3.1交变电流导学案-高二下学期物理人教版选择性2

物理选必二第一章安培力与洛伦兹力自学探究学案学习内容：3.1交变电流主备:闲云时间：1月23日班级姓名教学目标科学素养物理观念：1.知道交变电流和直流电的特点及区别2．理解交变电流的产生原理3.掌握交变电流的变化规律及表示方法。4.理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准确含义。科学思维：引导学生建立正弦交变电流的模型，会用右手定则和法拉第电磁感应定律推理分析正弦交变电流的方向和大小，培养学生建模的能力与推理分析的思维能力。科学探究:引导学生推导交变电流的表达式，培养学生利用已有知识探究物理规律的能力。科学态度与价值观：培养学生将所学知识与科学技术、生产实践和生活实际联系起来的学以致用的思想。自主学习（认真阅读课本，独立思考，相信你一定行﹗）一．交变电流（1）认识交变电流1.观察示波器显示的电压、电流波形。思考：上面三个波形与下面两个波形有何不同？____________________________________________________________________2.交变电流：电压、电流的_______和_______随时间做周期性变化的电流叫作交变电流，简称交流。3.直流：_______不随时间变化的电流称为直流。4.恒定电流：电压、电流的_______和______都不随时间变化的电流叫作恒定电流。强调：电流方向随时间做周期性变化，是交流电最主要的特征，也是交流电与直流电最主要的区别。（2）演示交变电流的产生把两个发光颜色不同的发光二极管并联，注意使两者正、负极的方向不同，然后连接到教学用发电机的两端。转动手柄，两个磁极之间的线圈随着转动。观察发光二极管的发光情况。实验现象说明了什么？现象：_____________________。说明：_____________________。二．交变电流的产生（1）交流发电机的基本构造①固定的两磁极之间产生的磁场可近似为匀强磁场。②线圈ABCD可绕固定轴（虚线所示）自由转动。为了便于观察，图中画出了其中的一匝线圈。③两个滑环K、L。线圈的AB边连在金属滑环K上，CD边连在滑环L上；④两个电刷E、F。导体做的两个电刷A、B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。(2)思考讨论：定性分析交变电流的产生假定线圈沿逆时针方向匀速转动，如图所示。请大家考虑下面几个问题：1.线圈在图甲所示位置有没有电流？______。AB边中电流方向？______2.线圈由图甲所示位置转到图乙所示位置的过程中，AB边中电流向方向？______3.线圈由图乙所示位置转到图丙所示位置的过程中，AB边中电流向方向？______4.线圈在图丙所示位置有没有电流？______。AB边中电流方向？______5.线圈由图丙所示位置转到图丁所示位置的过程中，AB边中电流向方向？______6.线圈在图丁所示位置转到图甲所示位置的过程中，AB边中电流向方向？______7.转到什么位置时线圈中没有电流？______8.转到什么位置时线圈中的电流最大？______（3）两个特殊位置的特点:1.中性面：(线框平面与磁感线垂直的位置)。线圈处于中性面位置时:①磁通量∅=______，______;磁通量的变化率∆∅∆t______②感应电动势最小emin=______③线圈越过中性面，线圈中感应电流的方向______;线圈转动一周，感应电流的方向改变______次。2.与中性面垂直的面（峰值面）①磁通量∅=______，______;磁通量的变化率∆∅∆t②感应电动势最大Em=_________③线圈越过峰值面，线圈中感应电流的方向______;（4）尝试画出感应电流随时间变化的曲线假设电流从E经过负载流向F的方向记为正，反之为负，在横坐标轴上标出线圈到达甲、乙、丙、丁几个位置时对应的时刻，大致画出感应电流随时间变化的曲线。三、交变电流的变化规律（1）推导线圈中的感应电动势与时间t的关系：设N匝线圈旋转的角速度为ω，AB和CD的长度为l，AD和BC的长度为d，从中性面开始计时经过时间t，磁感应强度为B，如图所示。1.线圈转过的角度为多少?______2.AB（CD）边的速度v多大？______

3.AB（CD）边速度方向与磁感线夹角是多大？______4.AB（CD）边的速度v与磁感线的垂直分量v⊥多大？

5.AB边中的感应电动势eAB多大？6.线圈中的感应电动势e多大？____________7.线圈中的感应电动势的最大值Em多大？如果线圈两端连接一个纯电阻用电器，电阻为R,则：8.线圈中的感应电流的最大值Im=______,感应电流i的表达式i电阻R两端电压的最大值Um=______,R两端电压u的表达式思考：如果计时起点是垂直中性面的位置，交变电流的表达式是怎样的？(2)正弦式交变电流1.正弦式交变电流:按正弦规律变化的交变电流叫作正弦式交变电流，简称正弦式电流。2.表达式：。3、图像：4、几种常见的交变电流波形课堂练习5.感应电动势的峰值与线圈的形状和转轴的位置的关系？若线圈匝数N、转动角速度ω及线圈面积S、磁感应强度B都相同线圈的形状的变化对交变电动势的峰值有影响吗？____________②线圈转轴的位置变化对交变电动势的峰值有影响吗？____________四．交流发电机（1）主要构造：_________和_________。（2）分类1.旋转电枢式发电机：_________转动，_________不动。2.旋转磁极式发电机：_________转动，_________不动。例．一矩形线圈，面积是0.05m2，共100匝，线圈电阻为1Ω，外接电阻为R=4Ω，线圈在磁感应强度为T的匀强磁场中以300r/min的转速绕垂直于磁感线的轴匀速转动，如图所示，若从中性面开始计时，求：（1）线圈中感应电动势的最大值。（2）线圈中感应电动势的瞬时值表达式。（3）线圈从开始计时经s时，线圈中电流的瞬时值。强化练习A组1.下列几个电流变化图像中，属于交变电流的是2．如图所示，属于交变电流电的是(

)A．B．C． D．3．如图所示，在水平匀强磁场中一矩形闭合线圈绕OO′轴匀速转动，若要使线圈中的电流峰值减半，不可行的方法是()A．只将线圈的转速减半B．只将线圈的匝数减半C．只将匀强磁场的磁感应强度减半D．只将线圈的边长减半4.(科学思维命题)如图所示，一半径r＝10cm的圆形线圈共100匝，在磁感应强度B＝eq\f(5,π2)T的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的中心轴线OO′以n＝600r/min的转速匀速转动，当线圈转至中性面位置(图中位置)时开始计时。(1)写出线圈内所产生的交变电动势的瞬时值表达式；(2)求线圈从图示位置开始在t＝eq\f(1,60)s时的电动势的瞬时值；(3)求线圈从图示位置开始在t＝eq\f(1,60)s时间内的电动势的平均值。5．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ω匀速转动。在MN边与磁场方向的夹角达到30°的时刻（图示位置），导线框中产生的瞬时电动势e的大小和线框此时电流的方向分别为（已知线框按俯视的逆时针方向转动）（

）A．BSω，电流方向为KNMLK B．BSω，电流方向为KNMLKC．BSω，电流方向为KLMNK D．BSω，电流方向为KLMNK6．如图甲所示为一台小型发电机的构造示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势随时间按图乙所示的正弦规律变化。发电机线圈内阻为1Ω，外接灯泡的电阻为9Ω(恒定不变)，电表均为理想交流电表，则下列说法中正确的是()A．在t＝0.5×10－2s时刻，线圈处于中性面B．在t＝0时刻，线圈中的磁通量为零C．在t＝1.0×10－2s时刻，穿过线圈的磁通量最大D．在t＝1.0×10－2s时刻，穿过线圈的磁通量变化率最大7．如图甲所示，一个矩形线圈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，穿过线圈的磁通量随时间的变化如图乙所示，则下列说法中正确的是（）A．时刻线圈平面垂直中性面B．、时刻线圈中的感应电流最大且方向相同C．、时刻穿过矩形线圈的磁通量最大，但感应电流却为零D．时刻穿过线圈的磁通量为零，电流改变方向8.如图所示，下列四种情况均表示闭合线圈在匀强磁场中绕轴匀速转动，在下列情况下线圈中不能产生交流电的是（）（从左侧看线圈绕OO′顺时针转动）OO′OBωO′OBωO′OBωO′OBωADCB9.如图所示，单匝直角三角形导线框OMN在匀强磁场中以ON所在的直线为轴匀速转动，角速度为ω，已知OM边长为l，，匀强磁场垂直于ON向右，磁感应强度大小为B，则下列说法正确的是(

)A．导线框OMN内产生大小恒定的电流B．截掉导线MN，则电动势最大值变小C．导线框OMN产生的电流方向为OMNOD．导线框OMN内产生的电动势最大值为10．如图所示，形状或转轴位置不同，但面积均为S的单匝线圈处在同一个磁感应强度为B的匀强磁场中，以相同的角速度匀速转动，从图示位置开始计时，则下列正确的说法是A．感应电动势的最大值都相同B．感应电动势的瞬时值不同C．感应电动势的最大值不同D．感应电动势的瞬时值都相同11．如下图中各图面积均为S的线圈均绕其对称轴或中心轴在匀强磁场B中以角速度ω匀速转动，以图示位置为计时的起点，能产生正弦交变电动势的图是（）A． B．C．D．B组12．如图甲所示，一单匝矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动。若以线圈平面与磁场方向间的夹角θ＝45°时(如图乙所示)为计时起点，并规定当电流自a流向b时，电流方向为正。则下图所示的四幅图中正确的是()13．某发电机的结构示意图如图，其中N、S是永久磁铁的两个磁极，M是圆柱形铁芯，铁芯外套有一矩形导线圈，线圈在绕过铁芯M中心的固定转轴匀速转动。磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径的辐向磁场，磁感应强度大小处处相等。若从线圈处于图示位置开始计时，设此时电动势为正值，图中能正确反映线圈中感应电动势e随时间t变化规律的是（）A．B．C．D．14.在垂直纸面向里的有界匀强磁场中放置了矩形线圈abcd.线圈cd边沿竖直方向且与磁场的右边界重合．线圈平面与磁场方向垂直．从t＝0时刻起，线圈以恒定角速度ω＝2π/T绕cd边沿如图所示方向转动，规定线圈中电流沿abcda方向为正方向，则从t＝0到t＝T时间内，线圈中的电流I随时间t变化关系图象为()15.如图所示,单匝矩形线圈的一半，放在具有理想边界的匀强磁场中,线圈轴线OO'与磁场边界重合,线