2019-2020年高中物理 5.1《交變電流》學(xué)案 新人教版選修3-2

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1、2019-2020年高中物理5.1《交變電流》學(xué)案新人教版選修3-2【要點(diǎn)導(dǎo)學(xué)】交變電流的產(chǎn)生.變化規(guī)律和基本物理量：1、交變電流：強(qiáng)度和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流為交變電流.正弦電流、鋸齒波電流都屬于交變電流.2、交變電流的產(chǎn)生：矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生正弦交變電流.若線圈繞平行于磁感線的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，則不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢.矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，將經(jīng)過兩個(gè)特殊位置，其特點(diǎn)分別是：(1)中性面：與勻強(qiáng)磁場磁感線垂直的平面叫中性面.線圈平面處于跟中性面重合的位置時(shí)；(a)線圈各邊都不切割磁感線，即感應(yīng)電流等于零；(b)磁感線垂直于該時(shí)刻的線圈平面，所以磁通量最大

2、，磁通量的變化率為零.(c)交變電流的方向在中性面的兩側(cè)是相反的.(2)線圈平面處于跟中性面垂直的位置時(shí)，線圈平面平行于磁感線，磁通量為零，磁通量的變化率最大，感應(yīng)電動(dòng)勢、感應(yīng)電流均最大，電流方向不變.3、交變電流的變化規(guī)律：如圖5－1－1所示為矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的四個(gè)過程：　　當(dāng)以線圈通過中性面對為計(jì)時(shí)起點(diǎn)時(shí)，交變電流的函數(shù)表達(dá)式：e=Emsinωt，其中Em=2NBLv=NBωS；i=Imsinωt，其中Im=Em/R。　　當(dāng)以線圈通過中性面對為計(jì)時(shí)起點(diǎn)時(shí)，交變電流的函數(shù)表達(dá)式：e=Emsinωt，其中Em=2NBLv=NBωS；i=Imsinωt，其中Im=Em/R。圖5－1－

3、2所示為以線圈通過中性面時(shí)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)的交變電流的e－t和i-t圖象：【范例精析】例1、矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，在線圈平面經(jīng)過中性面瞬間：（　　）A.線圈平面與磁感線平行；B.通過線圈的磁通量最大；C.線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢最大；D.線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢的方向突變。解析：在線圈平面垂直于磁感線時(shí)，各邊都不切割磁感線，線圈中沒有感應(yīng)電流，這樣的位置叫做中性面。根據(jù)這一定義，線圈平面經(jīng)過中性面瞬間，通過線圈的磁通量最大，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢為零，此后，感應(yīng)電動(dòng)勢方向（即感應(yīng)電流方向）將與原方向相反。所以正確選項(xiàng)為B.D。例2、矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢e-t圖像如圖5－1－3，則在時(shí)刻（　

4、?。〢.t1，t3線圈通過中性面B.t2，t4線圈中磁通量最大C.t1，t3線圈中磁通量變化率最大D.t2，t4線圈平面與中性面垂直解析：對于線圈在勻強(qiáng)磁場轉(zhuǎn)動(dòng)的模型,要能夠把圖線和實(shí)物聯(lián)系在一起,弄清轉(zhuǎn)動(dòng)過程中兩個(gè)特殊位置和特征:通過中性面時(shí)磁通量最大,但磁通量變化率為零,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢也為零;通過與中性面垂直的位置時(shí)磁通量為零,但磁通量變化率最大,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢也最大,結(jié)合圖象可以判斷A、D正確。拓展：本題是考查交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律等基礎(chǔ)內(nèi)容的題目。線圈經(jīng)過的中性面位置是線圈在磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生交變電流的特殊位置，是掌握交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律的一個(gè)關(guān)鍵。例3、一矩形線圈

5、，面積為s，匝數(shù)為N，在場強(qiáng)為B的勻強(qiáng)磁場中繞著軸oo’做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度為ω，磁場方向與轉(zhuǎn)軸垂直，當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到中性面位置開始計(jì)時(shí)，求：（1）線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值？寫出線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢隨時(shí)間變化的表達(dá)式？（2）若線圈中的電阻為R，則線圈中的電流的最大值為多少？寫出線圈中的電流瞬時(shí)表達(dá)式。解析：（1）對于單匝線圈eab=ecd=Blvsinωt=Bl1ωl2/2sinωt　　　e=2eab=Bl1l2ωsinωt=BSωsinωt當(dāng)線圈為N匝時(shí)e=NBSωsinωt感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值Em=NBSω（2）根據(jù)閉合電路的歐姆定律i=e/R=NBSωsinωt/R拓展：本題考查的是表征交變電流的物理

6、量和表達(dá)式，能否正確寫出交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式，關(guān)鍵在于找出交變電流的最大值.角速度，并明確計(jì)時(shí)起點(diǎn)線圈平面所處的位置。又如：一臺發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的按正弦規(guī)律變化的感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值為311V，線圈在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度是100πrad/s。（1）寫出感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式（2）若該發(fā)電機(jī)只與含電阻的負(fù)載組成閉合電路，電路中的總電阻為100Ω，試寫出通過負(fù)載的電流強(qiáng)度的瞬時(shí)表達(dá)式，在t=1/120時(shí)電流強(qiáng)度的瞬時(shí)值為多少？解析：本題中沒有規(guī)定線圈平面在什么位置為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，一般取線圈平面在中性面時(shí)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)。（1）由題意有Em=311V，ω=100πrad/s，所以，感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式為：e=Em

7、sinωt=311sin100πt(V)（2）由歐姆定律得，電流最大值為：Im=Em/R=3.11A通過負(fù)載的電流強(qiáng)度的瞬時(shí)表達(dá)式為：i=Imsinωt=3.11sin100πt(A)當(dāng)t=1/120時(shí)，電流的瞬時(shí)值為：i=3.11sin(100π×1/120)(A)=1.55A【能力訓(xùn)練】1、圖5-1-4所示各的電流中不是交流電的是：（AD）2、如圖5-1-5所示，一線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)