高二物理导学案(选修3-2交变电流)

- 1 - 第二章 《交变电流》导学案

编稿：甘生存

2．１ 交变电流

自主学习案

1． 叫做交流电;

叫做正弦交流电。

2.线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量最 ,磁通量的变化率最 ,感应电动势最

线圈中的电流方向要发生改变; 线圈平行于中性面时，穿过线圈的磁通量最＿_＿＿＿,磁通量的变化最＿__＿,感应电动势最 。

３．交变电流的瞬时值:如线圈在中性面位置计时时,瞬时电动势ｅ=_____，瞬时电压ｕ＝ ，瞬时电流i= ；如线圈平行于磁场时计时,则瞬时电动势 e= ;瞬时电压u= ;瞬时电流i= 。

４.交变电流的有效值:它是根据电流的 正弦交流电的有效值与最大值之间的关系是:E有＝ ，U有= ,I＝

探究案

探究一、交变电流的产生

1、为什么矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时线圈里能产生交变电流?

2、当abcd线圈在磁场中绕OO′轴转动时,哪些边切割磁感线？

3、当ab边向右、cｄ边向左运动时，线圈中感应电流的方向?

４、当ab边向左、cd边向右运动时,线圈中感应电流的方向如何?

5、线圈平面与磁感线平行时，ａb边与cd边线速度方向都跟磁感线方向垂直,即两边都垂直切割磁感线，此时产生感应电动势有什么特点？

6、线圈转到什么位置时,产生的感应电动势最小?

7、当线圈平面跟磁感线垂直时，ab边和cｄ边线速度方向都跟磁感线平行,此时感应电动势为多少？

８、中性面:

（1)中性面:

(2)线圈处于中性面位置时，穿过线圈Φ最大，但tΔΔ＝

（3)线圈越过中性面，线圈中I感方向要改变。线圈转一周，感应电流方向改变 次。

探究二、交变电流的变化规律

１、设线圈平面从中性面开始转动,角速度是ω。经过时间ｔ,线圈转过的角度是ωt,aｂ边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于ωt，如右图所示。设ab边长为L1，bc边长L２,磁感应强度为Ｂ，这时ａb边产生的感应电动势多大？

2、此时整个线框中感应电动势多大？

3、若线圈有N匝呢？

４、电动势、电流与电压的瞬时值与时间的关系可以用正弦曲线来表示，如下图所示:

5、几种常见的交变电波形

训练案 题型一:交变电流的概念

1.下列各图中，表示交变电流的是（ ).

2．矩形线框绕垂直于匀强磁场且沿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,各边不切割磁感线

３．下图中哪些情况线圈中产生了交流电( ).

题型二：交变电流的规律

4.如图所示，一矩形线圈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( ). - 2 -

A.0.5Bl1l２ωsiｎ ωt

B．0.５Ｂl1l2ωcos ωt

C.Bl1l２ωsｉn ωt

Ｄ.Bｌ1l２ωcos ωt

5.如图所示,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

6.如图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( ).

A.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→ｂ

D.线圈平面与磁场方向平行时,磁通量变化率为零

题型三:交变电流的图象

7.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垂直．在ｔ＝０时刻,线圈平面与纸面重合（如图所示),线圈的cd边离开纸面向外运动.若规定由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( ）.

8.如图所示，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,能产生正弦交变电动势e＝BＳωsin ωt的图是( ）．

9．矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，所产生的交变电流的波形如图所示，下列说法中正确的是（ ）.

Ａ．t1时刻穿过线圈的磁通量达到峰值

B.在ｔ２时刻穿过线圈的磁通量达到峰值

C．在ｔ3时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值

Ｄ．在t４时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值

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２.2 描述交变电流的物理量

【学习目标】

１、知道交变电流的周期和频率，以及它们与转子角速度ω的关系。

2、知道交变电流和电压的最大值、瞬时值、有效值等及其关系。

３、知道我国供电线路交变电流的周期和频率。

【重点、难点】

1、周期、频率的概念，有效值的概念和计算

2、有效值的概念和计算

自主学习案

1.交变电流的周期和频率

(１)周期T:交变电流完成__＿__＿___所需要的时间.用＿________表示，单位＿_＿_＿＿__＿.

（2)频率：１秒内完成_＿_______的次数.用f表示,单位：____＿＿_＿_．

(3)周期和频率的关系：_＿＿_＿___＿或_＿_＿__＿__.

(4)物理意义:表征交变电流变化的快慢．

（5)线圈转动角速度ω与频率f的关系:___＿_____. 2.交变电流的峰值

(１)交变电流在一个周期内所能达到的最大值叫做交变电流的峰值.以此可以表示交变电流的强弱或电压的高低.

(2)意义:磁场中旋转线圈与中性面垂直时交变电流的瞬时值．对单匝线圈而言,其电压的峰值可表示为Em=_____＿___或Em=_＿_______.

电流的峰值可表示为Im=___＿_____或Iｍ=＿＿_______.

3.交变电流的有效值

(1）根据电流的＿___＿____来规定.让交变电流和直流通过相同阻值的电阻,如果它们在相等的时间内产生的＿__＿___＿＿相等,就把这一直流电的数值叫做这一交变电流的有效值.

（2）有效值和峰值的关系

E=___________,U＝____＿______， I＝＿__＿_______.,这一关系只适用于___＿_＿______电流.

(3)在没有特别说明时,通常所说的交变电压、电压、电动势都是指有效值,交流电表测量的值也是有效值,交流用电设备铭牌标出的电压、电流值也是指有效值.

探究案

探究一、周期和频率

１.什么是周期,频率?它们之间有什么关系?

2. ω与周期T、频率f之间的关系是什么？

3、如图所示，这个交流电的周期是多少？频率是多少？

探究二、峰值和有效值

（一)、峰值

交变电流的峰值Im或Um表示什么?

（二）、有效值

1.如图所示，通过一个R=1Ω的电阻i随时间变化的曲线。这个电流不是恒定电流。

2．怎样计算通电1ｓ内电阻Ｒ中产生的热量？

3．如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通过这个电阻R，也能在1ｓ内产生同样的热,这个电流是多大?

４. 什么是交流电的有效值？

5. 理论计算表明，正弦交变电流的有效值I、Ｕ与峰值Ｉ m、Uｍ之间有什么关系?

探究三、交流电的相位(了解)

1、什么是相位?

2、什么是相位差

训练案

题型一:交变电流的周期和频率

１.某交变电流的方向在1 s内改变100次，则其周期T和频率f分别为（ ).

Ａ.T＝0.01 s B.T＝0.02 ｓ

C.f＝100 Hz ﻩD.f＝50 Hz

2.某交变电压随时间的变化规律如图所示，则此交变电流的频率为_____＿_＿Hz.线圈转动的角速度是___＿____ｒａd/s.若将此电压加在1０

μF的电容器上，则电容器的耐压值不应小于________V.

3．我国照明电压的瞬时值表达式为e=２

- 4 - 20＼r(2)sin(100πt） Ｖ,它的周期是_＿__＿___,频率是____＿___,在1 s内电流的方向改变_____＿__次，电压最大值为_＿____＿_．

题型二:交流电的有效值和最大值

４.关于交流电的有效值Ｕ和最大值Ｕm,下列说法中正确的是( ）.

A．任何形式的交流电都具有Ｕ=错误!的关系

B.只有正弦交流电才具有U=错误!的关系

C.照明电压22０ V,动力电压３８0 Ｖ指的都是最大值

Ｄ．交流电压表和交流电流表测的都是最大值

5.已知负载上的交变电流ｕ＝311sｉｎ（314t)

V，i=14.1sin（314ｔ) A，根据这两式判断,下述结论中正确的是( ）．

A．电压的有效值为31１ V ﻩB．负载电阻的大小为22 Ω

Ｃ.交变电流的频率是55 Hz ﻩ D.交变电流的周期是０.01 s

6．在电路的MN间加一如图所示的正弦交流电,负载电阻为100 Ω，若不考虑电表内阻对电路的影响,则交流电压表和交流电流表的读数分别为( )．

A．2２0 V，2.20 A B．３１1 V,２.2０ Ａ

C.220 Ｖ,3.11 Ａ D．31１ V，3.11 A

7．一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图甲所示.已知发电机线圈内阻为5.0 Ω,现外接一只电阻为９５.0 Ω的灯泡，如图5-2-14乙所示，则( ).

A．电压表○V 的示数为２20 V

B.电路中的电流方向每秒钟改变50次

Ｃ．灯泡实际消耗的功率为484 Ｗ

D发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为２４．2 J

8．在图所示电路中,A是熔断电流I0＝2 A的保险丝,R是可变电阻,S是交流电源.交流电源的内电阻不计，其电动势随时间变化的规律是e＝２2０2sin(314t) Ｖ.为了不使保险丝熔断，可变电阻的阻值应该大于( ）.

A．11０错误! Ω

B.110 Ω

C．22０ Ω

D．22０2 Ω