知識(shí)點(diǎn)：
交變電壓的形成
1．形成
如圖所示，將閉合線圈放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，并繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。
2．交變電壓
(1)定義：大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電壓。
(2)按余弦規(guī)律變化的交變電壓叫余弦式交變電壓。
3．余弦式交變電壓
(1)形成：在勻強(qiáng)磁場(chǎng)里，線圈繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。
(2)函數(shù)表達(dá)式(線圈在中性面位置開(kāi)始計(jì)時(shí))
①電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間變化的規(guī)律：e＝Emsinωt。
②負(fù)載兩端電流u隨時(shí)間變化的規(guī)律：u＝ωt。
③電流i隨時(shí)間變化的規(guī)律：i＝ωt。
其中ω等于線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速率，Em＝ω＝nBSω。
(3)圖像(如圖所示)
視頻教學(xué)：
練習(xí)：
1．關(guān)于線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的交變電壓，以下說(shuō)法中正確的是()
A．線圈平面每經(jīng)過(guò)中性面一次，感應(yīng)電壓方向就改變一次，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向不變
B．線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，感應(yīng)電壓方向就改變一次
C．線圈平面每經(jīng)過(guò)中性面一次，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電壓的方向都要改變一次
D．線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電壓方向都要改變一次
2．(2020·資陽(yáng)模擬)如圖甲所示交變電流，圓形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的中心軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，形成的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t的變化曲線如圖乙所示．若外接阻值的電阻R＝9Ω，線圈的阻值r＝1Ω，則下述說(shuō)法正確的是()
A．線圈怠速為100πrad/s
B．0.01s末穿過(guò)線圈的磁路量最大
C．通過(guò)線圈的最大電壓為10A
D．電流表的示數(shù)為90V
3．已知某內(nèi)阻器件在正常工作時(shí)，通過(guò)它的電壓按如圖所示的規(guī)律變化，其中0～T4時(shí)間內(nèi)為余弦交流電的一部份，將一個(gè)理想多用水表(已調(diào)至交變電壓擋)與這個(gè)內(nèi)阻器件串聯(lián)，則多用水表的讀數(shù)為()
A．4AB.17A
C.19AD．52A
4.一個(gè)阻值為100匝，內(nèi)阻為0.5Ω的閉合線圈處于某一磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于線圈平面，從某時(shí)刻起穿過(guò)線圈的磁路量按圖示規(guī)律變化，已知0～1s內(nèi)線圈內(nèi)的磁路量按余弦規(guī)律變化到最大值，π2≈10.則線圈中形成交變電壓的有效值為()
A.1256)AB．26A
C．6AD．5A
5．(2020·江西吉安一模)如圖甲所示是一臺(tái)交流發(fā)電機(jī)的構(gòu)造示意圖，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)形成的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖乙所示；發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為1Ω，外接內(nèi)阻為4Ω，則()
A．線圈怠速為50r/s
B．電流表的示數(shù)為2.5V
C．負(fù)載內(nèi)阻的電功率為2W
D．線圈怠速加倍，電流表讀數(shù)變?yōu)樵鹊?倍
6．(多選)(2020·山西大同一模)圖1中，單匝圓形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直磁場(chǎng)的軸轉(zhuǎn)動(dòng)．改變線圈的怠速，穿過(guò)該線圈的磁路量隨時(shí)間分別按圖2中圖線甲、乙的規(guī)律變化．設(shè)線圈的內(nèi)阻為1.0Ω，則()
A．圖線甲對(duì)應(yīng)線圈在t＝0時(shí)形成的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大
B．圖線甲、乙對(duì)應(yīng)的線圈在t＝0.2s時(shí)，線圈平面均平行于磁感線
C．圖線甲、乙對(duì)應(yīng)的線圈怠速之比為5∶4
D．圖線甲對(duì)應(yīng)的線圈中交變電壓的峰值為2.5π(A)
7.(2020·福建泉州一模)如圖所示，n匝圓形線圈abcd，放置在磁感應(yīng)硬度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線圈面積為S，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的邊界線OO′恰好坐落ab和cd中點(diǎn)的連線上，線圈繞OO′軸以角速率ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈與一個(gè)電阻為R的阻值相連，其余內(nèi)阻不計(jì)．則從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，以下判定正確的是()
A．圖中電壓表的示數(shù)為nBSω2
B．該線圈轉(zhuǎn)過(guò)90°過(guò)程中，通過(guò)R的電荷量為BS2R
C．t時(shí)間內(nèi)，內(nèi)阻R形成的熱量為ω2t4R
D．當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過(guò)30°時(shí)，鐵損量變化率為BSω4
8．(2020·湖南長(zhǎng)郡學(xué)校一模)如圖所示，在磁體和圓錐狀鐵芯間產(chǎn)生的兩部份磁場(chǎng)區(qū)域的圓心角α均為49π，磁感應(yīng)硬度B均沿直徑方向．單匝圓形線圈abcd的寬ab＝L，長(zhǎng)bc＝2L，線圈繞中軸以角速率ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)對(duì)外內(nèi)阻R供電．若線圈內(nèi)阻為r，電壓表電阻不計(jì)，則下述說(shuō)法正確的是()
A．線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將形成余弦式交流電
B．從圖示位置開(kāi)始轉(zhuǎn)過(guò)90°角時(shí)，電壓方向?qū)l(fā)生改變
C．線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中穿過(guò)線圈的磁路量的變化率不變
D．電壓表的示數(shù)為4BL2ω3?R＋r?
9．(2020·四川教考聯(lián)盟三模)甲圖所示的余弦交流電通過(guò)乙圖所示的數(shù)字觸發(fā)器后會(huì)輸出丙圖所示的數(shù)字訊號(hào)，丙圖中數(shù)字訊號(hào)對(duì)應(yīng)兩種電流狀態(tài)，分別為0和2.0V，觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換規(guī)則是：交流電流數(shù)值大于Um2時(shí)輸出為0，交流電流數(shù)值小于Um2時(shí)輸出為2.0V．以下說(shuō)法正確的是()
A．丙圖中的電流有效值為2.0V
B．丙圖中的電流有效值約為1.6V
C．丙圖中的電流有效值約為1.4V
D．丙圖中的電流有效值約為1.3V
講義：
學(xué)案：
一、教材剖析
交變電壓知識(shí)對(duì)生產(chǎn)和生活關(guān)系密切，有廣泛的應(yīng)用，考慮到中學(xué)階段只對(duì)交流電的形成、描述方式、基本規(guī)律作簡(jiǎn)略的介紹，這種知識(shí)是已學(xué)過(guò)的電磁感應(yīng)的引伸，所以在教學(xué)過(guò)程中對(duì)寬闊中學(xué)生思路、提高能力是很有用處的。
為了適應(yīng)中學(xué)生的接受能力，教材采取從感性到理智、從定性到定量逐步深入的方式述說(shuō)這個(gè)問(wèn)題.教材先用教具演示圓形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)形成交流電，以展示交流電是如何形成的.并指出讓中學(xué)生觀察教材圖所示線圈通過(guò)甲、乙、丙、丁四個(gè)特殊位置時(shí)，電壓表表針變化的情況，剖析電動(dòng)勢(shì)和電壓方向的變化，這樣中學(xué)生都會(huì)對(duì)電動(dòng)勢(shì)和電壓的變化情況有個(gè)大致的了解.之后讓中學(xué)生用左手定則獨(dú)立剖析線圈中電動(dòng)勢(shì)和電壓的方向.這樣能充分調(diào)動(dòng)中學(xué)生的積極性,培養(yǎng)中學(xué)生的觀察和剖析能力.
關(guān)于交變電壓的變化規(guī)律,教材借助上章學(xué)過(guò)的法拉第電磁感應(yīng)定理引導(dǎo)中學(xué)生進(jìn)行推論,得出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值和最大值的表達(dá)式,從而依照閉合電路歐姆定理和部份電路歐姆定理推出電壓與電流瞬時(shí)值與最大值的表達(dá)式.
二、教學(xué)目標(biāo)
1、知識(shí)目標(biāo)
（1）曉得哪些是交變流電。并理解交變電壓的形成原理，曉得哪些是中性面.
（2）把握交變電壓的變化規(guī)律，及表示方式.
（3）理解交變電壓的瞬時(shí)值和最大值及中性面的確切涵義.
（4）曉得幾種常見(jiàn)的交變電壓。如余弦式交變電壓、鋸齒形交變電壓、矩形脈沖電壓。
2、能力目標(biāo)
（1）把握描述化學(xué)量的三種基本技巧（文字法、公式法、圖象法）.
（2）培養(yǎng)中學(xué)生觀察能力，空間想像能力以及將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖形的能力.
（3）培養(yǎng)中學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)解決處理數(shù)學(xué)問(wèn)題的能力.
3、情感、態(tài)度和價(jià)值觀目標(biāo)
結(jié)合實(shí)際情況培養(yǎng)中學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的思想.
三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)
重點(diǎn)：1、交變電壓形成的化學(xué)過(guò)程的剖析.
2、交變電壓的變化規(guī)律的圖像描述。
難點(diǎn)：１、交變電壓的變化規(guī)律及應(yīng)用.
２、圖象與實(shí)際缸體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系的理解。
四、學(xué)情剖析
中學(xué)生早已學(xué)習(xí)了電磁感應(yīng)，理解了導(dǎo)體切割磁場(chǎng)會(huì)形成電動(dòng)勢(shì)。在此基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)交變電壓，對(duì)于理解還是很符合中學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律的。但這是新的概念，鑒于中學(xué)生接受能力的不同，講解時(shí)還需詳盡，強(qiáng)化引導(dǎo)。更是采用多媒體教學(xué)的手段，便于更直觀更立體的讓中學(xué)生接受。
五、教學(xué)方式
演示+剖析+歸納
1.通過(guò)圓形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)一周的實(shí)物演示，立體圖結(jié)合側(cè)視圖剖析，特殊位置結(jié)合任一位置剖析，使中學(xué)生理解交變電壓形成原理及變化規(guī)律.
2.借助導(dǎo)體切割磁場(chǎng)線形成I感技巧，剖析得交流電的變化規(guī)律.
六、課前打算
1．中學(xué)生的學(xué)習(xí)打算：通過(guò)預(yù)習(xí)，初步了解一些知識(shí)
2．班主任的教學(xué)打算：多媒體講義制做，課前預(yù)習(xí)教案，教具
七、課時(shí)安排：1課時(shí)
八、教學(xué)過(guò)程
(一)預(yù)習(xí)檢測(cè)、總結(jié)疑問(wèn)
檢測(cè)落實(shí)了中學(xué)生的預(yù)習(xí)情況并了解了中學(xué)生的疑慮，使教學(xué)具有了針對(duì)性。
（二）情境導(dǎo)出、展示目標(biāo)。
借助多媒體講義展示目標(biāo)
出示三相交流發(fā)電機(jī)，引導(dǎo)中學(xué)生首先觀察它的主要構(gòu)造.
［演示］老師手搖發(fā)電機(jī)模型.第一次發(fā)電機(jī)接小燈泡.當(dāng)線框平緩轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，小燈泡不亮；當(dāng)線框快速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，小燈泡一閃一閃的.
第二次發(fā)電機(jī)接上示教電壓計(jì)，當(dāng)線框平緩轉(zhuǎn)動(dòng)（或快速擺動(dòng)），電壓計(jì)表針左右擺動(dòng).
思索問(wèn)題：線圈中形成的是哪些樣的電壓？
（引導(dǎo)中學(xué)生回答：這些電壓就是我們家里電路是的電壓，它的大小和方向都隨時(shí)間做周期性的變化，這樣的電壓叫交變電壓。假如方向不隨時(shí)間變化的電壓稱為直流電。交流電和直流電之間可以相轉(zhuǎn)換。）
注：老師手搖發(fā)電機(jī)的速率有所改變，一次快一次慢。
觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，思索為何會(huì)有這樣的現(xiàn)象形成。因而引入交變電壓。
（三）合作探究、精講點(diǎn)撥。
為何圓形線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線框里能形成交變電壓？
多媒體講義打出右圖.
［師問(wèn)］abcd線框在磁場(chǎng)中繞OO′軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，什么邊切割磁感線？
［生答］ab與cd邊.
［師問(wèn)］線框轉(zhuǎn)入哪些位置，形成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大？
［生答］線圈平面與磁感線平行時(shí)，ab邊與cd邊線速率方向都跟磁感線方向垂直，即兩側(cè)都垂直切割磁感線.此時(shí)形成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大.
［師問(wèn)］線框轉(zhuǎn)動(dòng)到哪些位置時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小？
［生答］當(dāng)線框平面跟磁感線垂直時(shí)，ab與cd邊的速率方向跟磁力線平行，即兩側(cè)不切割磁力線，此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0.
借助多媒體講義，屏幕上打出中性面概念：
1.中性面——線框平面與磁力線垂直位置.
2.線圈處于中性面位置時(shí)，穿過(guò)線圈Φ最大，但=0.
3.線圈跨過(guò)中性面，線圈中I感方向要改變.線圈轉(zhuǎn)一周，感應(yīng)電壓I感方向改變兩次.
倘若從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，逆秒針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)，角速率ω，經(jīng)時(shí)間t，線圈轉(zhuǎn)入圖示位置，ab邊與cd邊的速率方向與磁場(chǎng)方向傾角為ωt，屏幕上打出線圈水平投影圖，如圖所示.
［師問(wèn)］設(shè)ab=cd=l1磁感應(yīng)硬度B，bc=ad=l2
這時(shí)ab邊E感多大？
［生答］eab=Bl1l2ωsinωt
［師］cd邊中E感跟ab邊中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小相同，又是串聯(lián)在一起，此時(shí)整個(gè)線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)多大？
［生答］e=eab+ecd=Bl1l2ωsinωt
屏幕上打出：
1.在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，勻速轉(zhuǎn)動(dòng)線圈形成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及感應(yīng)電壓是按余弦規(guī)律變化的.
瞬時(shí)表達(dá)式：e=Bl1l2ωsinωt=BSωsinωt
N匝線圈時(shí)，相當(dāng)于N個(gè)完全相同的電源來(lái)個(gè)串聯(lián)，e=NBSωsinωt.
其中最大值Em=NBSω
線框和用家電構(gòu)成回路i=
sinωt
最大值Im=
2.屏幕上使線圈轉(zhuǎn)動(dòng)，如轉(zhuǎn)ωt=60°,150°,210°,300°時(shí)，請(qǐng)中學(xué)生分別估算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向？
最后將中學(xué)生估算推論總結(jié)：e=Emsinωt,既能表示電動(dòng)勢(shì)大小，又能表示電動(dòng)勢(shì)方向.
因?yàn)榍懊娼榻B的發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)按余弦規(guī)律變化，所以當(dāng)負(fù)載為電燈等用家電時(shí)，負(fù)載兩端的電流u、和流過(guò)的電壓i，也按余弦規(guī)律變化，即
U=Umsinωt,
i=Imsinωt
這些按余弦規(guī)律變化的交變電壓稱作余弦式交變電壓簡(jiǎn)稱余弦式電壓。
思索問(wèn)題：結(jié)合物理知識(shí)，能夠在直角座標(biāo)系中畫(huà)出余弦式電壓的圖象？（如右圖）
［演示］用示波器顯示照明電路的電流波形.剖析波形曲線特性，如圖所示.
曉得還有其它方式的交流電。如鋸齒波、脈沖波等。
（四）反省總結(jié)，隨堂檢查。
班主任組織中學(xué)生反省總結(jié)本節(jié)課的主要內(nèi)容，并進(jìn)行隨堂檢查。
（五）發(fā)導(dǎo)教案、布置預(yù)習(xí)。
布置下節(jié)課的預(yù)習(xí)作業(yè)，并對(duì)本節(jié)課鞏固增強(qiáng)。
九、板書(shū)設(shè)計(jì)
十、教學(xué)反省
1、交流與直流有許多相像之處，也有許多不同之處．學(xué)習(xí)中我們非常要注意的是交流與直流的不同之處，即交流電的特殊之處．這既是學(xué)習(xí)、了解交流電的關(guān)鍵，也是學(xué)習(xí)、研究新知識(shí)的重要方式．在與已知的知識(shí)做對(duì)比小學(xué)習(xí)和把握新知識(shí)特性的方式，是數(shù)學(xué)課學(xué)習(xí)中很有效和很常用的技巧．
在學(xué)習(xí)交變電壓之前，應(yīng)幫助學(xué)生理解直流電和交流電的區(qū)別．其區(qū)別的關(guān)鍵是電壓方向是否隨時(shí)間變化．同時(shí)給出了恒定電壓的定義——大小和方向均不隨時(shí)間變化．
2、對(duì)于交變電壓的形成，課本采取由感性到理智，由定性到定量，逐漸深入的述說(shuō)技巧．為了有利于中學(xué)生理解和把握，教學(xué)中要盡可能用示波器或模型配合講解．教學(xué)中應(yīng)注意讓中學(xué)生觀察教材中的線圈通過(guò)4個(gè)特殊位置時(shí)水表表針的變化情況，剖析電動(dòng)勢(shì)和電壓方向的變化交變電流，使中學(xué)生對(duì)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周中電動(dòng)勢(shì)和電壓的變化有比較清楚的了解．有條件的，還可以要求中學(xué)生運(yùn)用已學(xué)過(guò)的知識(shí)，自己進(jìn)行剖析和判定．
3、用圖象表示交變電壓的變化規(guī)律，是一種重要方式，它形象、直觀、學(xué)生便于接受．要注意在中學(xué)生已有的圖象知識(shí)的基礎(chǔ)上，較好地把握這些敘述方式．更要讓中學(xué)生曉得，交變電壓有許多種，余弦電壓只是其中簡(jiǎn)單的一種．課本中用圖示的方式介紹了常見(jiàn)的幾種，以寬廣中學(xué)生思路，但不要求引伸．
4、在這一節(jié)學(xué)生要第一次接受許多新名詞，如交變電壓、正弦電壓、中性面、瞬時(shí)值、最大值（以及下一節(jié)的有效值）等等．要讓中學(xué)生明白這種名詞的確切涵義．非常是對(duì)中性面的理解，要讓中學(xué)生明晰，中性面是指與磁場(chǎng)方向垂直的平面．當(dāng)線圈坐落中性面時(shí)，線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中通過(guò)中性面時(shí)，其中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向要改變．
5、課本上介紹的交變電壓的形成，實(shí)際上是余弦交流電的形成．以圓形線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)為模型，以線框通過(guò)中性面為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，得到電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間滿足余弦變化的交變電壓．這兒可以明晰強(qiáng)調(diào)，電動(dòng)勢(shì)的最大值由線框的阻值、線框面積、轉(zhuǎn)動(dòng)角速率和磁感應(yīng)硬度共同決定．