高中物理《交变电流》教案7 新人教版选修3-2

用心 爱心 专心1 交变电流交变电流 教学目标 1 理解交变电流的产生原理 2 掌握交变电流的变化规律及表示方法 3 理解交流电的瞬时值 最大值及中性面的概念 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的物理过程分析 2 难点是交变电流的变化规律及应用 教学过程 一 新课导入 恒定电流 大小和方向都不随时间而改变的电流 交变电流 方向随时间周期性变化的电流 与直流电相比 交流电有许多优点 如 可以利用变压器升高或降低电压 利于长途传输 可以驱动结构简单 运行可靠的 感应电动机 二 新课教学 演示实验 手摇发电机使小灯泡发亮 课件观察交变电流的产生 一 交变电流的产生 一 交变电流的产生 结论 1 线圈转动过程中电流的大小做周期性变化 中性面位置 B S 最小 与中性 B S 最大 各边 不切割磁感应线 无感 应电流 中性面 B S 0 垂直切割 感应电流最大 B S 最大 各边不切 割磁感应线 无感应电流 中性面 B S 0 a b d c 垂直切割 感应电流最大 用心 爱心 专心2 面垂直的位置 B S 最大 2 线圈每经中性面一次 感应电流方向改变一次 线圈转动一周 感应电流方向 改变两次 二 交变电流的变化规律 二 交变电流的变化规律 设线圈从中性面以角速度 开始转动 经时间 t 线圈转过 t 此时 V 与 B 夹角也为 令 ab dc L ad bc L 则线圈面积 S LL 此时 ab 与 dc 边产生的电 动势大小均为 BLVSin t 整个线圈中产生的瞬时电动势大小为 e 2BLVSin t 又 V 2 L 有 2 2 L eBLsin tB Ssin t 令 Em B S 有 sin m eEt sin m eEt Em为最大值 若电路总电阻为 R 则瞬时电流为 m sinI sin m Ee itt RR 同理可得电路的某段电压的瞬时值 sin m uUt 结论 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动 产生的感应电流是按正 弦规律变化的 这种交变电流叫正弦交流电 三 交变电流的图象 三 交变电流的图象 1 正弦交流电图象 可用示波器观察到 2 几种常见的交变电流波形 四 例题 四 例题 1 有人说 线圈平面转到中性面的瞬间穿过线圈磁通量最大 因而线圈中感应电动势最 大 线圈平面与中性面垂直的瞬间 穿过线圈中磁通量为零 因而线圈中感应电动势为 sin m eEt sin m iIt sin m uUt 用心 爱心 专心3 零 这种说法对不对 为什么 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 A t2时刻通过线圈的磁通量最大 B t1时刻通过线圈的磁通量为零 C t3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 边长为 20cm 正方形线圈绕对称轴 OO 在匀强磁场中匀速转 动 转速为 n 120r min 磁感应强度为 B 0 2T 求转动中最 大感应电动势及其位置 若以图示位置为计时起点 写出电动 势的瞬时表达式 4 发电机的转子是匝数为 100 匝 边长为 20cm 的正方形线圈 将它置于磁感应强度 B 0 05T 的匀强磁场中 绕着垂直于磁场方向的轴以 100 rad s 的角速度转动 当线圈平面与磁场方向垂直时开始计时 线圈和外电路 的总电阻 R 100 1 写出交流电流瞬时值表达式 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 五 练习 五 练习 1 某交流发电机正常工作时 电动势 E Emsin t 当磁感应强度增大到原来的 2 倍 转 速变为原来的 1 3 其它条件不变时 感应电动势的表达式为 2 对于如图所示的电流i随时间t作周期性变化的图象 下列说法中正确的是 A 电流大小变化 方向不变 是直流电 B 电流大小 方向都变化 是交流电 C 电流最大值为0 2A 周期为0 01s D 电流大小变化 方向不变 不是直流电 是交流电 3 面积为S的矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中 从中性 面起以角速度 匀速转动 在t时刻线圈磁通量的瞬时值为 A BSB BScos tC BSsin tD BS sin t 4 如图所示 矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁感线的轴匀速转动 已知线圈在转动中产 生的感应电动势最大值为 m E V 转动的角速度为 rad s 若线圈转到图示位置开 始计时 那么下列四个式子中正确表达了该线圈上产生的电动势e随时间变化的函数式是 A e m Esin t B e m Ecos t C e m Esin t 2 D e m Ecos t 2 用心 爱心 专心4 5 一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动 产 生交流电的图象如图所示 由图可以知道 A 0 01s 时刻线圈处于中性面位置 B 0 01s 时刻穿过线圈的磁通量为零 C 0 02s 时刻穿过线圈的磁通量为零 D 0 02s 时刻穿过线圈的磁通量为最大 6 一个矩形线框共有 10 匝 它在磁感应强度 B 0 5 T 的匀强磁场中 从中性面开始绕 中心轴以 1200 r min 的转速匀速转动 已知线框的转动半径为 10cm 切割磁感线的边 长为 50 cm 则该线框产生的感应电动势的最大值为 V 当线框平面和中性面的夹角 为 时 交变电动势的瞬时值是 31 4 V 7 如图所示 匀强磁场 B 0 50T 矩形线圈的匝数 N 100 边长 Lab 0 20m Lad 0 10m 以 3000r min 的转 速匀速转动 在线圈平面通过中性面时开始计时 试求 1 交变电动势的瞬时值表达式 2 若线圈总电阻为 2 线圈外接电阻为 8 写出交变电流的瞬时值表达式 3 线圈由图示位置转过 2 的过程中 交变电 动势的平均值 8 用均匀导线弯成正方形闭合线框 abcd 线框每边长为 8cm 每边 的电阻值为 0 01 把线框放在磁感应强度为 B 0 05T 的匀强磁场中 并使它绕轴 OO 以转速 n 50 r s 匀速旋转 旋转方向如图所示 轴 OO B 且在线框平面内 已知线框的 Ob 3Oa O c 3O d 当线 框平面转至与 B 平行的瞬间 每条边产生的感应电动势的大小各是多 少 感应电流大小是多 R a b d c B 用心 爱心 专心5 9 如图所示