教科版高中物理选修第2章第1节《交变电流》word学案

教科版高中物理选修第2章第1节《交变电流》word

学案

学案1 交变电流

[目标定位] 1.会观看电流(或电压)的波形图，明白得交变电流和直流的概念.2.明白得交变电流的产生过程，会分析电动势和电流方向的变化规律.3.明白交变电流的变化规律及表示方法，明白交变电流的瞬时值、峰值的物理含义．

一、交变电流

[问题设计]

1. 把图1所示电路接在干电池的两端时，能够观看到什么现象？

图1

答案当接在干电池两端时，只有一个发光二极管会亮．

2．把图1中电路接在手摇式发电机两端时，又会观看到如何样的现象？

答案当接在手摇式发电机两端时两个发光二极管间或的闪亮，缘故是发电机产生与直流不同的电流，两个发光二极管一会儿接通这一个，一会儿再接通另外一个，电流方向不停地改变．[要点提炼]

1．大小和方向随时刻作周期性变化的电流叫交变电流，简称交流电．

2．方向不随时刻变化的电流称为直流．

大小、方向都不随时刻变化的电流称为恒定电流．

3．对直流电流和交变电流的区分要紧是看电流方向是否变化．

二、正弦交变电流的产生和表述

[问题设计]

如图2所示是线圈ABCD在磁场中绕轴OO′转动时的截面图．线圈平面从中性面开始转动，角速度为ω.通过时刻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.设AB边长为L1，BC边长为L2，线圈面积S＝L1L2，磁感应强度为B，线圈转动角速度为

ω，则：

图2

(1)甲、乙、丙位置AB 边产生的感应电动势各为多大？ (2)甲、乙、丙位置整个线圈中的感应电动势各为多大？

(3)若线圈有N 匝，则甲、乙、丙中整个线圈的感应电动势各为多大？ 答案 (1)甲：e AB ＝0 乙：e AB ＝BL 1v sin ωt ＝BL 1·

L 2ω

2

sin ωt

＝12BL 1L 2ωsin ωt ＝1

2

BSω·sin ωt 丙：e AB ＝BL 1v ＝BL 1·ωL 22＝12BL 1L 2ω＝1

2

BSω

(2)整个线圈中的感应电动势由AB 和CD 两部分产生，且e AB ＝e CD ，因此 甲：e ＝0

乙：e ＝e AB ＋e CD ＝BSω·sin ωt 丙：e ＝BSω

(3)若线圈有N 匝，则相当于N 个完全相同的电源串联，因此 甲：e ＝0

乙：e ＝NBSωsin ωt 丙：e ＝NBSω [要点提炼]

1．正弦交变电流的产生

将闭合线圈置于匀强磁场中，并绕垂直磁场方向的轴匀速转动． 2．正弦交变电动势瞬时值表达式 (1)当从中性面开始计时：e ＝E m sin_ωt ；

(2)当从与中性面垂直的位置开始计时：e ＝E m cos_ωt . 3．正弦交变电动势的峰值表达式

E m ＝NSBω

与线圈的形状及转动轴的位置无关．(填“有关”或“无关”)

4．两个专门位置

(1)中性面：线圈平面与磁场垂直．

Φ最大，ΔΦ

Δt

为0，e为0，i为0.(填“0”或“最大”)

线圈每次通过中性面时，线圈中感应电流方向都要改变，线圈转动一周，感应电流方向改变两次．(2)垂直中性面：线圈平面与磁场平行．

Φ为0，ΔΦ

Δt

最大，e最大，i最大．(填“0”或“最大”)

5．正弦交变电流的图像及应用

或

从图像中能够解读到以下信息：

(1)交变电流的周期T、峰值I m.

(2)因线圈在中性面时感应电动势、感应电流均为零，磁通量最大，因此可确定线圈位于中性面的时刻；也可依照电流或者电压峰值找出线圈平行磁感线的时刻．

(3)判定线圈中磁通量Φ最小、最大的时刻及磁通量变化率ΔΦ

Δt

最大、最小的时刻．

(4)分析判定i的大小和方向随时刻的变化规律．

一、交变电流的判定

例1如图所示，属于交流电的是( )

解析方向随时刻作周期性变化是交变电流最重要的特点．A、B、D三项所示的电流大小随时刻作周期性变化，但其方向不变，不是交变电流，它们所表示的是直流电．C选项中电流的方向随时刻作周期性变化，故选C.

答案 C

二、正弦交变电流的产生

例2矩形线框绕垂直于匀强磁场且在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．每当线框通过中性面时，感应电动势或感应电流方向就改变一次

D．线框通过中性面时，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，但现在切割磁感线的两边的速度与磁感线平行，即不切割磁感线，因此电动势等于零，也应该明白现在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也就在现在变化．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垂直切割，有效切割速度最大，因此感应电动势最大，也能够说现在穿过线框的磁通量的变化率最大，故C、D选项正确．

答案CD

三、交变电流的规律

例3有一个正方形线圈的匝数为10匝，边长为20 cm，线圈总电阻为1 Ω，线圈绕OO′轴以10π rad/s的角速度匀速转动，如图3所示，匀强磁场的磁感应强度为0.5 T，求：

图3

(1)该线圈产生的交变电流电动势的峰值、电流的峰值分别是多少；

(2)若从中性面位置开始计时，写出感应电动势随时刻变化的表达式；

(3)线圈从中性面位置开始，转过30°时，感应电动势的瞬时值是多大．

解析(1)交变电流电动势的峰值为

E m＝2NBLv＝NBSω

＝10×0.5×0.22×10π V≈6.28 V

电流的峰值为I m＝E m

R

≈6.28 A.

(2)从中性面位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为e＝E m sin ωt≈6.28sin (10πt) V.

(3)线圈从中性面位置开始转过30°时，感应电动势为

e＝E m sin 30°≈3.14 V.

答案(1)6.28 V 6.28 A (2)e＝6.28sin (10πt) V

(3)3.14 V