电阻为
8Ω，写出交变电流的瞬时值表达式
（3）线圈由图示位置转过π/2的过程中，交变电动势的平均值。
3、一台发电机在产生正弦式电流。
如果发电机电动势的峰值为，线圈匀速
400m E V =转动的角速度为或，
314/rad s ω=100π/rad s ①试写出电动势瞬时值的表达式，
②求出在t=1/600 s 时感应电动势的瞬时值为多少？
③如果这个发电机的外电路只有电阻元件，总电阻为2k Ω，电路中电流的峰值为多少？
写出电流瞬时值的表达式。
4、矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的电动势e-t 图像如右图，则在时刻（ ）
A.t 1，t 3线圈通过中性面
B.t 2，t 4线圈中磁通量最大
C.t 1，t 3线圈中磁通量变化率最大
D.t 2，t 4线圈平面与中性面垂直
B。