高二物理选修3-2第五章交变电流第一节交变电流导学案

1、高二物理选修3-2第五章交变电流导学案第一节交变电流导学案【教学目标】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 .分析线圈转动一周中电动势和电流方向的变化，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。3 .知道交变电流的变化规律及表示方法，知道交变电流的峰值、瞬时值的物理意义。【教学重点】运用电磁感应的基本知识，配合相应的演示实验，分析交变电流的产生过程，认识交变电流的特点。【教学难点】知道交变电流的变化规律及表示方法，知道交变电流的峰值、瞬时值的物理意义【自主学习】知识复习1 .感应电流产生的条件是：2 .利用 定律可判断感应电流的方

2、向，对于闭合电路一部分导体做切割磁感线的运动情况，判断感应电流的方向，利用 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E=来计算。知识点一：交变电流演示实验：用电压传感器(或电流传感器)演示电压、电流的波形图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。3 .大小和方向都不随时间变化的电流叫做 电流。例1:如图所示的的几种电流随时间变化的图线中，属于交变电流的是 ，属于正弦式交变电流的是知识点二：交变电流的产生如图所示，交流发电机的示意图。线圈的ab边连在一个金属滑环上，cd边连在另一个滑环上。导体做

3、的两个电刷分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。1 .假定线圈沿逆时针方向匀速转动，如图从甲至丁。考虑下面几个问题：(1)在线圈由甲转到乙的过程中，ab边中电流向哪个方向流动？(2)在线圈由丙转到丁的过程中，ab边中电流向哪个方向流动?(3)线圈转到什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置时线圈中的电流最大？(4)大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线，乙图所示电流为正，反之为负。在横坐标上标出线 圈到达甲、乙、丙、丁几个位置时对应的时刻。甲乙西丁戊将立体图转化为平面图:呷) (乙) 向)(T) 附)2 .结论：(1)在线圈转动时，磁通量最大时，磁通量的变化率

4、;磁通量为0时，磁通量变化率 。(2)中性面：线圈平面与磁场方向 的位置特点：线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量 ,磁通量的变化率 ,感应电动势 ,感应 电流,导体不切割磁感线；线圈经过中性面时，内部的感应电流方向要 ,线圈转动 一周，次经过中性面，电流方向改变 次。(3)垂直中性面：线圈平面与磁场方向 的位置特点：线圈位于垂直中性面时，穿过线圈的磁通量 ,磁通量的变化率 ,感应电动势 ,感应 电流,导体垂直切割磁感线；线圈经过垂直中性面时，内部的感应电流方向 。(4)线圈转在垂直中性面位置时，感应电动势最大，其最大值为E=NBSco, N为线圈的匝数，B为磁感应强度，S为线圈的面积，为线圈转

5、动的角速度。此表达式与线圈 的形状和转轴的位置无关。例2:矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面的轴匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是().A.当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大B.当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零C.每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流方向就改变一次D.线框经过中性面时，各边切割磁感线的速度为零知识点三：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w ,从中性面开始计时，经过时间to1 .思考：(1)转过的角度为,(2)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

6、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(6)感应电动势的最大值为 。2 .结论：(1)若从中性位置开始计时感应电动势e的瞬时值的表达式：感应电流i的瞬时值的表达式：负载电压u的瞬时值的表达式：(2)画出正弦交变电流的 e, i图像，指出各个时刻对应的位置(3)若从垂直中性面位置开始计时感应电动势e的瞬时值的表达式：感应电流i的瞬时值的表达式：负载电压u的瞬时值的表达式：(4)画出余弦交变电流的 e, i图像，指出各个时刻对应的位置【达标训练】1.线圈在匀强磁场中转动时产生交流电，则下列说法中正确的是()A.当线圈位于中性面时，线圈中感应电动势最大B.当穿

7、过线圈的磁通量为零时，线圈中感应电动势也是零C.线圈在磁场中每转一周，产生的感应电动势和感应电流的方向改变一次D.每当线圈越过中性面时，感应电动势和感应电流的方向就改变一次2. 一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，当线圈通过中性面时()A.线圈平面与磁感线方向垂直B.通过线圈的磁通量达到最大值C.通过线圈的磁通量变化率达到最大值D.线圈中的电动势为零3. 一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈内产生正弦式交变电流，当线圈平面跟中性面重合的瞬间，下列说法正确的是（）A.线圈中的感应电流最大B.穿过线圈的磁通量为零C.穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率也最大D.穿过线圈的磁通量

8、最大，磁通量的变化率为零4. 一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，下列说法正确的是（）A.在中性面时，通过线圈的磁通量最小B.在中性面时，磁通量的变化率最大，感应电动势最大C.线圈通过中性面时，线圈导体不切割磁感线D,穿过线圈的磁通量为零时，感应电动势也为零5.交流发电机的线圈转到线圈平面与中性面垂直时，下列说法正确的是（）A.电流将改变方向B.磁场方向和线圈平面平行C.线圈中产生的感应电动势最大D.穿过线圈的磁通量最大6.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，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.穿过线圈的磁通量为零，线圈中的感

9、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为零D.穿过线圈的磁通量为零，线圈中的感应电动势等于零7. 一个矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴匀速转动，线圈中的感应电动势e随时间t变化如图所示。则（）A. t1时刻通过线圈的磁通量为零B. t2时刻线圈位于中性面C. t3时刻通过线圈的磁通量变化率最大D.每当e变换方向时，通过线圈的磁通量都最大8 .线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交变电流的图象如图所示，由图可知（）A.在A、C时刻线圈处于中性面位置B.在日D时刻穿过线圈的磁通量为零C.从A时刻到D时刻线圈转过的角度为兀D.若从O时刻到D时刻经过0.02s,则在1s内交

10、变电流的方向改变100次9 . 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，线圈内的感应电动势 e随时间t的变化如图所示，则下列说法中正确的是（）A. t1时刻通过线圈平面的磁通量最大B. t2时刻线圈平面与中性面垂直C. t4时刻通过线圈平面的磁通量的变化率的绝对值最大10 .如图所示，当交流发电机的线圈平面绕轴A.穿过线圈的磁通量为零B.穿过线圈的磁通量最大C.线圈产生的感应电动势为零D.线圈产生的感应电动势最大OO'转到与磁场方向平行时，下列说法正确的是（11. 一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间t变化的图象如图所示。则下列说

11、法中正确的是（A. t=0时刻线圈平面与中性面垂直B. t=0.01秒时刻，中的变化率最大C. t=0.02秒时刻，交流电动势达到最大D.该线圈相应的交流电动势图象如图所示12 .如图所示，一个矩形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁场方向且与线圈共面的轴匀速转动，从某个时刻开始计时，其穿过线圈的磁通量随时间t的变化如图所示，则下列说法中正确的是（）A. t=0时刻线圈处于中性面位置B. t1和t3时刻线圈中的感应电流最大且方向相同C. t2和t4时刻穿过矩形线圈的磁通量最大，但感应电流却为零D. t5时刻穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率也为零13 .如图甲所示，一个矩形线圈abcd在匀强磁

12、场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。线圈内磁通量时间t的变化如图乙所示，则下列说法中正确的是（A. t1时刻线圈中的感应电动势最大B. t2时刻ab的运动方向与磁场方向垂直C. t3时刻线圈平面与中性面重合D. t4、t5时刻线圈中感应电流的方向相同14 .如图所示，在第一个周期时间内，线圈转到中性面的时刻为 末，此时穿过线圈的磁通量 （填最大，最小或零.下同），流过线圈的电流为 。在0.02s末时刻，线 圈在磁场中的位置是 。电动势e的瞬时值表达式 丁7V:0.04 0.08/ a.lAVs力口D. t2-t4感应电动势e逐渐增大15 .关于线圈在匀强磁场中匀速转动产生的交变电流，以下说法中正

13、确的是（A.B.C.D.线圈每转动一周，感应电流的方向就改变一次线圈每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次 当线圈平面转到跟磁感线垂直位置时，感应电流最大 当线圈平面转到跟磁感线平行位置时，感应电流最大i=0.2sin100Tt t,从 t=0 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. 1/50SB. 1/100SC. 1/200S)D. 1/400s17 .发电机正在产生正弦式电流。如果发电机电动势的峰值为Em=400V,线圈匀速转动的角速度为co=314rad/g试写出电动势瞬时值的表达式。如果这个发电机的外电路只有电阻元件，总电阻为 电路中电流的峰值是多少？写出电流瞬时

14、值的表达式。2000 0,18 .如图所示，设磁感应强度为0.01T,线圈匝数为100,线圈边长ab=20cm,宽ad=10cm, 转速n为50r/s,求线圈转动时感应电动势的最大值。19.如图所示，水平向右、磁感应强度为B的匀强磁场中，一边长为 L的正方形单匝线圈心轴OO'沿逆时针方向以角速度 3匀速转动，线圈平面与磁场方向垂直。线圈abcd绕水平中的两端与磁场外的电阻相连组成闭合电路，则（A.B.C.D.线圈中的感应动势的峰值为BL2线圈中的感应动势的峰值为BL从图示位置开始计时电动势的瞬时值为 从图示位置开始计时电动势的瞬时值为BL2 sin cotBL2 w cosw tB16

15、 .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10Q ,外接一只电阻为90Q的时值表达式。电路中电 流的峰值为多少？写 出电流瞬时值的表达 式。20 .图甲是小型交流发电机的示意图，在匀强磁场中，一矩形金属线圈绕与磁场方向垂直的轴匀速转动,产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图乙所示。发电机线圈内阻为 灯泡，不计电路的其他 电阻，试写出电动势瞬图甲图乙21 .如图所示，KLMN是一个竖直的矩形导线框，全部处于磁感应强度为B的水平方向的匀强磁场中，线框面积为S, MN边水平，线框绕某竖直固定轴以角速度 匀速转动。在MN边与磁场方向的夹角到达 30 的时刻（图示位置），导线框中产生的瞬间电动势 e的大小是多少？标出线框此_ -VT时电流的方向。已知线框按俯视的逆时针方向转动。! 与【教学反思】参考答案；【达标训练】1. . D2. ABD3. D4. C