高中物理第五章交变电流5.1交变电流教案选修3_2

1 交变电流

项目 内容

课题 交变电流 修改与创新

教学

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。

（三）情感、态度与价值观

通过实验观察，激发学习兴趣，培养良好的学习习惯，体会运用数学知识解决物理问题的重要性

教学重、

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。

教学

准备 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

教学

过程

（一）引入新课

出示单相交流发电机，引导学生首先观察它的主要构造。

演示：将手摇发电机模型与小灯泡组成闭合电路。当线框快速 2 转动时，观察到什么现象?

这种大小和方向都随时间做周期性变化电流，叫做交变电流。

（二）进行新课

1、交变电流的产生

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？

多媒体课件打出下图。当abcd线圈在磁场中绕OO′轴转动时，哪些边切割磁感线? ab与cd。

当ab边向右、cd边向左运动时，线圈中感应电流的方向 沿着a→b→c→d→a方向流动的。

当ab边向左、cd边向右运动时，线圈中感应电流的方向如何?

感应电流是沿着d→c→b→a→d方向流动的。

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最大。

线圈转到什么位置时，产生的感应电动势最小?

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，即不切割磁感线，此时感应电动势为零。

利用多媒体课件，屏幕上打出中性面概念：

（1）中性面——线框平面与磁感线垂直的位置。

（2）线圈处于中性面位置时，穿过线圈Φ最大，但tΔΔ=0。

（3）线圈越过中性面，线圈中I感方向要改变。线圈转一周，感应电流方向改变两次。

2．交变电流的变化规律

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?

eab=BL1vsinωt = BL1·22Lωsinωt =21BL1L2sinωt

此时整个线框中感应电动势多大?

e=eab+ecd=BL1L2ωsinωt 3 若线圈有N匝时，相当于N个完全相同的电源串联，e=NBL1L2ωsinωt，令Em=NBL1L2ω，叫做感应电动势的峰值，e叫做感应电动势的瞬时值。

根据部分电路欧姆定律，电压的最大值Um=ImR，电压的瞬时值U=Umsinωt。

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：

3．几种常见的交变电波形

（三）课堂总结、点评

本节课主要学习了以下几个问题：

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时，线圈中产生正弦式交变电流。

2．从中性面开始计时，感应电动势瞬时值的表达式为e=NBSωsinωt，感应电动势的最大值为Em=NBSω。

3．中性面的特点：磁通量最大为Φm，但e=0。

（四）实例探究

交变电流的图象、交变电流的产生过程

【例1】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，线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示。下面说法中正确的是 （ ）

A．t1时刻通过线圈的磁通量为零

B． t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值 4 最大

C．t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大

D．每当e转换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大

交变电流的变化规律

【例2】在匀强磁场中有一矩形线圈，从中性面开始绕垂直于磁感线的轴以角速度ω匀速转动时，产生的交变电动势可以表示为e=Emsinωt。现在把线圈的转速增为原来的2倍，试分析并写出现在的交变电动势的峰值、交变电动势的瞬时值表达式，画出与其相对应的交变电动势随时间变化的图象。

分析物理图象的要点：

一看：看“轴”、看“线”、看“斜率”、看“点”、看“截距”、看“面积”、看“拐点”，并理解其物理意义。

二变：掌握“图与图”“图与式”和“图与物”之间的变通关系。

三判：在此基础上进行正确的分析和判断。

综合应用

【例3】 如图所示，匀强磁场的磁感应强度B=2 T，匝数n=6的矩形线圈abcd绕中心轴OO′匀速转动，角速度ω=200 rad/s。已知ab=0.1 m，bc=0.2 m，线圈的总电阻R=40Ω，试求：

（1）感应电动势的最大值，感应电流的最大值；

（2）设时间t=0时线圈平面与磁感线垂直，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式；

（3）画出感应电流的瞬时值i随ωt变化的图象；

（4）当ωt=30°时，穿过线圈的磁通量和线圈中的电流的瞬时值各是多大？

（5）线圈从图示位置转过2π的过程中，感应电动势的平均值是多大？

5 板书

设计 交变电流

分析物理图象的要点：

一看：看“轴”、看“线”、看“斜率”、看“点”、看“截距”、看“面积”、看“拐点”，并理解其物理意义。

二变：掌握“图与图”“图与式”和“图与物”之间的变通关系。

三判：在此基础上进行正确的分析和判断。

教学

反思 教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。

6 高考理综物理模拟试卷

注意事项：

1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

2．选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。

3．请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。

4．保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。

一、单项选择题

1．高速公路的ETC电子收费系统如图所示，ETC通道的长度是识别区起点到自动栏杆的水平距离。某汽车以21.6km/h的速度匀速进入识别区，ETC天线用了0.3s的时间识别车载电子标签，识别完成后发出“滴”的一声，司机发现自动栏杆没有抬起，于是采取制动刹车，汽车刚好没有撞杆。已知司机的反应时间为0.7s，刹车的加速度大小为5m/s2，则该ETC通道的长度约为（ ）

A．4.2m B．6.0m C．7.8m D．9.6m

2．用绝缘轻质细线悬吊一质量为m、电荷为q的小球。在空间施加一匀强电场，当小球保持静止时，细线与竖直方向成θ角，则所加匀强电场的电场强度的最小值为( )

A． B． C． D．

3．如图所示为某质点做直线运动的v—t图象。已知t0时刻质点的速度为v0，2t0时刻质点的速度为2v0图中OA与AB是关于A点中心对称的曲线。由此可求出的物理量有( ) 7

A．0~t0时间内的位移

B．t0~2t0时间内的平均速度

C．0~2t0时间内的位移

D．2t0时刻的加速度

4．如图所示，电路中电源电动势为E，内阻为r，C为电容器，L为小灯泡，R为定值电阻，闭合电键，小灯泡能正常发光，．现将滑动变阻器滑片向右滑动一段距离，滑动前后理想电压表V1、V2、V3示数变化量的绝对值分别为，理想电流表A示数变化量的绝对值为，则（ ）

A．电源的输出功率一定增大

B．灯泡亮度逐渐变暗

C．均保持不变

D．当电路稳定后，断开电键，小灯泡立刻熄灭

5．光导纤维按沿径向折射率的变化可分为阶跃型和连续型两种.阶跃型的光导纤维分为内芯和外套两层，内芯的折射率比外套的大。连续型光导纤维的折射率中心最高，沿径向逐渐减小，外表面附近的折射率最低.关于光在连型光导纤维中的传播，图中能正确表示传播路径的是( )

A．

B．

C． 8 D．

6．如图所示，图甲为光电效应的实验电路图，图乙为光电子最大初动能与光电管入射光频率关系图像，下列说法正确的是 ( )

A．光电管加正向电压时，电压越大光电流越大

B．光电管加反向电压时不可能有光电流

C．由图可知，普朗克常量数值上等于

D．由图可知，普朗克常量数值上等于

二、多项选择题

7．关于分子动理论和热力学定律.下列说法正确的是______.

A．温度升高，物体内能就增大

B．内能不同的物体，分子热运动的平均动能可能相同

C．气体分子热运动的平均动能增大，气体的压强可能不变

D．分子间距离增大，分子间的相互作用力减小

E.气体从单一热源吸热，可以全部用来对外做功

8．下列说法正确的是___________

A．分子间距离减小时分子势能一定减小

B．即使水凝结成冰后，水分子的热运动也不会停止

C．将一块晶体敲碎，得到的小颗粒也是晶体

D．由同种元素构成的固体，可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体

E. 在熔化过程中，晶体要吸收热量，但温度保持不变，内能也保持不变

9．如图所示，两根长直导线竖直插入光滑绝缘水平桌面上的M、N两小孔中，O为M、N连线中点，连线上a、b两点关于O点对称。导线均通有大小相等、方向向上的电流；已知长直导线在周围产生的磁场的磁感应强度，式中k是常数、I是导线中电流、r为点到导线的距离；一带正电的小球以初速度v0从a点出发沿连线运动到b点．关于上述过程，下列说法正确的是（ ）