5.1 交变电流导学案

5.1 交变电流导学案

【教学目标】

1．认识交变电流

2．理解交变电流的产生原理，掌握交变电流的变化规律 3．掌握交变电流的表示方法，理解交流电的瞬时值，最大值

4．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

【教学重难点】

1．重点是交变电流产生分析及变化规律的推导；2．难点是交变电流的变化规律及应用

【教学过程】 一. 复习巩固

1、导体切割磁感线时产生感应电动势大小的瞬时表达式为:E=_______. 2、右手定则

伸开右手，使拇指与其余四指______，并且都与_____在一个平面内。让磁感线从_______进入，并使________指向导体运动的方向，这时_______所指的方向就是感应电流的方向。

二．交变电流

（1）________随时间做_________变化的电流叫做交变电流，简称交流； （2）________不随时间变化的电流称为直流； （3）________和_______都不随时间变化的电流叫做_________电流； 说明： 随时间周期性变化是交变电流的最重要的特征．如图中 均为交变电流，而____就不是交变电流． 三．交变电流的产生 1．过程分析

特殊位置 甲 乙 丙 丁 甲 B与S的关系 磁通量 磁通量变化率 感应电动势 感应电流 4个过程中 甲→乙 乙→丙 丙→丁 丁→甲 Φ的变化 电流方向 2．结论： （1）在线圈转动时，磁通量最大时，磁通量的变化率__________；磁通量为0时，磁通量变化率_______；感应电动势的大小由_______________决定。 （2）线圈转动一周，感应电流方向改变______次 （3）中性面：当线圈平面__________于磁感线时，各边都不切割磁感线，线圈中没有__________，这个位置叫做__________.如图有________、_________位置；

中性面特点：（1）穿过线圈的磁通量Φ最 ；（2）磁通量的变化率最 ；（3）电动势e及

电流i均为 ；（4）线圈经此位置电流方向 改变．（此空填“发生”或“不发生”） 说明：除中性面之外，在交流电产生过程中还有一个特殊位置，那就是与磁感线平行的平面（或叫与中性面垂直的平面）．该平面的特点：（1）穿过线圈的磁通量最 （Φ＝0）；（2）磁通量的变化率最 ；

四．交变电流的变化规律

公式推导：从中性面计时，t时刻线圈中的感应电动势e的推导：

线圈转过的角度为 θ =__________

ab边的线速度跟磁感线方向的夹角为_______ ab边的线速度大小_______________

ab边产生的感应电动势eab =_______________ 线圈产生的电动势e =____________________ N匝线圈产生的电动势e =__________________ 结论：

交流电的电动势按正弦规律变化；当θ =90°，即线圈处于__________位置时，电动势最大，即电动势的峰值Em =_____________

交变电流的电动势随时间变化规律为 ： 当负载为纯电阻用电器时：

① 流按正弦规律为___________________ ②电压按正弦规律变化_______________________

高二物理 第五章 交变电流

针对训练1：如图所示的100匝矩形线框绕OO′轴匀速转动，转速为120r/min。ab=cd=0.2m，ad=bc=0.1m，磁感应强度B＝1T，试求：

（1）线圈中产生的感应电动势的最大值是多少？ a O d （2）感应电动势的瞬时表达式（从图示位置计时）；

（3）线圈与外电路组成闭合电路时，总电阻为100Ω，求电流的瞬时表达

B 式及t=1/12s时的电流。

b

O′ c

针对训练2：试推导从与磁感线平行的平面计时，t时刻线圈中的感应电动势e的表达式 .

【典例剖析】

【例1】 交流发电机在工作时电动势e=Emsinωt,若将发电机的转速提高一倍,同时将电枢所围面积减小一半,其他条件不变,则其电动势变为( ) A. e′=Etmsin

2 B. e′=2EtEmsin2 C. e′=Emsin2ωt D. e′=m2sin2ωt 【例2】 如图5-1-3所示,有一闭合的正方形线圈,匝数N=100匝,边长为10 cm,线圈总电阻为10 Ω.线圈绕OO′轴在B=0.5 T 的匀强磁场中匀速转动,每分钟转1 500转.求线圈平面从图示位置转过30°时,感应电动势的值是多少.

【例3】如图5-1-5(a)所示,

形金属导轨水平放置,导轨上跨接一金属棒ab,与导轨构成闭合回路,并能在导轨上自由滑

动.在导轨左侧与ab平行放置的导线cd中通以图5-1-5(b)所示的交变电流,规定电流方向自c向d为正.则ab棒受到向左

的安培力的时间是( )

图5-1-5

A. 0→t1 B. t1→t2 C. t2→t3 D. t3→t4

【课后作业】

1．正弦交变电动势的最大值出现在（ ） A．线圈经过中性面时 B．穿过线圈的磁通量为零时 C．穿过线圈的磁通量变化最快时 D．线圈边框的速度与磁感线垂直时

2．如图所示，表示交变电流的图象是（ ）

3．矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的电动势E-t图象如图所示，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 4．矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，穿过矩形线圈的磁通量Φ-t图象如图所示，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

5．发电机的转子是匝数为100匝、边长为20 cm的正方形线圈，将它置于磁感应强度B=0.05 T的匀强磁场中，绕着垂直于磁感线方向的轴以ω=100π rad/s的角速度转动，当线圈平面跟磁场方向垂直时开始计时，线圈和外电路的总电阻R=10 Ω.

(1)写出交变电流瞬时值表达式；

(2)线圈从计时开始，转过

3过程中通过线圈某一截面的电荷量为多少？

6．如图5.1-5所示，KLMN是一个竖直的矩形导线框，全部处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中，线框面积为S，KL边水平，线框绕某竖直固定轴以角速度ω匀速转动。在KL边与磁场方向到达30度角的时刻，导线框中产生的瞬时电动势e的大小是多少？标出线框此时电流的方向。已知线框按俯视的逆时针方向转动。