高中物理 5.1 交變電流學(xué)案 新人教版選修 .doc

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1、交變電流[目標(biāo)定位]　1.理解交變電流、直流的概念，會(huì)觀察交流電的波形圖.2.理解正弦式交變電流的產(chǎn)生，掌握交流電產(chǎn)生的原理.3.知道交變電流的變化規(guī)律及表示方法．一、交變電流1．交變電流：大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流叫做交變電流，簡(jiǎn)稱交流(AC)．2．直流：方向不隨時(shí)間變化的電流稱為直流(DC)，大小和方向都不隨時(shí)間變化的電流稱為恒定電流．對(duì)直流和交變電流的區(qū)分主要是看電流方向是否變化．二、交變電流的產(chǎn)生交流發(fā)電機(jī)的示意圖：在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的線圈繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生交變電流．想一想　如圖1所示，當(dāng)線圈在磁場(chǎng)中繞OO′軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，哪些邊切割磁感線？線圈轉(zhuǎn)到哪些位置時(shí)沒(méi)有感應(yīng)

2、電流？圖1答案　當(dāng)線圈在磁場(chǎng)中繞OO′軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，AB、CD邊切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流．線圈轉(zhuǎn)到甲和丙位置時(shí)沒(méi)有感應(yīng)電流，我們稱之為中性面．三、交變電流的變化規(guī)律1．正弦式交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式當(dāng)從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)：瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)：e＝Emsin_ωt，瞬時(shí)電壓：u＝Umsin_ωt，瞬時(shí)電流：i＝Imsin_ωt.式中Em、Um、Im分別表示電動(dòng)勢(shì)、電壓、電流的最大值．2．按正弦規(guī)律變化的交變電流叫做正弦式交變電流，簡(jiǎn)稱正弦式電流．想一想　正弦式交變電流的圖象一定是正弦函數(shù)曲線嗎？答案　不一定，根據(jù)計(jì)時(shí)起點(diǎn)不同，也可能是余弦函數(shù)曲線．3．正弦式交變電流的圖象(如圖2所示)圖2一、交變電流的產(chǎn)生及規(guī)

3、律1．正弦式交變電流的產(chǎn)生如圖3所示，是圖1中線圈ABCD在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的截面圖．線圈從中性面開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度為ω，經(jīng)過(guò)時(shí)間t轉(zhuǎn)過(guò)的角度是ωt.設(shè)AB邊長(zhǎng)為L(zhǎng)1，BC邊長(zhǎng)為L(zhǎng)2，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，AB邊和CD邊轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．圖3(1)在圖甲中，v∥B，eAB＝eCD＝0，e＝0(2)在圖丙中，eAB＝BL1v＝BL1＝BL1L2ω＝BSω同理eCD＝BSω所以e＝eAB＋eCD＝BSω(3)在圖乙中，eAB＝BL1vsinωt＝BL1L2ωsinωt＝BSωsinωt同理eCD＝BSωsinωt所以e＝eAB＋eCD＝BSωsinωt(4)若線圈有n匝，則e＝

4、nBSωsinωt.2．兩個(gè)特殊位置(1)中性面(S⊥B位置)線圈平面與磁場(chǎng)垂直的位置，此時(shí)Φ最大，為0，e為0，i為0.線圈經(jīng)過(guò)中性面時(shí)，電流方向發(fā)生改變，線圈轉(zhuǎn)一圈電流方向改變兩次．(2)垂直中性面位置(S∥B位置)此時(shí)Φ為0，最大，e最大，i最大．3．正弦式交變電流的峰值Em＝nBSω4．正弦式交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式e＝Emsinωt，u＝Umsinωt，i＝Imsinωt例1　矩形線框繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)且在線框平面內(nèi)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生了交變電流，下列說(shuō)法正確的是(　　)A．當(dāng)線框位于中性面時(shí)，線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大B．當(dāng)穿過(guò)線框的磁通量為零時(shí)，線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也為零C．當(dāng)線框經(jīng)過(guò)中性

5、面時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電流的方向就改變一次D．線框經(jīng)過(guò)中性面時(shí)，各邊切割磁感線的速度為零解析　線框位于中性面時(shí)，線框平面與磁感線垂直，穿過(guò)線框的磁通量最大，但此時(shí)切割磁感線的兩邊的速度與磁感線平行，即不切割磁感線，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于零，也即此時(shí)穿過(guò)線框的磁通量的變化率等于零，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電流的方向在此時(shí)刻改變．線框垂直于中性面時(shí)，穿過(guò)線框的磁通量為零，但切割磁感線的兩邊都是垂直切割，有效切割速度最大，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，即此時(shí)穿過(guò)線框的磁通量的變化率最大．故C、D選項(xiàng)正確．答案　CD針對(duì)訓(xùn)練　如圖4所示，一矩形閉合線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)軸OO′以恒定的角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)，從線圈

6、平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，則在0～這段時(shí)間內(nèi)(　　)圖4A．線圈中的感應(yīng)電流一直在減小B．線圈中的感應(yīng)電流先增大后減小C．穿過(guò)線圈的磁通量一直在減小D．穿過(guò)線圈的磁通量的變化率一直在減小解析　題圖位置，線圈平面與磁場(chǎng)平行，感應(yīng)電流最大，因?yàn)椋?，?～時(shí)間內(nèi)線圈轉(zhuǎn)過(guò)四分之一個(gè)圓周，感應(yīng)電流從最大減小為零，穿過(guò)線圈的磁通量逐漸增大，穿過(guò)線圈的磁通量的變化率一直在減?。鸢浮D二、對(duì)峰值Em＝nBSω和瞬時(shí)值e＝Emsinωt的理解1．對(duì)峰值的理解(1)轉(zhuǎn)軸在線圈所在平面內(nèi)且與磁場(chǎng)垂直．當(dāng)線圈平面與磁場(chǎng)平行時(shí)，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)達(dá)到峰值，且滿足Em＝nBSω.(2)決定因素：由線圈匝數(shù)n、

7、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω和線圈面積S決定，與線圈的形狀無(wú)關(guān)，與轉(zhuǎn)軸的位置無(wú)關(guān)．如圖5所示的幾種情況中，如果n、B、ω、S均相同，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值均為Em＝nBSω.圖52．對(duì)瞬時(shí)值的理解寫(xiě)瞬時(shí)值時(shí)必須明確是從中性面計(jì)時(shí)，還是從與中性面垂直的位置計(jì)時(shí)．(1)從中性面計(jì)時(shí)，e＝Emsinωt.(2)從與中性面垂直的位置計(jì)時(shí)，e＝Emcosωt.例2　如圖6所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.1T，所用矩形線圈的匝數(shù)N＝100