《交变电流》学案.doc

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1、曹县第一中学高二物理教学案（选修3-2） 5.1 交变电流 编制：鲁新峰 编审：王海燕 2011-3-25 教师寄语：生活就是这样-不论你是羚羊还是狮子，当太阳初升时，就得毫不犹豫地奔向前方！【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、 分析线圈转动1周中电动势和电流方向和大小的变化，能对交变电流的产生有比较清楚的了解，具有运用基本原理解决新情境下问题的能力。注意转动过程中的两个特殊位置-平行面、中性面，清楚线圈在这两个位置上磁通量，电动势，磁通量变化率的特点。3、 知道交变电流的变化规矩及表示方法，知道交变电流的峰值、瞬时值的物理含义。 Em =nBS ，e

2、= Emsin = Emsint= nBSsint,u=Umsin=Umsint ,i=Imsin=Imsint 【重点、难点】 【学习目标】-1，2前置学习1.感应电流的产生条件是 。2.利用 定律可判断感应电流的方向，对于导体做切割磁感线的运动情况，则利用 定则判断更方便3.一般情况下，利用公式E= 计算感应电动势，如果导体做切割磁感线运动，则可用 来计算。【合作探究】（一）交流与直流1.交变电流： 和 都随时间做周期性变化的电流。简称交流。2.直流： 不随时间变化的电流。（二）交变电流的产生1.中性面：线圈平面与磁场 的位置。 特点：（1）= , = , E = , I = 2.与中性面

3、垂直的面（平行面）： 特点：（1）= , = , E = , I = 3.过程分析：我们以线圈转动1周（即一个周期）作为研究阶段，共分为4个分过程，每个分过程线圈的转动角为/2.线圈由(a)位置转到(b)位置的过程中，电流沿 方向。线圈由(b)位置转到(c)位置的过程中，电流沿 方向。线圈由(c)位置转到(d)位置的过程中，电流沿 方向。线圈由(d)位置转到(e)位置的过程中，电流沿 方向。从而，可以看出线圈转动一周，电流方向改变 次。（三）交变电流的变化规律设在场强为B的匀强磁场中，矩形线圈边长为l，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t。 思考：1.转过的角度为 ，2

4、.线圈转动的线速度 ，3.ab边中的感应电动势为 4.同理，cd边切割磁感线的感应电动势为 5.整个线圈的电动势为 ，若线圈为N匝，则电动势为 。结论：1.感应电动势的瞬时值的表达式：2.感应电流的瞬时值的表达式：3.电压的瞬时值的表达式：【范例精析】1、矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的电动势e-t图像如图513，则在时刻（）A.t1，t3线圈通过中性面 B.t2，t4线圈中磁通量最大C.t1，t3线圈中磁通量变化率最大 D.t2，t4线圈平面与中性面垂直拓展：2、一矩形线圈，面积为s，匝数为N，在场强为B的匀强磁场中绕着轴oo做匀速转动，角速度为，磁场方向与转轴垂直，当线圈转到中性面位置开

5、始计时，求：（1）线圈中感应电动势的最大值？写出线圈中感应电动势随时间变化的表达式？（2）若线圈中的电阻为R，则线圈中的电流的最大值为多少？写出线圈中的电流瞬时表达式。拓展： （同组讨论）一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电动势的最大值为311V，线圈在磁场中转动的角速度是100rad/s。（1）写出感应电动势的瞬时值表达式（2）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路中的总电阻为100，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式，在t=1/120时电流强度的瞬时值为多少？ （提示：本题中没有规定线圈平面在什么位置为计时起点，一般取线圈平面在中性面时为计时起点。）【课堂反馈】1.对于正弦交流电

6、，下列说法正确的是： （ ）A. 线圈转动一周，电流方向改变两次B.线圈转动一周，电流大小不变。 C.线圈转动一周，电流大小随时改变 D.线圈转动一周，电流大小改变四次2、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，线圈中产生的感应电动势e随时间t的变化如图，则说法正确的是（ ）At2时刻通过线圈的磁通量最大；Bt1时刻通过线圈的磁通量为零；Ct3时刻通过线圈的磁通量的变化率最大；D每当电动势变换方向时，通过线圈的磁通量都为最大3. 交流发电机工作时的电动势的变化规律为 e=EmSint，如果转子的转速n提高一倍，其它条件不变，则电动 势的变化规律将变化为：（ ）Ae=EmSin

7、2t B. e=2EmSin2t C. e=2EmSin4t D. e=2EmSint 【课堂总结】【课后练习】1、图5-1-4所示各的电流中不是交流电的是：（ ）2、如图5-1-5所示，一线圈在匀强磁场中匀速转动，经过图所示位置时，（ ）A.穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最小 B.穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最大C.穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最大 D.穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最小3、交流发电机在工作时的电动势为eEmsint，若将其线框的转速提高到原来的两倍，其他条件不变，则其电动势变为（ ）A.Emsint/2B.2Emsint/2C.Emsin2t D

8、.2Emsin2t4、如图5-1-6所示，若线框abcd不闭合，当磁铁转动时，下列说法中正确的是（ ）A.线框中产生感应电动势，可跟随磁铁转动 B线框中不产生感应电动势，可跟随磁铁转动C.线框中产生感应电动势，不跟随磁铁转动 D.线框中不产生感应电动势，不跟随磁铁转动5、闭合线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的交流电瞬时值的表达式为i=0.2sin100t，从t0到第一次出现通过线圈的磁通量变化率最大值的时间为（ ）A.1/50 s B.1/100 sC.1/200 s D1/400 s6、矩形线圈的面积为S，匝数为n，在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场的轴OO以角速度匀速转动。当转到线圈

9、平面与磁场垂直的图5-1-7示位置时（ ）A.线圈中的电动势为0 B.线圈中的电动势为C.穿过线圈的磁通量为0 D.线圈不受安培力作用7、线圈在磁场中转动时产生的交变电流如图5-1-8所示，从图中可知：（ ）A.在A和C时刻线圈平面与磁场垂直 B.在B和D时刻穿过线圈的磁通量最大C.在A和C时刻，感应电流改变方向 D.若从O时刻到D时刻的时间为0.02s，则在1s内交变电流的方向改变50次8、如图5-1-11所示，矩形线圈100匝，ab=30cm，ad=20cm，匀强磁场磁感应强度B=0.8T，绕轴OO从图示位置开始匀速转动，角速度=100rad/s，试求：（1）穿过线圈的磁通量最大值m=?线

10、圈转到什么位置时取得此值？（2）线圈产生的感应电动势最大值Em=? 线圈转到什么位置时取得此值？（3）写出感应电动势e随时间变化的表达式，并作出图象 9、一个交变电流发电机产生的电动势为e=200sin100tV，如果把线圈和一个阻值为100的电阻组成闭合回路，线圈的电阻可略去不计，那么，流过电阻的电流瞬时表达式为i= A，电阻两端电压瞬时表达式u= V。 2sin100t 200sin100t10、某交变电流发电机模型，矩形线圈边长为20cm10cm，共100匝，匀强磁场磁感应强度B=1T，转速为300/转/分，则线圈产生的感应电动势最大值为多少？若从中性面开始转动，写出交变电动势e随时间t

11、变化的表达式。 20 20sin10t11、距离足够大的金属板A、B间有一电子(不计重力影响)，在A、B间接有如图5-1-10所示的正弦式电压U，t0时电子从静止开始运动，则（BC）A.电子做简谐运动B.在足够长的时间后，电子一定要碰到某个金属板上C.tT/2时，电子速度达到最大值D.tT时，电子将回到原出发点12、如图5-1-11所示，矩形线圈100匝，ab=30cm，ad=20cm，匀强磁场磁感应强度B=0.8T，绕轴OO从图示位置开始匀速转动，角速度=100rad/s，试求：（1）穿过线圈的磁通量最大值m=?线圈转到什么位置时取得此值？（2）线圈产生的感应电动势最大值Em=? 线圈转到什么位置时取得此值？（3）写出感应电动势e随时间变化的表达式，并作出图象。