2019-2020年高一物理 5.1 交变电流学案

2019-2020年高中物理 5.1 交变电流学案新人教版选修3-2[目标定位] 1.理解交变电流、直流的概念，会观察交流电的波形图.2.理解正弦式交变电流的产生，掌握交流电产生的原理.3.知道交变电流的变化规律及表示方法．一、交变电流1．交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流(AC)．2．直流：方向不随时间变化的电流称为直流(DC)，大小和方向都不随时间变化的电流称为恒定电流．对直流和交变电流的区分主要是看电流方向是否变化．二、交变电流的产生交流发电机的示意图：在匀强磁场中的线圈绕垂直于磁感线的轴匀速转动时，产生交变电流．想一想如图1所示，当线圈在磁场中绕OO′轴转动时，哪些边切割磁感线？线圈转到哪些位置时没有感应电流？图1答案当线圈在磁场中绕OO′轴转动时，AB、CD边切割磁感线产生感应电流．线圈转到甲和丙位置时没有感应电流，我们称之为中性面．三、交变电流的变化规律1．正弦式交变电流的瞬时值表达式当从中性面开始计时：瞬时电动势：e＝E m sin_ωt，瞬时电压：u＝U m sin_ωt，瞬时电流：i ＝I m sin_ωt .式中E m 、U m 、I m 分别表示电动势、电压、电流的最大值．2．按正弦规律变化的交变电流叫做正弦式交变电流，简称正弦式电流．想一想 正弦式交变电流的图象一定是正弦函数曲线吗？答案 不一定，根据计时起点不同，也可能是余弦函数曲线．3．正弦式交变电流的图象(如图2所示)图2一、交变电流的产生及规律1．正弦式交变电流的产生如图3所示，是图1中线圈ABCD 在匀强磁场中绕轴OO ′转动时的截面图．线圈从中性面开始转动，角速度为ω，经过时间t 转过的角度是ωt .设AB 边长为L 1，BC 边长为L 2，磁感应强度为B ，AB 边和CD 边转动时切割磁感线产生感应电动势．图3(1)在图甲中，v ∥B ，e AB ＝e CD ＝0，e ＝0(2)在图丙中，e AB ＝BL 1v ＝BL 1ωL 22＝12BL 1L 2ω＝12BSω 同理e CD ＝12BSω 所以e ＝e AB ＋e CD ＝BSω(3)在图乙中，e AB ＝BL 1v sin ωt ＝12BL 1L 2ωsin ωt ＝12BSω sin ωt 同理e CD ＝12BS ωsin ωt 所以e ＝e AB ＋e CD ＝BSωsin ωt(4)若线圈有n 匝，则e ＝nBSωsin ωt .2．两个特殊位置(1)中性面(S ⊥B 位置)线圈平面与磁场垂直的位置，此时Φ最大，ΔΦΔt为0，e 为0，i 为0. 线圈经过中性面时，电流方向发生改变，线圈转一圈电流方向改变两次．(2)垂直中性面位置(S ∥B 位置)此时Φ为0，ΔΦΔt最大，e 最大，i 最大． 3．正弦式交变电流的峰值E m ＝nBSω4．正弦式交变电流的瞬时值表达式e ＝E m sin ωt ，u ＝U m sin ωt ，i ＝I m sin ωt例1 矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面内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 ．当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流的方向就改变一次D ．线框经过中性面时，各边切割磁感线的速度为零解析 线框位于中性面时，线框平面与磁感线垂直，穿过线框的磁通量最大，但此时切割磁感线的两边的速度与磁感线平行，即不切割磁感线，所以感应电动势等于零，也即此时穿过线框的磁通量的变化率等于零，感应电动势或感应电流的方向在此时刻改变．线框垂直于中性面时，穿过线框的磁通量为零，但切割磁感线的两边都是垂直切割，有效切割速度最大，所以感应电动势最大，即此时穿过线框的磁通量的变化率最大．故C 、D 选项正确．答案 CD针对训练 如图4所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO ′以恒定的角速度ω转动，从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，则在0～π2ω这段时间内( )图4A ．线圈中的感应电流一直在减小B ．线圈中的感应电流先增大后减小C ．穿过线圈的磁通量一直在减小D ．穿过线圈的磁通量的变化率一直在减小解析 题图位置，线圈平面与磁场平行，感应电流最大，因为π2ω＝T 4，在0～π2ω时间内线圈转过四分之一个圆周，感应电流从最大减小为零，穿过线圈的磁通量逐渐增大，穿过线圈的磁通量的变化率一直在减小．答案 AD二、对峰值E m ＝nBSω和瞬时值e ＝E m sin ωt 的理解1．对峰值的理解(1)转轴在线圈所在平面内且与磁场垂直．当线圈平面与磁场平行时，线圈中的感应电动势达到峰值，且满足E m ＝nBSω.(2)决定因素：由线圈匝数n 、磁感应强度B 、转动角速度ω和线圈面积S 决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关．如图5所示的几种情况中，如果n 、B 、ω、S 均相同，则感应电动势的峰值均为E m ＝nBSω.图52．对瞬时值的理解写瞬时值时必须明确是从中性面计时，还是从与中性面垂直的位置计时．(1)从中性面计时，e ＝E m sin ωt .(2)从与中性面垂直的位置计时，e ＝E m cos ωt .例2 如图6所示，匀强磁场磁感应强度B ＝0.1 T ，所用矩形线圈的匝数N ＝100，边长l ab ＝0.2 m ，l bc ＝0.5 m ，以角速度ω＝100π rad/s 绕OO ′轴匀速转动．试求：图6(1)感应电动势的峰值；(2)若从线圈平面垂直磁感线时开始计时，线圈中瞬时感应电动势的表达式；(3)若从线圈平面平行磁感线时开始计时，求线圈在t ＝T 6时刻的感应电动势大小． 解析 (1)由题可知：S ＝l ab ·l bc ＝0.2×0.5 m 2＝0.1 m 2，感应电动势的峰值E m ＝NBSω＝100×0.1×0.1×100π V ＝100π V ＝314 V .(2)若从线圈平面垂直磁感线时开始计时，感应电动势的瞬时值e ＝E m sin ωt所以e ＝314sin (100πt ) V(3)从线圈平面平行磁感线时开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为e ＝E m cos ωt ，代入数据得e ＝314cos (100πt ) V当t ＝T 6时，e ＝314cosπ3 V ＝157 V . 答案 (1)314 V (2)e ＝314sin (100πt ) V (3)157 V三、正弦式交变电流的图象1．如图7所示，从图象中可以解读到以下信息：图7(1)交变电流的峰值E m 、I m 和周期T .(2)因线圈在中性面时感应电动势、感应电流均为零，所以可确定线圈位于中性面的时刻，也可根据感应电动势、感应电流最大值找出线圈平行磁感线的时刻．(3)判断线圈中磁通量Φ最小、最大的时刻及磁通量变化率ΔΦΔt最大、最小的时刻． (4)分析判断e 、i 大小和方向随时间的变化规律．2．注意：开始计时时线圈所处的位置不同，得到的i －t 图象也不同．(如图8所示)图8例3 线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交变电流的图象如图9所示，由图可知( )图9A ．在A 和C 时刻线圈处于中性面位置B ．在B 和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π弧度D ．在A 和C 时刻磁通量变化率的绝对值最大解析 当线圈在匀强磁场中处于中性面位置时，磁通量最大，感应电动势为零，感应电流为零，B 、D 两时刻线圈位于中性面．当线圈平面与磁感线平行时，磁通量为零，磁通量的变化率最大，感应电动势最大，感应电流最大，A 、C 时刻线圈平面与磁感线平行，D 正确．从A 时刻到D 时刻线圈转过的角度为3π2弧度．故选D. 答案 D交变电流的产生及规律1．当交流发电机的线圈转到线圈平面与中性面重合时，下列说法中正确的是( )A ．电流将改变方向B ．磁场方向和线圈平面平行C ．线圈的磁通量最大D ．线圈产生的感应电动势最大答案 AC解析 当线圈平面与中性面重合时，磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零，电流将改变方向．故选A 、C.正弦式交变电流的图象2．一个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变化的图象如图10甲所示，则下列说法中正确的是( )图10A ．t ＝0时刻，线圈平面与中性面垂直B ．t ＝0.01 s 时刻，Φ的变化率最大C ．t ＝0.02 s 时刻，感应电动势达到最大D ．该线圈产生的相应感应电动势的图象如图乙所示答案 B解析 由题图甲可知t ＝0时刻，线圈的磁通量最大，线圈处于中性面，t ＝0.01 s 时刻，磁通量为零，但变化率最大，所以A 项错误，B 项正确．t ＝0.02 s 时，感应电动势应为零，C 、D 项均错误．峰值和瞬时值问题3．交流发电机工作时电动势为e ＝E m sin ωt ，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 m sin ωt 2B ．e ′＝2E m sin ωt 2C ．e ′＝E m sin 2ωtD ．e ′＝E m 2sin 2ωt 答案 C解析 感应电动势的瞬时值表达式e ＝E m sin ωt ，而E m ＝nBωS ，当ω加倍而S 减半时，E m 不变，故正确答案为C.4．有一10匝正方形线框，边长为20 cm ，线框总电阻为1 Ω，线框绕OO ′轴以10π rad/s 的角速度匀速转动，如图11所示，垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5 T ．求：图11(1)该线框产生的交变电流电动势最大值、电流最大值分别是多少；(2)线框从图示位置转过60°时，感应电动势的瞬时值是多大．答案 (1)6.28 V 6.28 A (2)5.44 V解析 (1)交变电流电动势最大值为E m ＝nBSω＝10×0.5×0.22×10π V ＝6.28 V ，电流最大值为I m ＝E m R ＝6.281A ＝6.28 A. (2)线框从图示位置转过60°时，感应电动势e ＝E m sin 60°≈5.44 V.(时间：60分钟)题组一 交变电流的产生及规律1．线框在匀强磁场中绕OO ′轴匀速转动(由上向下看是逆时针方向)，当转到如图1所示位置时，磁通量和感应电动势大小的变化情况是( )图1A．磁通量和感应电动势都在变大B．磁通量和感应电动势都在变小C．磁通量在变小，感应电动势在变大D．磁通量在变大，感应电动势在变小答案D解析由题图可知，Φ＝Φm cos θ，e＝E m sin θ(θ为线框与中性面的夹角)，所以磁通量变大，感应电动势变小．2．如图2所示为演示交变电流产生的装置图，关于这个实验，正确的说法是()图2A．线圈每转动一周，指针左右摆动两次B．图示位置为中性面，线圈中无感应电流C．图示位置ab边的感应电流方向为a→bD．线圈平面与磁场方向平行时，磁通量的变化率为零答案C解析线圈在磁场中匀速转动时，在电路中产生呈周期性变化的交变电流，线圈经过中性面时电流改变方向，线圈每转动一周，有两次通过中性面，电流方向改变两次，指针左右摆动一次，故A错；线圈处于图示位置时，ab边向右运动，由右手定则，ab边的感应电流方向为a→b，故C对；线圈平面与磁场方向平行时，ab、cd边垂直切割磁感线，线圈产生的电动势最大，也可以这样认为，线圈平面与磁场方向平行时，磁通量为零，但磁通量的变化率最大，B、D错误．题组二正弦式交变电流的图象3．一个矩形线圈绕垂直于匀强磁场的固定于线圈平面内的轴转动．线圈中感应电动势e随时间t的变化图象如图3所示，下列说法中正确的是()A ．t 1时刻通过线圈的磁通量为零B ．t 2时刻通过线圈的磁通量最大C ．t 3时刻通过线圈的磁通量的变化率最大D ．每当e 变换方向时通过线圈的磁通量最大答案 D解析 由题图可知，t 2、t 4时刻感应电动势最大，即线圈平面此时与磁场方向平行；在t 1、t 3时刻感应电动势为零，此时线圈平面与磁场方向垂直．故选D.4．矩形线圈的匝数为50匝，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图4所示，下列结论正确的是( )图4A ．在t ＝0.1 s 和t ＝0.3 s 时，电动势最大B ．在t ＝0.2 s 和t ＝0.4 s 时，电动势改变方向C ．电动势的最大值是157 VD ．在t ＝0.4 s 时，磁通量的变化率为零答案 C解析 由Φ－t 图象可知Φm ＝BS ＝0.2 Wb ，T ＝0.4 s ，又因为n ＝50，所以E m ＝nBSω＝nΦm ·2πT＝157 V ，C 正确；t ＝0.1 s 和0.3 s 时，Φ最大，e ＝0，变向，t ＝0.2 s 和0.4 s 时，Φ＝0，e ＝E m 最大，故A 、B 错误；根据线圈在磁场中转动时产生感应电动势的特点知，t ＝0.4 s 时，ΔΦΔt最大，D 错误． 5．处在匀强磁场中的矩形线圈abcd ，以恒定的角速度绕ab 边转动，磁场方向平行于纸面并与ab 边垂直．在t ＝0时刻，线圈平面与纸面重合(如图5所示)，线圈的cd 边离开纸面向外运动．若规定a →b →c →d →a 方向的感应电流为正，则能反映线圈中感应电流i 随时间t 变化的图线是( )答案C解析线圈在磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，可以产生按正弦规律变化的交流电．对于图示起始时刻，线圈的cd边离开纸面向外运动，速度方向和磁场方向垂直，产生的感应电流的瞬时值最大；用右手定则判断出电流方向为逆时针方向，与规定的正方向相同，所以C对．6.如图6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，线圈按图示方向匀速转动(ab向纸外，cd向纸内)．若从图示位置开始计时，并规定电流方向沿a→b→c→d→a为正方向，则线圈内感应电流随时间变化的图象是下图中的()图6答案A解析由题意知线圈总有一半在磁场中做切割磁感线的匀速圆周运动，所以产生的仍然是正弦交变电流，只是感应电动势最大值为全部线圈在磁场中匀速转动情况下产生的感应电动势最大值的一半，所以选项B、C错误，再由右手定则可以判断出A选项符合题意．题组三峰值和瞬时值问题7．有一单匝闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，在转动过程中，线圈中的最大磁通量为Φm，最大感应电动势为E m，下列说法中正确的是()A．当磁通量为零时，感应电动势也为零B．当磁通量减小时，感应电动势也减小C．当磁通量等于0.5Φm时，感应电动势为0.5E mD．角速度ω＝E mΦm答案D解析由交变电流的产生原理可知，感应电动势与磁通量的变化率有关，与磁通量的大小无关．磁通量最大时，感应电动势为零；而磁通量为零时，感应电动势最大且E m＝BSω＝Φmω，故选项D正确．8.如图7所示，一单匝矩形线圈abcd，已知ab边长为l1，bc边长为l2，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω从图示位置开始匀速转动，则t时刻线圈中的感应电动势为()图7A．0.5Bl1l2ωsin ωtB．0.5Bl1l2ωcos ωtC．Bl1l2ωsin ωtD．Bl1l2ωcos ωt答案D解析线圈从题图位置开始转动，感应电动势瞬时值表达式为e＝E m cos ωt，由题意，E m＝BSω＝Bl1l2ω，所以e＝Bl1l2ωcos ωt.9．如图8所示，一单匝闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，转动过程中线框中产生的感应电动势的瞬时值表达式为e＝0.5sin (20t) V，由该表达式可推知以下哪些物理量()图8A．匀强磁场的磁感应强度B．线框的面积C．穿过线框的磁通量的最大值D．线框转动的角速度答案CD解析 根据正弦式交变电流的感应电动势的瞬时值表达式：e ＝BSωsin ωt ，可得ω＝20 rad/s ，而磁通量的最大值为Φm ＝BS ，所以可以根据BSω＝0.5 V 求出磁通量的最大值．10．一矩形线圈有100匝，面积为50 cm 2，线圈内阻r ＝2 Ω，在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，从线圈平面与磁场平行时开始计时，已知磁感应强度B ＝0.5 T ，线圈的转速n ＝1 200 r/min ，外接一用电器，电阻为R ＝18 Ω，试写出R 两端电压的瞬时值表达式． 答案 u ＝9πcos (40πt ) V解析 角速度ω＝2πn ＝40π rad/s ，最大值E m ＝nBSω＝100×0.5×50×10－4×40π V ＝10π V ，线圈中感应电动势e ＝E m cos ωt ＝10πcos (40πt ) V ，由闭合电路欧姆定律i ＝e R ＋r， 故R 两端电压u ＝Ri ＝9πcos (40πt ) V .11．如图9所示，在匀强磁场中有一个“π”形导线框可绕AB 轴转动，已知匀强磁场的磁感应强度B ＝52πT ，线框的CD 边长为20 cm ，CE 、DF 长均为10 cm ，转速为50 r/s.若从图示位置开始计时：图9(1)写出线框中感应电动势的瞬时值表达式；(2)在e －t 坐标系中作出线框中感应电动势随时间变化的图象．答案 (1)e ＝102cos (100πt ) V (2)见解析图解析 (1)线框转动，开始计时的位置为线框平面与磁感线平行的位置，在t 时刻线框转过的角度为ωt ，此时刻e ＝Bl 1l 2ωcos ωt ，即e ＝BSωcos ωt .其中B ＝52πT ， S ＝0.1×0.2 m 2＝0.02 m 2，ω＝2πn ＝2π×50 rad/s ＝100π rad/s ，故e ＝52π×0.02×100πcos (100πt ) V ， 即：e ＝102cos (100πt ) V .(2)线框中感应电动势随时间变化的图象如图所示：.。

第一节交变电流的教学设计●教学目标一、知识目标1.使学生理解交变电流的产生原理，知道什么是中性面.2.掌握交变电流的变化规律及表示方法.3.理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准确含义.二、能力目标1.掌握描述物理量的三种基本方法（文字法、公式法、图象法）.2.培养学生观察能力，空间想象能力以及将立体图转化为平面图形的能力.3.培养学生运用数学知识解决物理问题的能力.三、德育目标培养学生理论联系实际的思想.●教学重点交变电流产生的物理过程的分析.●教学难点交变电流的变化规律及应用.●教学方法演示法、分析法、归纳法.●教学用具手摇单相发电机、小灯泡、示波器、多媒体教学课件、示教用大的电流表.●课时安排1课时●教学过程一、引入新课［师］电与我们生活息息相关，生活中常遇到的电有电池供的电，还有发电机供的电，那么这两类电有什么不同之处呢？下面让我们通过实验来探究这个问题。

【师】这组是用干电池给小灯泡供电，这组是用手摇发电机给小灯泡供电，请同学们观察小灯泡，你看到什么现象？两组电路中电流的大小有何不同？［演示1］将干电池和手摇发电机分别与小灯泡组成闭合电路。

闭合开关并匀速转动发电机。

［生］发电机供电的小灯泡一闪一闪的，说明发电机发出的电流大小随时间不断的变化。

【师】把小灯泡换成电流表后请同学们观察电表的指针，你看到什么现象？两组电路中电流的方向有何不同？［演示2］将干电池和手摇发电机分别与电流表组成闭合电路。

闭合开关并匀速转动发电机。

［生］发电机供电的电流表的指针左右的摆动，说明发电机发出的电流的方向随时间不断的变化。

［师］通过实验可知，发电机发出的电流大小和方向随时间做周期性变化，我们把这样的的电流叫做交变电流。

简称交流电。

用大写字母AC表示。

而把方向不变的电流叫做直流，用大写DC 表示。

交流电有许多优点，现代生产和生活中使用的电大都是交流电。

那么交流电是怎么产生的呢？它又有怎样变化规律呢？这就是我们今天要学习的主要内容——交变电流。

2019-2020年高中物理 5.1 交变电流学案新人教版选修3-2策略与反思纠错与归纳【学习目标】1．理解交变电流的产生原理，掌握交变电流的变化规律．2．知道正弦式电流的图象．3．知道交流发电机的构造和分类．重点：交变电流的变化规律难点：交变电流的产生原理【自主学习】一、交变电流1．定义：和随时间作周期性变化的电流，叫做交变电流，简称交流．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．2．正弦式电流（1）定义：随时间按规律变化的电流叫做正弦式电流．说明：①在我国工农业生产及生活中使用的交变电流都是正弦式电流，但并非只有按正弦规律变化的电流才叫交变电流．②正弦式交变电流的图象是曲线（2）正弦式电流产生：当线圈在磁场中绕于磁场方向的轴做转动时，线圈中就产生正弦式电流．令线圈abcd的边长L ab＝L cd，L ad＝L bc＝L．在线圈以角速度ω转动过程中，ad、bc边切割磁感线产生感应电动势，其大小相同，且对线圈中电流而言，两电动势相当于联．用e表示线圈转动中产生的感应电动势，则线圈从与磁感线垂直的平面（叫做中性面）经过时间t转动到如图所示位置时：θ＝v＝v1＝ e＝所以 e＝BSωsinωt若线圈为N匝e＝其中S为线圈的面积，NBSω为交变电动势的峰值E m，ωt为线圈和中性面夹角．（3）正弦式电流的规律：假定线圈从跟磁感线垂直的平面（也叫中性面）开始转动，则产生的交变电流的瞬时值表达式为i＝I m sinωt；电动势瞬时值的表达式为e＝；电压瞬时值表达式为u＝二、中性面二、交变电流图象的应用 【例4】大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流．如图3所示都属于交变电流．下列几个图中哪个是正弦式交流电，哪个是方波，说法正确的是( )A ．a 是正弦式交流电，c 是方波B ．b 是正弦式交流电，d 是方波C ．a 是正弦式交流电，b 是方波D ．d 是正弦式交流电，b 是方波【当堂测试】1.矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，下列说法中正确的是( )A ．在中性面时，通过线圈的磁通量最大B ．在中性面时，感应电动势最大C ．穿过线圈的磁通量为零时，感应电动势也为零D ．穿过线圈的磁通量为零时，磁通量的变化率也为零2．交流发电机在工作时电动势为e ＝E m sin ωt ，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 m sinωt2B ．e ′＝2E m sinωt2C ．e ′＝E m sin 2ωtD ．e ′＝E m2sin 2ωt3．如图3所示，矩形线圈abcd 在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴P 1和P 2以相同的角速度匀速转动，当线圈平面转到与磁场方向平行时( )A ．线圈绕P 1或P 2转动时电流的方向相同，都是a →d →c →b →aB ．线圈绕P 1转动时的电动势小于绕P 2转动时的电动势C ．线圈绕P 1转动时的电流等于绕P 2转动时的电流D ．线圈绕P 1转动时dc 边受到的安培力大于绕P 2转动时dc 边受到的安培力 4．如图4所示，一单匝闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动，转动过程中线框中产生的感应电动势的瞬时值为e ＝0.5sin 20t V ，由该表达式可推知以下哪些物理量( ) A ．匀强磁场的磁感应强度 B ．线框的面积C ．穿过线框的磁通量的最大值D ．线框转动的角速度5．如图5甲所示，“匚”形金属框导轨水平放置．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 中通以如图乙所示的交变电流，规定电流方向自c 向d 为正，则ab 棒受到向左的安培力的作用时间是( )A．0→t1B．t1→t2C．t2→t3D．t3→t46．有一10匝正方形线框，边长为20 cm，线框总电阻为1 Ω，线框绕OO′轴以10π rad/s的角速度匀速转动，如图9垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5 T．问：(1)该线框产生的交变电流电动势最大值、电流最大值分别是多少？(2)线框从图示位置转过60°时，感应电动势的瞬时值是多大？(3)写出感应电动势随时间变化的表达式．。

5.1交变电流【学习目标】利用旋转电枢式发电机设计实验探究交变电流的性质；理论探究线圈转动一周中电动势和电流的变化，对交流电的产生有比较清楚的了解，培养运用基本原理解决新情境下问题的能力；推导出交变电流的瞬时值表达方式，知道峰值和瞬时值的意义。

【合作研究】探究一：发电机产生的电流有何特点？猜想：旋转电枢式发电机产生的电流具有什么特点？设计实验：把两个发光颜色不同的二极管并联，注意使两者正负极方向不同，然后连接到发电机两端，转动手柄，观察二极管发光情况。

现象：总结：直流：交变电流：温故知新，探究准备1、矩形线圈转动过程中，哪些边切割磁感线？怎样求感应电动势？2、回忆右手定则，怎么分析感应电流的方向？3、如右图，若B与v不垂直，怎么求AB导线感应电动势？设v与磁感线夹角为ϴ探究二：线圈中电流方向怎样变化？为何变化？1、右图为AB导线转动一周各位置截图，请分析各位置电流方向。

2、电流方向在何处发生变化？发生变化的原因是什么？3、请分析线圈转动一周过程，整个线圈电流方向及变化情况。

甲：乙：丙：丁：探究三：线圈中电流大小是否变化？怎样变化？为何变化？甲 乙 丙 丁 1、在哪些位置感应电流为最大？哪些位置感应电流最小？2、小组讨论，根据表格的提示分析四个过程中电流大小的变化情况，v 与磁感线夹角为ϴ过程ϴ的变化sin ϴ（增大或减小） v 〦=vsin ϴ（增大或减小） E（增大或减小） I（增大或减小）甲→乙 乙→丙 丙→丁 丁→甲3、电流大小发生变化的原因是什么？探究四：电流随时间变化的图象遵循什么规律？推导：从甲位置计时，求t 时刻线圈中的感应电动势e 。

已知磁感应强度为B ，线圈转动角速度为ω，AB 边长为Ｌ１，AD 边长为Ｌ２。

则此时刻：θsin v v =⊥ ⊥=BLv E1、 线圈转过的角度为 θ =__________2、AB 边的线速度大小______________3、速度沿垂直于磁场方向的分量_______________4、AB 边（CD 边）产生的感应电动势e AB =e CD =_____________________________5、单匝线圈产生的电动势e 0=_____________________________6、N 匝线圈产生的电动势e =_____________________________ 结论：线圈在匀强磁场内从甲位置开始转动，交流电的电动势随时间按 规律变化。

教材分析新授课时，每节课注重本节知识的突破，而对交变电流整块知识的整体把握不强。

本节复习课就是要从整体上把握交变电流的产生描述以及输送和用户端的使用。

物理这一学科是与现实生活结合较紧密的一科。

本章更是如此，因此在教学过程中应尽量结合生产生活实际，把本章知识的复习和电能的产生、输送和利用结合起来，以现实生产生活为背景，以电能的产生、输送、使用为主线，让学生把枯燥的知识和生活的应用结合起来，形成观察思考生活中的物理原理的习惯。

教学方法讲解法教具多媒体课件教学活动本章知识网络一、交变电流的产生1、产生：闭合矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴线做匀角速转动时，闭合线圈中就有交流电产生.(从经过中性面开始计时)e=E m sinωt；Em=NBSωi=I m sinωt；u=U m sinωt.2.中性面：与磁场方向垂直的平面.特点：①线圈通过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零，感应电动势为零；②线圈平面每次转过中性面时，线圈中感应电流方向改变一次，线圈转动一周两次通过中性面，故一周里线圈中电流方向改变两次 .3.交变电流的图象变化规律：(t＝0时，线圈在中性面位置)如下表．二、描述正弦交流电的几个物理量（周期，频率，峰值，有效值，平均值）1、交流电的周期和频率：转动，角速度为ω，求线圈从图示位置转过180度时间内交变电压的平均值。

若线圈总电阻为R，通过线圈的电荷量是多少？三、感抗和容抗1.感抗表示电感对交变电流的阻碍作用。

特点：“通直流，阻交流”、“通低频，阻高频”2．容抗表示电容对交变电流的阻碍作用。

特点：“通交流，隔直流”、“通高频，阻低频”例：如图所示，当交流电源的电压（有效值）U＝220V、频率f＝50Hz时，三只灯A、B、C的亮度相同（L无直流电阻）。

（1）将交流电源的频率变为f＝100Hz，则（）（2）将电源改为U＝220V的直流电源，则（）A．A灯比原来亮； B．B灯比原来亮C．C灯和原来一样亮; D．C灯比原来亮四、变压器原理和远距离输电1. 变压器原理（1）变压器的构造: 变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的．一个线圈跟电源连接，叫原线圈（也叫初级线圈）；另一个线圈跟负载连接，叫副线圈（也叫次级线圈）．两个线圈都是用绝缘导线绕制成的，铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成．（2）.变压器的变压比:U1／U2 =n 1／n2U1／n1 = U2／n2= U3／n3=…=k理想变压器原副线圈的端电压跟匝数成正比.当n2＞n1时，U2＞U1，变压器使电压升高，这种变压器叫做升压变压器．当n2＜n1时，U2＜U1，变压器使电压降低，这种变压器叫做降压变压器．思考题：理想变压器原、副线圈的匝数比为1∶10，当原线圈接在6V的蓄电池两端以后，则副线圈的输出电压为 【 】A ．60VB ．V 260C ．V 2/60D ．以上答案都不对 （3）. 变压器的变流比:理想变压器的输入的电功率I 1U 1等于输出的电功率I 2U 2， 即 I 1U 1=I 2U 2．由U 1 ／U 2= n 1／n 2 ∴ I1／ I2 = n2／n1可见，变压器工作时，原线圈和副线圈中的电流跟它们的匝数成反比． 注意:上式只对仅有一个副线圈时适用.若有两个及以上副线圈时,必须由输入的电功率 等于输出的电功率计算.变压器的高压线圈匝数多而通过的电流小，可用较细的导线绕制. 低压线圈匝数少而通过的电流大，应用较粗的导线绕制. 典例1：图（甲）、（乙）两电路中，当a 、b 两端与e 、f 两端分别加上220V 的交流电压时，测得c 、d 间与g 、h 间的电压均为110V 。

《交变电流》教学案例一、教材分析物理教材我们选用的是人教版，人教版物理选修3-2是针对理科班设计的物理必修课，课本重视物理知识板块的完整性和物理规律的内在联系，用多种演示实验和现实应用实例尽量充分揭示物理规律的内涵，应该说这对理科班学生深入理解物理规律，完整掌握物理知识板块都做好了充分铺垫。

教材注重知识的前后联系和推理演化，注重学生的自主学习和探究性学习，非常适合理科班学生提高思维能力，形成学科素养。

这节《交变电流》是教材电磁板块第五章第一节内容，是电磁理论在现实生活应用的典范。

二、教学内容分析：电能是我们生活每时每刻都离不开的最重要的能量来源。

交变电流是电能利用和远距离传输的基础。

这节《交变电流》主要介绍交变电流的特性，产生原理和表达式。

课本以电压，电流波形图引入交变电流的定义；通过手摇发电机的发电可以使正反向二极管同时发光，增强学生对交变电流方向不断变化的理解；通过交流发电机的示意图引导学生探究交变电流的产生过程，同时利用分层设问的形式，锻炼了学生利用第四章电磁感应原理自行解决新情景物理问题的能力。

课本给出了正弦式交流电的表达式，并对峰值，瞬时值等概念做了强调。

最后课本以课外阅读的形式，对交流发电机做了深入介绍。

课本沿着从感性到理性，从定性到定量的思路，试着引导学生通过自学和探究最终对交变电流建立起完整清晰的印象。

二、教学目标设计：知识与技能1.理解交变电流的概念，能区分直流，交变电流，恒定电流。

2.理解中性面的概念，了解正弦式交变电流表达式的推导过程。

3.掌握正弦式交流电表达式，能利用表达式求峰值和瞬时值。

过程与方法通过交流发电机的示意图，学生分组做道具演示，让学生探究交变电流产生的过程；包括正弦交变电流的方向和表达式。

情感、态度、价值观体会人类利用自然规律改造自然，改善生活的巨大成就。

四、学生情况分析：通过一年半的物理学习，理科班的学生基本掌握了学习物理的技巧和能力。

这节《交变电流》是继电磁感应学习之后，第一次利用所学知识理论，解决实际问题的尝试。

5.1交变电流一、任务分析1．教材分析：交流电是生产生活常用的电流，交流电是电磁感应的延伸和提高，而正弦式电流又是最简单和最基本的。

正弦式电流产生的原理是基于电磁感应的基本规律，所以本章是前一章的延续和发展，是电磁感应理论的具体应用。

另一方面，本节知识是全章的理论基础，由于交变电流与直流不同，因此它对各种元件的作用也不同。

正因为交变电流的特殊性，才有了变压器及其及广泛的应用。

所以，本节内容有承上启下的作用，教学重点是要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及其规律。

2．学情分析：学生学完了电磁感应知识，对恒定电流有一定的认识，掌握了求解动生电动势的方法和作图中降维作图的能力。

但对交变电流不够了解和认识，使学生对交流电产生的物理图景的存在障碍。

利用示波器实验、交流发电机、计算机模拟，尽可能使学生形象、直观地掌握交流电.二、三维目标1．知道和技能（1）掌握交流电的概念、掌握交变电流的产生过程即变化规律。

（2）知道交流电的数学表达式（3）认识交流电的图像并会简单应用。

2．过程和方法（1）提高实验观察、操作能力和正确分析实验现象的能力。

（2）熟悉练习模拟课堂教学中运用现代信息技术的能力。

3．情感、态度和价值观培养合作、探究与分享科学规律的习惯。

培养学生数理结合的能力爱好。

三、重难点分析教学重点：波的叠加现象和波的干涉现象。

教学难点：对干涉现象的理解。

四、教学设计思路和教学流程1．教学设计思想“交变电流”是高中物理选修3-2第五章第一节教学内容，是学习的重点和难点。

本节课贯彻“问题化教学策略”的教学理念，以解决“交流电的产生过程”为核心，使整个教学过程能按照现象→问题→探索→规律→解释现象这样的程序进行。

本节课以“交流电的产生过程”这一演示实验贯穿始终。

用传感器实验引入，通过传感器展示恒定电流与交变电流变化的不同，从而形成良好的学习动机；激发学生探究的欲望。

高中物理 5.1 交变电流学案新人教版选修5、1 交变电流学习目标：（一）知识与技能1、使学生理解交变电流的产生原理，知道什么是中性面。

2、掌握交变电流的变化规律及表示方法。

3、理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准确含义。

（二）过程与方法1、掌握描述物理量的三种基本方法（文字法、公式法、图象法）。

2、培养学生观察能力，空间想象能力以及将立体图转化为平面图形的能力。

3、培养学生运用数学知识解决物理问题的能力。

教学重点：交变电流产生的物理过程的分析。

教学难点：交变电流的变化规律及应用。

【预习案】一、复习知识：法拉第的电磁感应定律二、教材导读目标一：基本概念1、交变电流：________和________随时间做_________变化的电流叫做交变电流，简称交流2、直流电：________不随时间变化的电流称为直流，若电流大小和方向都不随时间变化则为恒定电流3、区别：tiObtiOa【例一】两电路中的电流分别为图a和图b所示，试判断a、b是否为交变电流？目标二：交变电流的产生【探究案】如图，将立体图转化成如下平面图，并讨论探究下面的问题a(b)d(c)Ba(b)d(c)Ba(b)d(c)Bd(c)a(b)Ba(b)d(c)B甲戊丁丙乙1、线圈在转动过程中，哪种情况下穿过线圈平面的磁通量最大？此时线圈在如何做切割磁感线运动？产生的感应电动势又将如何呢？中性面：2、线圈在转动过程中，哪种情况下穿过线圈平面的磁通量最小？此时线圈在如何做切割磁感线运动？产生的感应电动势又将如何呢？3、甲、乙、丙、丁、戊五种情况中哪几个位置产生瞬时的感应电动势？方向如何？请上图中表明感应电动势的方向。

从甲图到乙图过程中，电流又是怎样变化的？【例二】矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，在线圈平面经过中性面瞬间：（）A、线圈平面与磁感线平行；B、通过线圈的磁通量最大；C、线圈中的感应电动势最大；D、线圈中感应电动势的方向突变。

目标三：交变电流的变化规律1、从中性面计时，t时刻线圈中的感应电动势e的推导：a(b)d(c)Bθ2、当以线圈通过中性面为计时起点时，交变电流电动势的函数表达式：e=Em sinωt，其中Em=2NBLv=NBωS；i=Im sinωt，其中Im=Em/R。

5.1交变电流导学案【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、基本知识导学：阅读课本31-33页，认识一下基本概念。

1、△恒定电流：和都不随时间而改变的电流叫恒定电流。

△直流：不随时间变化的电流称为直流。

△交变电流：和随时间周期性变化的电流叫。

2、图中甲和丙线圈所在的平面称为中性面。

此时，通过线圈的磁通量（最大还是最小）3、正弦交变电流：。

感应电动势的瞬时表达式：当负载是电灯等纯电阻用电器时，负载两端的电压表达式：流过的电流表达式：4、电动势的峰值：5、发电机的基本构成：①②发电机的基本种类：①②二、重难点探究：1、交变电流的产生原理：如课本上图5.1-3所示，假定线圈沿逆时针方向匀速转动，产生了正弦交变电流。

请同学按照以下思路分析线圈转动一周的过程中线圈中的电流情况。

①图中矩形线圈转动过程中，哪些边会产生电动势？②在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？在线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？过程甲→乙乙→丙丙→丁丁→甲电流方向③当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这些位置磁通量及磁通量的变化率等还有什么特点？⑤大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线，从E经过负载流向F的电流记为正，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。

总结：【反馈练习】1.关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流, 以下说法中正确的是:（ ） A 、线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，感应电动势方向不变 B 、线圈每转动一周，感应电流方向就改变一次C 、线圈平面经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向都要改变一次D 、线圈转动一周，感应电动势和感应电流方向都要改变一次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，穿过线圈平面的磁通量Φ与产生的感应电动势e 的大小关系正确的是 （ ）A ．Φ最大，e 最大．B ．Φ最小，e 最小．C ．Φ最大，e 最小．D ．Φ最小，e 最大． 2、交变电流的变化规律 （1）推导（画出侧视图）在磁感应强度B 的匀强磁场中，矩形线圈逆时针绕中轴匀速转动，角速度ω。

《交变电流》教学设计【教学设计思路】1、在教材中的作用：交变电流是生产和生活中最常用到的电流，而正弦式交流电又是最简单和最基本的。

正弦式电流产生的原理是基于电磁感应的基本规律，所以本章是前一章的延续和发展，是电磁感应理论的具体应用，另一方面，本节知识是全章的理论基础，所以，本节内容具有承上启下的作用，重点是运用电磁感应的基本知识，配合相应的演示实验，分析交流电的产生过程，认识交变电流的特点及规律。

2、为了使学生掌握好该部分知识，高效的完成本课时的教与学的目标，在教学设计上注意了以下几点：（1）我们的课程目标不仅是掌握基本知识和技能，还要体会其中的过程和方法，同时培养情感态度和价值观。

这就要求教师在教学设计中通过课堂教学，既要让学生学会本节知识，还要通过知识作为载体让学生体会物理学的思维方法和过程，领悟其中的科学方法使学生的思维能力和科学素养得到培养。

而本节内容的教学设计就是尽可能的符合这一特点。

（2）在我校四段教学模式下，还要体现出物理学科的特点——是一门以实验为基础的学科，教学设计主要是围绕教与学目标，引导学生在观察实验现象的基础上，展开自主学习、小组合作与讨论交流，让学生自己体会知识的获得过程，加深对知识的理解。

【教学目标】1．知识与技能（1）通过实验了解交流电的产生。

（2）理解交变电流的产生的原因，知道什么是中性面。

（3）掌握交变电流的变化规律，知道交变电流的峰值、瞬时值的物理含义。

2．过程与方法通过观察和分析实验，学习探究科学的方法，经历探究科学的过程，体验成功的喜悦。

3．情感态度与价值观通过对正弦式交流电的产生过程的研究和分析，培养学生运用物理理论分析实际问题的能力，了解物理知识与现实生活的密切关系。

【教学重、难点】重点：正弦式交变电流的产生和变化规律；难点：交变电流产生过程的分析。

【教学用具】手摇单相发电机、小灯泡、多媒体教学课件、示教用大的电流表.【教学过程】教师通过实验演示教材中的实验，学生观察后提出交流电的概念，引入新课。

高中物理 5.1 交变电流导学案新人教版选修5、1 交变电流导学案新人教版选修3-2【学习目标】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、理解表征交变电流的几个物理量的准确含义。

【重点难点】1、交变电流的变化规律及其应用。

2、交流电的最大值、有效值的准确含义。

【使用说明及学法指导】本学案包括《交变电流的产生和变化规律》、《表征交流电的物理量》两节课的内容，中等难度。

建议第一课时在教师的指导下先认真阅读教材，初步理解本学案的有关知识，第二、第三课时通过探究展示课加深对本部分重点和难点知识的理解。

【学习内容】课前自学一、知识点一、交变电流的产生1、交变电流的概念（1）________和_________都随时间做周期性变化的电流叫做_______________，简称_______。

（2）几种常见的交变电流图形2、交变电流的产生矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动时产生正弦交变电流。

矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，将经过两个特殊位置，其特点分别是：(1)中性面（如图a、c、e）：与匀强磁场磁感线垂直的平面叫中性面。

线圈平面处于中性面位置时：A、线圈各边都不切割磁感线，回路产生的感应电动势为______，即感应电流等于______。

B、磁感线垂直于该时刻的线圈平面，所以线圈平面的磁通量_______，磁通量的变化率为____。

(2)线圈平面跟中性面垂直时（如图b、d）：线圈平面与磁感线_______，磁通量为______。

线框的ab、cd边垂直切割磁感线，回路产生的感应电动势_________。

由法拉第电磁感应定律知，线圈的磁通量的变化率___________。

3、正弦交流电表达式如线圈经过中性面位置开始计时，瞬时电动势e= ，瞬时电压u= ，瞬时电流i= 、其中，为线圈产生的交流电动势最大值，为线圈产生的交流电压最大值，为线圈产生的交流电流最大值，w为线圈转动的，wt为线圈转动的。

2019-2020年高中物理《5.1 交变电流》学案新人教版选修3-2学习目标1．使学生理解交变电流的产生原理，知道什么是中性面。

2．掌握交变电流的变化规律及表示方法。

3．理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准确含义。

学习重、难点重点：交变电流产生的物理过程的分析。

难点：交变电流的变化规律及应用。

学法指导 1.掌握描述物理量的三种基本方法（文字法、公式法、图象法）。

2.培养学生观察能力，空间想象能力以及将立体图转化为平面图形的能力。

3.培养学生运用数学知识解决物理问题的能力。

学习过程用案人自我创新【自主学习】阅读课本，思考并回答以下问题：一、交变电流1．定义：和都随时间作周期性变化的电流，叫做交变电流，简称交流，用符号表示；的电流，叫做直流，用符号表示。

判断：如图所示，表示交变电流的图象是( )2．产生：在匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈里产生的是正弦式交流电（通过教师的演示，结合P32交流发电机示意图分析线圈内交流电的产生）（1）在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中的电流向哪个方向流动？（2）在线圈由丙转到丁的过程中，AB边中的电流向哪个方向流动？（3）当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）在坐标平面上大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线。

3．中性面(1)定义：线圈平面垂直于磁感线时，各边都不切割磁感线，线圈中的感应电流为零，这一位置做中性面．(2)中性面特点：穿过线圈的磁通量Φ最；磁通量的变化率最；感应电动势e及电流I均为。

线圈经过中性面时，线圈中的电流方向（发生/不发生）改变；线圈转过一周有次经过中性面，所以每转一周电流方向改变次。

二、交变电流的变化规律（我国工、农业生产使用的是正弦式交流电）。

如图所示，该线圈从中性面起经过时间转过角度θ，则，此时ab、cd速度方向与磁感线的夹角分别为和，此时整个线圈中的感应电动势为：（推导电动势、电流瞬时值表达式）说明：这种按正弦规律变化的电流叫正弦式交谈电流，它是最简单又最基本的交变电流。