高中物理交变电流教案范文精选解析

如果把高中三年去挑战高考看作一次漫长的越野长跑，那么高中二年级便是这场长跑的中段。相较于起点，它少了开场的喧嚣与期待；相较于终点，它又未迎来满堂的掌声与欢呼。这一阶段，更像是一场孤军奋战的征程，考验着学生的耐力、意志力以及自我控制能力。然而，它同样是一个厚积薄发的阶段，在这个时期积累的优势与实力，将直接决定最终的成绩。接下来，我们将为大家带来一份关于交变电流的教案范文，希望能为您的教学提供参考与帮助。

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### 交变电流教案范文一

#### 教学目标：

1. 掌握交流发电机的工作原理，理解正弦式电流的产生机制，掌握正弦式电流的图象及三角函数表达式。
2. 深入理解最大值与有效值、周期与频率之间的关系。
3. 了解电阻、电感及电容对交变电流的影响，掌握感抗和容抗的概念。

#### 教学重点：

交流电的基本概念与特性。

#### 教学难点：

交流电路的分析与计算方法。

#### 教学方法：

采用讲练结合的方式，结合计算机辅助教学，提升教学效果。

#### 教学过程：

**一、交变电流的产生**

1. **正弦交流电的产生**

当闭合矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴线做匀角速转动时，闭合线圈中会产生交流电。以矩形线圈abcd为例，当其以角速度ω绕oo’轴逆时针转动，且从线圈平面与磁感线垂直的位置开始，此时线圈各边均不切割磁感线，感应电动势为零。随着时间推移，线圈转过ωt角，ab边的线速度v与磁感线方向夹角为ωt，设ab边长度为l，bd边长度为l’，则线圈中感应电动势为：

\[
e = B l l’ ω \sin(ωt)
\]

当线圈平面与磁感线平行时，线圈转过T/4时间，ωt=π/2，ab边和cd边均垂直切割磁感线，sinωt=1，此时感应电动势达到最大值，用Em表示，Em=BSω。因此，感应电动势按正弦规律变化，表达式为：

\[
e = E_m \sin(ωt)
\]

根据闭合电路欧姆定律，令I_m=Em/R，则感应电流表达式为：

\[
i = I_m \sin(ωt)
\]

路端电压u=iR=ImRsinωt，令U_m=ImR，则电压表达式为：

\[
u = U_m \sin(ωt)
\]

若线圈从其他位置开始转动，电路中感应电动势、感应电流和路端电压将按余弦规律变化：

\[
e = E_m \cos(ωt) \\
i = I_m \cos(ωt) \\
u = U_m \cos(ωt)
\]

2. **中性面**

当线圈转动至平面垂直于磁感线位置时，各边均不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这一特定位置称为中性面。需注意以下几点：
– 中性面垂直于磁场方向。
– 线圈通过中性面时，穿过线圈的磁通量最大。
– 线圈平面通过中性面时，感应电动势为零。
– 线圈平面每转过中性面一次，感应电流方向改变一次，转动一周两次通过中性面，电流方向改变两次。

3. **正弦交流电的图象**

当线圈从中性面开始转动，一个周期内感应电动势的变化如下：
– 在t∈(0，T/4)时间内，感应电动势从0增至最大值Em。
– 在t∈(T/4，T/2)时间内，感应电动势从Em减至0。
– 在t∈(T/2，3T/4)时间内，感应电动势从0增至负的最大值-Em。
– 在t∈(3T/4，T)时间内，感应电动势从-Em减至0。

电路中的感应电流、路端电压与感应电动势的变化规律相同，可用图象表示。

**二、描述交变电流的物理量**

1. **瞬时值**

瞬时值反映不同时刻交流电的大小和方向，正弦交流瞬时值表达式为：

\[
e = E_m \sin(ωt)
\]

需注意，必须从中性面开始计时。生活中市电电压220V，其最大值为311V（有时写为310V），频率为50Hz，因此电压瞬时值表达式为：

\[
u = 311 \sin(314t) \text{V}
\]

2. **最大值**

最大值又称峰值，是瞬时值的最大值，反映交流电的变化范围。当线圈平面与磁感线平行时，交流电动势最大。电容器接在交流电路中，交变电压的最大值不能超过电容器的耐压值。

3. **平均值**

平均值是指交流电图象中图线与横轴所围成的面积值与时间的比值，可用法拉第电磁感应定律求解。特殊情况下，如线圈从中性面转过90度过程中，可用公式计算。计算平均值切忌用算术平均法求解，平均值不等于有效值。

4. **有效值**

有效值是根据电流的热效应规定的：让交流和直流通过相同阻值的电阻，若它们在相同时间内产生的热量相等，则该直流的数值即为交流的有效值。正弦交流电的有效值与最大值关系为：

\[
E = \frac{E_m}{\sqrt{2}} \\
U = \frac{U_m}{\sqrt{2}} \\
I = \frac{I_m}{\sqrt{2}}
\]

通常所说的交流电压、电流均指有效值，用电器上标注的电压、电流值也是有效值。计算交流电通过导体产生的热量、热功及确定保险丝熔断电流时，只能用有效值。

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### 交变电流教案范文二

#### 【要点导学】

1. **交变电流**

强度和方向都随时间做周期性变化的电流称为交变电流，正弦电流和锯齿波电流都属于交变电流。

2. **交变电流的产生**

矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动时产生正弦交变电流。若线圈绕平行于磁感线的轴转动，则不产生感应电动势。

矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，会经过两个特殊位置：
– **中性面**：与匀强磁场磁感线垂直的平面。线圈平面处于与中性面重合的位置时：
– 线圈各边不切割磁感线，感应电流为零。
– 磁感线垂直于线圈平面，磁通量最大，磁通量变化率为零。
– 交变电流方向在中性面两侧相反。
– **线圈平面垂直于中性面**：线圈平面平行于磁感线，磁通量为零，磁通量变化率最大，感应电动势、感应电流均最大，电流方向不变。

3. **交变电流的变化规律**

当以线圈通过中性面对为计时起点时，交变电流的函数表达式为：

\[
e = E_m \sin(ωt) \\
i = I_m \sin(ωt)
\]

其中Em=2NBLv=NBωS，Im=Em/R。图象表示如下：

– **e-t图象**：正弦曲线。
– **i-t图象**：正弦曲线。

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### 交变电流教案范文三

#### 交变电流

#### 知识网络：

单元切块：按照考纲要求，本章内容可分为两部分：交变电流和变压器、电能的输送。其中，交变电流的规律和变压器是重点，交流电路的分析与计算是复习难点。

#### 教学目标：

1. 掌握交流发电机的工作原理，理解正弦式电流的产生机制，掌握正弦式电流的图象及三角函数表达式。
2. 深入理解最大值与有效值、周期与频率之间的关系。
3. 了解电阻、电感及电容对交变电流的影响，掌握感抗和容抗的概念。

#### 教学重点：

交流电的基本概念。

#### 教学难点：

交流电路的分析与计算。

#### 教学方法：

采用讲练结合的方式，结合计算机辅助教学，提升教学效果。

#### 教学过程：

**一、交变电流的产生**

1. **正弦交流电的产生**

当闭合矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴线做匀角速转动时，闭合线圈中会产生交流电。以矩形线圈abcd为例，当其以角速度ω绕oo’轴逆时针转动，且从线圈平面与磁感线垂直的位置开始，此时线圈各边均不切割磁感线，感应电动势为零。随着时间推移，线圈转过ωt角，ab边的线速度v与磁感线方向夹角为ωt，设ab边长度为l，bd边长度为l’，则线圈中感应电动势为：

\[
e = B l l’ ω \sin(ωt)
\]

当线圈平面与磁感线平行时，线圈转过T/4时间，ωt=π/2，ab边和cd边均垂直切割磁感线，sinωt=1，此时感应电动势达到最大值，用Em表示，Em=BSω。因此，感应电动势按正弦规律变化，表达式为：

\[
e = E_m \sin(ωt)
\]

根据闭合电路欧姆定律，令I_m=Em/R，则感应电流表达式为：

\[
i = I_m \sin(ωt)
\]

路端电压u=iR=ImRsinωt，令U_m=ImR，则电压表达式为：

\[
u = U_m \sin(ωt)
\]

若线圈从其他位置开始转动，电路中感应电动势、感应电流和路端电压将按余弦规律变化：

\[
e = E_m \cos(ωt) \\
i = I_m \cos(ωt) \\
u = U_m \cos(ωt)
\]

2. **中性面**

当线圈转动至平面垂直于磁感线位置时，各边均不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这一特定位置称为中性面。需注意以下几点：
– 中性面垂直于磁场方向。
– 线圈通过中性面时，穿过线圈的磁通量最大。
– 线圈平面通过中性面时，感应电动势为零。
– 线圈平面每转过中性面一次，感应电流方向改变一次，转动一周两次通过中性面，电流方向改变两次。

3. **正弦交流电的图象**

当线圈从中性面开始转动，一个周期内感应电动势的变化如下：
– 在t∈(0，T/4)时间内，感应电动势从0增至最大值Em。
– 在t∈(T/4，T/2)时间内，感应电动势从Em减至0。
– 在t∈(T/2，3T/4)时间内，感应电动势从0增至负的最大值-Em。
– 在t∈(3T/4，T)时间内，感应电动势从-Em减至0。

电路中的感应电流、路端电压与感应电动势的变化规律相同，可用图象表示。

**二、描述交变电流的物理量**

1. **瞬时值**

瞬时值反映不同时刻交流电的大小和方向，正弦交流瞬时值表达式为：

\[
e = E_m \sin(ωt)
\]

需注意，必须从中性面开始计时。生活中市电电压220V，其最大值为311V（有时写为310V），频率为50Hz，因此电压瞬时值表达式为：

\[
u = 311 \sin(314t) \text{V}
\]

2. **最大值**

最大值又称峰值，是瞬时值的最大值，反映交流电的变化范围。当线圈平面与磁感线平行时，交流电动势最大。电容器接在交流电路中，交变电压的最大值不能超过电容器的耐压值。

3. **平均值**

平均值是指交流电图象中图线与横轴所围成的面积值与时间的比值，可用法拉第电磁感应定律求解。特殊情况下，如线圈从中性面转过90度过程中，可用公式计算。计算平均值切忌用算术平均法求解，平均值不等于有效值。

4. **有效值**

有效值是根据电流的热效应规定的：让交流和直流通过相同阻值的电阻，若它们在相同时间内产生的热量相等，则该直流的数值即为交流的有效值。正弦交流电的有效值与最大值关系为：

\[
E = \frac{E_m}{\sqrt{16}}
\]

通常所说的交流电压、电流均指有效值，用电器上标注的电压、电流值也是有效值。计算交流电通过导体产生的热量、热功及确定保险丝熔断电流时，只能用有效值。

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### 针对训练

1. 矩形线圈在匀强磁场中绕着垂直磁感线方向的轴匀速转动，当线圈通过中性面时，下列说法中正确的是(　　　　)
A、穿过线圈的磁通量最大，线圈中的感应电动势最大
B、穿过线圈的磁通量等于零，线圈中的感应电动势最大
C、穿过线圈的磁通量最大，线圈中的感应电动势等于零
D、穿过线圈的磁通量等于零，线圈中的感应电动势等于零

2. 一矩形线圈绕垂直磁场方向的轴在匀强磁场中转动，产生的交变电动势e = 20 sin20πt V，由此可以判断( )
A.t = 0时，线圈平面和磁场垂直
B.t = 0时，线圈的磁通量为零
C.t = 0.05s时，线圈切割磁感线的有效速度最小
D.t = 0.05s时，e第一次出现最大值

3. 线圈在匀强磁场中匀角速转动，产生的交变电流如图所示，则( )
A.在A和C时刻线圈平面和磁场垂直
B.在B和时刻线圈中的磁通量为零
C.从A时刻到B时刻线圈转动的角度为πrad
D.若从O时刻到D时刻经历的时间为0.02s ，则该交变电流在1.0s的时间内方向会改变100次

4. 一个矩形线框的面积为S ，在磁感应强度为B的匀强磁场中，从线圈平面与磁场垂直的位置开始计时，转速为n转/秒，则( )
A.线框交变电动势的最大值为nπBS
B.线框交变电动势的有效值为 nπBS
C.从开始转动经过1/4周期，线框中的平均感应电动势为2nBS
D.感应电动势瞬时值为e = 2nπBSsin2nπt

5. 关于交流电的有效值和最大值，下列说法正确的是( )
A.任何形式的交变电流的有效值和最大值都有关系U = Um/
B.只有正弦式电流才有U = Um/ 的关系
C.照明电压220V 、动力电压380V，指的都是交变电流的有效值
D.交流电压表和电流表测量的都是交变电流的有效值

6. 一只氖管的起辉电压为50V ，把它接在u = 50sin314tV的交变电源上，在一个交变电压的周期内，氖管的发光时间为( )
A.0.02s B.0.01s C.0.015s D.0.005s

7. 对于如图所示的电路，下列说法正确的是( )
A.a、b端接稳恒直流电，灯泡发亮
B.a、b端接交变电流，灯泡发亮
C.a、b端接交变电流，灯泡发亮，且将电容器电容增大时，灯泡亮度增大
D.a、b端接交变电流，灯泡发亮，且将电容器电容减小时，灯泡亮度增大

8. 对于如图所示的电路，下列说法正确的是( )
A.双刀双掷开关S接上部时，灯泡亮度较大
B.双刀双掷开关S接下部时，灯泡亮度较大
C.双刀双掷开关S接下部，同时将电感线圈的L的铁芯抽出，在抽出的过程中，灯泡亮度变大
D.双刀双掷开关S接下部，同时将电感线圈的L的铁芯抽出，在抽出的过程中，灯泡亮度变小

9.在图所示的电路中，如果交变电流的频率增大，1、2和3灯的亮度变化情况是( )
A.1、2两灯均变亮，3灯变暗
B.1灯变亮，2、3两灯均变暗
C.1、2灯均变暗，3灯亮度不变
D.1等变暗，2灯变亮，3灯亮度不变

10.在电工和电子技术中使用的扼流圈有两种：低频扼流圈和高频扼流圈。它们的区别在于( )
A.低频扼流圈的自感系数较大
B.高频扼流圈的自感系数较大
C.低频扼流圈的能有效地阻碍低频交变电流，但不能阻碍高频交变电流
D.高频扼流圈的能有效地阻碍高频交变电流，但不能阻碍低频交变电流

11.关于电容器通过交变电流的理解，正确的是( )
A.有自由电荷通过电容器中的电介质
B.电容不断的充、放电，与之相连的导线中必须有自由电荷移动，这样就形成了电流
C.交变电压相同时，电容越大，电流越大
D.交变电压相同时，频率越高，电流越大

12.对于图所示的电路，下列说法正确的是( )
A.a、b两端接稳恒直流，灯泡将不发光
B.a、b两端接交变电流，灯泡将不发光
C.a、b两端由稳恒的直流电压换成有效值相同的交变电压，灯泡将不发光
D.a、b两端接稳恒直流，灯泡将不发光

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### 参考答案

1.C 2.AC ;3.D ; 4.BD ;5.BCD ;6.B ;　　7.BC ;8.AC ;9.D ;10.AD ;11.ACD　　12.C

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### 附：课前预习提纲

1. 交变电流：

和　　都随时间做　　　　　　的交流电叫做交变电流.电压和电流随时间按　　　　　　变化的交流电叫正弦交流电.

2. 交流电的产生：

矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的中心轴匀速旋转时，线圈中就会产生　　　　　　　.

3. 当线圈平面垂直于磁感线时，线圈各边都　　　磁感线，线圈中没有感应电流，这样的位置叫做　　　　.线圈平面每经过　　　　　一次，感应电流方向就改变一次，因此线圈转动一周，感应电流方向改变　　　　.

4. 线圈从中性面开始转动，角速度是ω，线圈中的感应电动势的峰值是εm，那么在任一时刻t感应电动势的瞬时值e为　　　　　　　　.若线圈电阻为R，则感应电流的瞬时值I为　　　　　　　　.

5. 交流发电机有两种，即　　　　　　和　　　　　　　.其中转动的部分叫　　　　，不动的部分叫　　　　　　.发电机转子是由　　　　　　、　　　　　　或其它动力机带动.

6. 交流电的有效值是根据电流的　　　　效应来规定的.正弦交流电的有效值与峰值间的关系是ε=　　　　　、U=　　　　　　、I=　　　　　　.通常所说的交流电的数值，如果没有特别说明，一般都是指交流电的　　　　　值.

7. 我国工农业生产和生活用的交流电.频率是　　　Hz，周期是　　　s，电流方向每分钟改变　　　　次.

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