2. 交变电流（教学课件）物理沪科版选择性必修第二册

该高中物理课件聚焦交变电流，涵盖产生原理、变化规律及描述方法。课堂导入通过对比干电池与学生电源，结合电压传感器测量三种电源的u-t图像实验，引导学生从恒定电流过渡到交变电流概念，搭建认知支架。 其亮点在于以科学探究为核心，通过视频观察发光二极管实验、电压传感器图像分析等，结合科学思维推导电动势表达式和有效值，落实物理观念。实验与理论结合的教学方法，助学生提升探究与推理能力，也为教师提供清晰的重难点突破路径。

第2节 交变电流 第七章 电磁感应定律的应用 学习目标——物理学科素养 01 物理观念 通过观察恒定电流和交变电流u-t图像，形成交变电流、直流电和恒定电流的概念;通过理论分析，理解正、余弦交变电流的产生原理。 02 科学思维 构建交流发电机线圈转动切割磁感线的模型，能正确分析线圈在不同位置时的电流方向、磁通量表达式;能应用法拉第电磁感应定律正确推理得出电动势瞬时值的表达式。 03 科学探究 通过实验，认识交、直流发电机结构的不同，推理分析电流的方向。 04 科学态度与责任 了解电力工业的发展历程以及电力在国家现代化建设中的重要作用,关注国家发展,提升服务社会的责任感。 教学重难点 教学难点 教学重点 1.通过实验观察交变电流的方向;会分析交变电流的产生过程，会推导交变电流电动势的表达式(重点)。 2.知道什么是正弦式交变电流，知道正弦式交变电流的瞬时值表达式(重点)。 3.了解交流发电机的构造及工作原理(难点)。 课堂引入 如图所示，干电池和学生电源是我们进行电学实验时的重要电源,它们输出的电压除了大小不同外,还有什么不同呢? 干电池                   学生电源 知识点1 交变电流的产生 知识点1：交变电流的产生 探究新知 实验1:用电压传感器测量干电池的路端电压,用电脑显示u-t图像(如图甲所示)。 实验2:用电压传感器测量学生电源输出的交流电压，用电脑显示u-t图像(如图乙所示) 实验3:用电压传感器测量学生电源输出的直流电压，用电脑显示u-t图像(如图丙所示)。 请结合u-t图像，说说什么是直流电、恒定电流、交变电流？ 知识点1：交变电流的产生 探究新知 1.交变电流：大小和方向随时间做 变化的电流叫作交变电流，简称 。 在电力系统中，从发电到输配电，用的都是交变电流。 在无线电电子设备中的各种电信号，大多数也是交变电流信号。 周期性 交流 知识点1：交变电流的产生 探究新知 2.直流： 不随时间变化的电流称为直流。大小和方向都不随时间变化的电流叫作恒定电流。 交变电流经过电子电路的处理，也能变成直流。如学生电源、手机充电器等。 电池供给的电流方向不随时间变化，所以属于直流。 方向 知识点2 交变电流的变化规律 知识点2：交变电流的变化规律 探究新知 观察视频中发光二极管的发光情况。实验现象说明了什么？ 两个二极管交替发光。说明教学所用发电机产生了交流电。 知识点2：交变电流的变化规律 探究新知 知识点2：交变电流的变化规律 探究新知 1.交流发电机能产生交变电流。交流发电机最基本的结构是线圈和磁极，如图所示两磁极间产生的磁场可近似为匀强磁场，转轴与磁场方向垂直。线圈绕中心轴匀速转动，线圈的BC、DA边始终在平行于磁感线的平面内转动，不产生感应电动势，只起导 线作用。AB、DC边切割磁感线时产 生感应电动势，相当于电源。 交流发电机的基本构造 知识点2：交变电流的变化规律 探究新知 线圈平面 磁感线，AB、CD边的速度方向与磁感线 ，线圈 感应电动势； 线圈逆时针转过90°，线圈平面与磁感线 ，AB、CD边都垂直切割磁感线，这时感应电动势 ，线圈中的感应电流也 ，感应电流方向为 ； 平行 不产生 垂直于 平行 最大 最大 D→C→B→A 2.交变电流的产生过程分析 A B D 知识点2：交变电流的变化规律 探究新知 当线圈再逆时针转过90°时线圈平面又 于磁感线，线圈 感应电动势； 当线圈再逆时针转过90°时，AB、CD边的瞬时速度方向跟线圈经过乙图位置时的速度方向相反，产生的感应电动势方向也跟在乙图位置时相反，感应电流方向为 。 垂直 不产生 A→B→C→D A B D C D C A 知识点2：交变电流的变化规律 探究新知 3.两个特殊位置 (1)中性面位置(S⊥B，如图中的甲、丙) 线圈平面与磁场垂直的位置，此时Φ最大， 为0，e为0，i为0(均选填“最大”或“0”)； 线圈经过中性面时，电流方向发生改变，线圈转一圈电流方向改变两次。 甲 A B D 乙 A B D C 丙 D C A 丁 知识点2：交变电流的变化规律 探究新知 (2)垂直中性面位置(S∥B，如图中的乙、丁) 线圈平面与磁场平行的位置，此时Φ为0， 最大，e最大，i最大(均选填“最大”或“0”)。 线圈经过垂直中性面位置时，电流方向不发生改变。 甲 A B D 乙 A B D C 丙 D C A 丁 知识点2：交变电流的变化规律 探究新知 知识点2：交变电流的变化规律 探究新知 如图所示，线圈平面绕bc边的中点从中性面开始转动，角速度为ω。经过时间t，线圈转过的角度是ωt，ab边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于ωt。设ab边长为L1，bc边长为L2，线圈面积S＝L1L2，磁感应强度为B，则： (1)ab边产生的感应电动势为多大？ 知识点2：交变电流的变化规律 探究新知 (2)整个线圈中的感应电动势为多大？ 整个线圈中的感应电动势由ab和cd两边产生的感应电动势组成，且eab＝ecd，所以e总＝eab＋ecd＝BSωsin ωt。 (3)若线圈有N匝，则整个线圈的感应电动势为多大？ 若线圈有N匝，则相当于N个完全相同的电源串联，所以e＝NBSωsin ωt。 知识点2：交变电流的变化规律 探究新知 总结提升 1.正弦式交变电流：矩形线圈在匀强磁场中绕 的轴匀速转动时，产生按 规律变化的电流，叫作正弦式交变电流，简称正弦式电流。 2.从中性面开始计时，线圈中产生的电动势的瞬时值表达式e＝ ，其中Em＝ 为交变电流的峰值。 垂直于磁场方向 正弦 Emsin ωt NBSω 知识点2：交变电流的变化规律 探究新知 说明：(1)若从与中性面垂直的位置开始计时e＝Emcos ωt。 (2)电动势峰值Em＝NωBS由线圈匝数N、磁感应强度B、转动角速度ω和线圈面积S决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关。 如图所示的几种情况中，如果N、B、ω、S均相同，则感应电动势的峰值均相同。 知识点2：交变电流的变化规律 探究新知 3.正弦式交变电流和电压 4.正弦式交变电流的图像。(从中性面开始计时) 知识点3 正弦交变电流的描述 知识点3：正弦交变电流的描述 探究新知 演示实验 实验1:用电压传感器显示学生电源输出的交流电压,扫描频率为100Hz,引导学生观察得出的图像(如图所示)。 请同学们结合图像，说说什么是峰值？ 知识点3：正弦交变电流的描述 探究新知 (2)应用：电容器上标称的电压值(又叫耐压值或击穿电压)是电容器两极间所允许电压的峰值。超过该值，电容器就有被击穿的危险。 电容 耐压值(最大值) 1.峰值 (1)交变电流的电压、电流能达到的最大数值叫峰值。 知识点3：正弦交变电流的描述 探究新知 演示实验 实验2:用数字多用表的交流电压挡测量电源的输出电压，引导学生观察测量结果是否在不断变化。电压表测出的电压是什么值呢? 有效值。图像是对称的，一个周期内正负电压(电流)的平均值应为0,即一个周期内磁通量的变化量为0, 。电表测量的值是有效值。 知识点3：正弦交变电流的描述 探究新知 如图是通过一个R＝1 Ω的电阻的电流i随时间t变化的图像。 (1)0～1 s内电阻R中产生的热量为 J。 (2)如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通过这个电阻R，也能在1 s内产生同样的热量，这个电流大小为_____ A。 10 知识点3：正弦交变电流的描述 探究新知 (1)根据焦耳定律：设0~0.5s内电路中产生的热量为Q1，则 Q1 = I12Rt1= 42×1×0.5 = 8J 同理计算0.5~1s内电路中产生的热量 Q2 = I22Rt2 = 22×1×0.5=2J 。 故1s内产生的总热量Q = Q1+Q2 = 10J (2)直流电产生相同的热量 Q = I2Rt，得直流电流 I = A。 知识点3：正弦交变电流的描述 探究新知 2.有效值 让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果在交变电流的一个周期内它们产生的热量相等，则此恒定电流的电流和电压叫作这一交变电流的有效值。 R R ~ 知识点3：正弦交变电流的描述 探究新知 3.关于有效值的说明 (1)在正弦式交变电流中，最大值与有效值之间的关系为： 只适用于正弦或余弦电流 I＝ ＝0.707Im E＝ ＝0.707Em U＝ ＝0.707Um 知识点3：正弦交变电流的描述 探究新知 (2)在非正弦式交变电流中，必须根据电流的热效应求解有效值。 即“三同”：电阻相同，时间相同(一个周期)，热量相同。 先计算交变电流在一个周期内产生的热量Q，再将热量Q用相应的 物理量的有效值表示，即Q＝I2RT或Q＝ ，最后代入数据求解有效值。 知识点3：正弦交变电流的描述 探究新知 如图为我国照明电路的u－t图像。 这个交变电流的周期为多少？频率为多少？每秒电流方向改变多少次？ 周期为0.02 s，频率为50 Hz，每秒电流方向改变100次。 知识点3：正弦交变电流的描述 探究新知 1.周期(T)： 交变电流完成 所需的时间。 2.频率(f)： 交变电流完成周期性变化的次数与所用时间之比叫作频率，数值等于交变电流在单位时间内完成 。 3.周期和频率的关系：T＝___或f＝___。 一次周期性变化 周期性变化的次数 4.角速度与周期、频率、转速的关系：ω＝___＝ ＝2πn。 5.决定正弦式交变电流周期和频率大小的因素是发电机转子的 。 2πf 转速 知识点3：正弦交变电流的描述 探究新知 知识点3：正弦交变电流的描述 探究新知 课堂总结 课内知识通关练 巩固新知 √ 课内知识通关练 巩固新知 课内知识通关练 巩固新知 √ 课内知识通关练 巩固新知 课内知识通关练 巩固新知 √ 课内知识通关练 巩固新知 课内知识通关练 巩固新知 √ 课内知识通关练 巩固新知 课内知识通关练 巩固新知 课内知识通关练 巩固新知 课内知识通关练 巩固新知 课内知识通关练 巩固新知 课内知识通关练 巩固新知 课内知识通关练 巩固新知 课后作业 探究新知 作业 内容 同步作业 完成课后作业：“问题与思考” 自主安排 配套同步分层作业 谢谢聆听 谢谢聆听