最新-高中物理《交变电流》学案4 新人教版选修3-2 精品
高中物理《交变电流》学案3 新人教版选修3-2
交变电流巩固拓展1．如图所示图像中属于交流电的有（ ）2．关于线圈在匀强磁场中转动产生的交流电，以下说法中正确的是（ ）A ．线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次感应电动势方向不变B ．线圈每转动一周，感应电流方向就改变一次C ．线圈每经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向就改变一次D ．线圈转动一周，感应电动势和感应电流方向都要改变一次3．把一段长度一定的导线做成线圈，在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴以恒定的角速度转动，哪个线圈产生的电动势最大值最大（ ）A ．做成矩形线圈B ．做成正方形线圈C ．做成圆形线圈D ．做成正三角形线圈4．已知交变电流的瞬时表达式为i ＝311sin314t ，从t=0到第一次电流出现最大值时间是（ ）A ．0.005sB ．0.001sC ．0.02sD ．0.01s5．如图所示，一正方形线圈abcd 在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO ′匀速转动沿OO ′观察，线圈逆时针转动，已知匀强磁场的磁感应强度为B ，线圈匝数为n ，边长为l ，电阻为R ，转动的角速度为ω，则当线圈转至图示位置时（ ） A ．线圈中感应电流方向为abcda B ．线圈中感应电流为2nBl RC ．穿过线圈的磁通量为0D ．穿过线圈的磁通量的变化率为06．发电机电枢以转速n=3000转/min 在匀强磁场中匀速转动，当线圈平面与磁感线方向平行时，产生的感应电动势为1000V ，若从线圈平面与中性面重合时计时，则所产生的感应电动势的瞬时表达式e ＝__________________，当t=0.03s 时，电动势为__________V 。
7．如图所示的100匝矩形线框以角速度ω＝100πrad/s 绕OO ′轴匀速转动。
ab=cd=0.2m ，ad=bc=0.5m ，磁感应强度B ＝0.1T ，试求： （1）线圈中产生的感应电动势的最大值是多少 （2）从图示位置计时，感应电动势的瞬时表达式（3）由t=0至t=T/4过程中平均感应电动势的大小 （4）若线圈总电阻为100Ω，则在t=0至t=T/4过程中通过线圈某截面的电量是多少？创新探究8．一根长直通电导线中的电流按正弦规律变化，如图所示，规定电流从左向右为正，在直导线下方有一不闭合的金属框，则相对于b 点来说，a 点电势最高的时刻在__________9．在两块金属板上加交变电压m 2u=U sin t T，当t=0时，板间有一个电子正处于静止状态，下面关于电子以后的运动情况的判断正确的是（ ）A ．t=T 时，电子回到原出发点B ．电子始终向一个方向运动C ．t=T/2时，电子将有最大速度D ．t=T/2时，电子位移最大Ui。
人教版选修3-2 5.2描述交变电流的物理量 教案(4)
【教学过程设计】教学环
节和教学内容教师活动学生活动设计
意图
导入新课讲学稿课前预习部分反馈与评价
期待
好奇
提升学
生自主
学习意
识
·
探究过程教师精讲（一）
一、如图所示的是某
正弦式交变电流的图
象.
1、根据图象求其最
大值、周期和角速
度?
2、写出交变电流的瞬时值表达式?
3、该交变电流中电流的有效值为？
二、我国照明电压（市电）的瞬时值表达式为
tV
eπ
100
sin
2
220
=
1、角速度是_______，周期是_______，频率是
_______。
2、画出交变电流的图像?
3、该交变电流中电动势的有效值为？
三、如图所示是一交变电流随时间而变化的图象，求出
交变电流的有效值？质疑
数学思考
查漏补
缺针对
性
目标达成训练。
二、教师精讲（微课教学）
三、学生精炼：
1、如图所示是一交变电流随时间而变化的图象，求出
交变电流的有效值？
2、如图所示是一交变电流随时间而变化的图象，求出
交变电流的有效值？
3、如图所示是一交变电流随时间而变化的图象，求出
交变电流的有效值？
小组汇报成果：
现代技
术教学
高效
小组合
作学习
小结
作业
四、学生小组合作展示、点评、质疑。
5.1《交变电流》学案全集4(人教版选修3-2)
5.1交变电流教学目标（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点、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。
教学方法演示法、分析法、归纳法。
教学手段手摇单相发电机、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（1）中性面——（2）线圈处于中性面位置时，穿过线圈Φ ，但 。
（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 。
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L 1，bc 边长L 2，磁感应强度为B ，这时ab 边产生的感应电动势多大?e ab =BL 1v sin ωt = BL 1·22L ωsin ωt =21BL 1L 2sin ωt 此时整个线框中感应电动势多大?e =e ab +e cd =BL 1L 2ωsin ωt若线圈有N 匝时，相当于N 个完全相同的电源串联，e =NBL 1L 2ωsin ωt ，令E m =NBL 1L 2ω，叫做感应电动势的峰值，e叫做感应电动势的瞬时值。
高中物理《交变电流》教案4 新人教版选修3-2
教学课题：交变电流一．教学目标【知识和技能】1、知道正弦交流电是矩形线框在匀强磁场中匀速转动产生的．知道中性面的概念．2、掌握交变电流的变化规律及表示方法，理解描述正弦交流电的物理量的物理含义．3、理解正弦交流电的图像，能从图像中读出所需要的物理量．4、理解交变电流的瞬时值和最大值，能正确表达出正弦交流电的最大值、有效值、瞬时值．5、理解交流电的有效值的概念，能用有效值做有关交流电功率的计算．【过程和方法】1、掌握描述物理规律的基本方法——文字法、公式法、图像法．2、培养学生观察能力、空间想象能力、立体图转化为平面图进行处理问题的能力．3、培养学生运用数学知识解决处理物理问题的能力．【情感、态度、价值观】培养学生爱国主义精神及为富民强国认真学习的精神．二．教学重点、难点重点：交变电流产生的物理过程的分析及中性面的特点．难点：交变电流产生的物理过程的分析．三．教学仪器交流发电机模型、演示电流表四．教学方法讲授、演示、探究五．教学过程引入［复习提问］１．感应电动势的大小： 基本式：tn ∆∆Φ=ε 导出式：⊥=BlV ε２．感应电动势的方向：基本规律：楞次定律导出规律：右手定则（口诀：“力左电右”）［教师演示］交变电流产生的实验：模型发电机产生的电流，大小和方向在不断的变化，这种电流叫做交变电流．新课1、交变电流的产生演示1：出示手摇发电机模型，并连接演示电流表．当线圈在磁场中转动时，电流表的指针随着线圈的转动而摆动，线圈每转动一周指针左右摆动一次．表明电流强度的大小和方向都做周期性的变化，这种电流叫交流电．2、交变电流的变化规律投影显示：矩形线圈在匀强磁场中匀速转动的四个过程．分析：线圈bc 、da 始终在平行磁感线方向转动，因而不产生感应电动势，只起导线作用．（1）线圈平面垂直于磁感线（甲图），ab 、cd 边此时速度方向与磁感线平行，线圈中没有感应电动势，没有感应电流．教师强调指出：这时线圈平面所处的位置叫中性面．中性面的特点：线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大，感应电动势最小为零，感应电流为零．（2）当线圈平面逆时针转过90° 时（乙图），即线圈平面与磁感线平行时，ab 、cd 边的线速度方向都跟磁感线垂直，即两边都垂直切割磁感线，这时感应电动势最大，线圈中的感应电流也最大．（3）再转过90° 时（丙图），线圈又处于中性面位置，线圈中没有感应电动势．（4）当线圈再转过 90°时，处于图（丁）位置，ab 、cd 边的瞬时速度方向，跟线圈经过图（乙）位置时的速度方向相反，产生的感应电动势方向也跟在（图乙）位置相反．（5）再转过90° 线圈处于起始位置（戊图），与（甲）图位置相同，线圈中没有感应电动势．在场强为 的匀强磁场中，矩形线圈边长为l 1、l 2，逆时针绕中轴匀速转动，角速度为ω ，从中性面开始计时，经过时间t ．线圈中的感应电动势的大小如何变化呢？线圈转动的线速度为 ω，转过的角度为ωt ，此时ab 边线速度 以磁感线的夹角也等于ωt ，这时ab 边中的感应电动势为：E=(Bl 1l 2ω/2)sin ωt同理，cd 边切割磁感线的感应电动势为：E=(Bl 1l 2ω/2)sin ωt就整个线圈来看，因ab 、cd 边产生的感应电势方向相同，是串联，所以当线圈平面跟磁感线平行时，即 ，这时感应电动势最大值 ；E m =BS ω．感应电动势的瞬时表达式为： e= BS ωsin ωt可见在匀强磁场中，匀速转动的线圈中产生的感应电动势是按正弦规律变化的．即感应电动势的大小和方向是以一定的时间间隔做周期性变化．当线圈跟外电路组成闭合回路时，设整个回路的电阻为 ，则电路的感应电流的瞬时值为表达式 ．感应电流瞬时值表达式为 ，这种按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流．3、交流电的图像：交流电的变化规律还可以用图像来表示，在直角坐标系中，横轴表示线圈平面跟中性面的夹角（或者表示线圈转动经过的时间 ），纵坐标表示感应电动势 （感应电流 ）． 规律：t Sin m ωεε=t Sin I i m ω=其中：ωεnBS m =，R r I mm +=ε．4、交流发电机（1）发电机的基本组成①用来产生感应电动势的线圈（叫电枢）．②用来产生磁场的磁极．（2）发电机的基本种类①旋转电枢式发电机（电枢动磁极不动）．②旋转磁极式发电机（磁极动电枢不动）．无论哪种发电机，转动的部分叫转子，不动的部分叫定子．例题与练习【例1】如图所示各图线中表示交变电流的是【】【误解】选（A），（B），（C），（D）．【正确解答】选（B），（C），（D）．【错因分析与解题指导】大小、方向随时间作周期性变化的电流为交变电流．【误解】选有（A），然而（A）中电流大小虽周期性变化，但方向不变，是直流电流而不是交变电流．【例2】一线圈中产生的正弦交变电流按i=10sin314tA变化，求出当线圈从中性面起转过30°、60°、90°、120°所需时间及对应的电流值．【分析】通过跟正弦交变电流的标准式比较，直接代入计算．【解答】线圈从中性面开始转动产生的正弦交变电流的标准式是i=Imsinωt．式中ωt表示线圈平面对中性面的夹角（单位是rad）．当线圈平面转过的角度θ1=30°时，由得经历的时间和对应的电流值分别为同理，当θ2=60°时，得当θ3=90°时，得当θ4=120°时，得【说明】用公式i=Imsinωt算出的是线圈在转动过程中某位置或某个时刻的电流值，所以它是一个瞬时值表达式．【例3】在匀强磁场中的矩形线圈从中性面开始匀速转动，穿过线圈平面的磁通量与时间t 的图象是【】【分析】设匀强磁场的磁感强度为B，矩形线圈abcd的面积为S，如图2所示从中性面位置开始逆时针方向匀速转动．设经时间t转过的角度θ=ωt，转到位置a1d1，画出它的正视图如图3所示．积）可知，在时刻t通过线圈平面的磁通量为【答】 C．【说明】磁通量是标量．磁通量的正、负表示它穿过平面的方向．根据图3得出的上述表达式，是规定从左向右穿过平面左侧面（用实线表示）的方向为正．当转过θ=90°后，磁感线将从平面的右侧面（用虚线表示）穿过，磁通量为负．线圈转动时，穿过线圈的磁通量，线圈中产生的感应电动势随时间变化的对照关系，如图4所示．练习1．一矩形线圈在匀强磁场中转动，当线圈平面跟中性面重合的瞬间，下列说法正确的是（ ）A ．电流方向改变B ．磁通量为零C ．圈中磁通量的变化率最大D ．线圈没有边切割磁感线2．如图所示，线圈abcd 绕ab 和cd 的中点的连线OO ′转动，OO ′与匀强磁场垂直，线圈的单位长度的电阻值为定值，为了使线圈中电流值增为原来的2倍，可采用的办法有（ ）A ．使线圈绕cd 边转动B ．使线圈的面积增为原来的2倍C ．使磁感强度和转速增加为原来的2倍D ．使磁感强度减为原来的1/2，转速增为原来的4倍小结1、交流电的产生强度和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流．2、交流电的变化规律感应电动势的瞬时表达式为： ．感应电流瞬时值表达式： ．3、交流电的图像4、交流发电机（1）发电机的基本组成：①电枢．②磁极．（2）发电机的基本种类:①旋转电枢式发电机．②旋转磁极式发电机．作业六．教学反思： d c b a OO ′。
高中物理选修3-2学案4：5.1交变电流
5.1交变电流基础知识一、交变电流1．交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流(AC)．2．直流：方向不随时间变化的电流称为直流(DC)，大小和方向都不随时间变化的电流称为恒定电流．对直流和交变电流的区分主要是看电流方向是否变化．二、交变电流的产生交流发电机的示意图：在匀强磁场中的线圈绕垂直于磁感线的轴匀速转动时，产生交变电流．三、交变电流的变化规律1．正弦式交变电流的瞬时值表达式当从中性面开始计时：瞬时电动势：e＝E m sin_ωt，瞬时电压：u＝U m sin_ωt，瞬时电流：i＝I m sin_ωt.式中E m、U m、I m分别表示电动势、电压、电流的最大值．2．按正弦规律变化的交变电流叫做正弦式交变电流，简称正弦式电流．3．正弦式交变电流的图象(如图所示)重点难点一、交变电流的产生及规律1．正弦式交变电流的产生如图所示，是线圈ABCD在匀强磁场中绕轴OO′转动时的截面图．线圈从中性面开始转动，角速度为ω，经过时间t转过的角度是ωt.设AB边长为L1，BC边长为L2，磁感应强度为B，AB边和CD边转动时切割磁感线产生感应电动势．(1)在图甲中，v ∥B ，e AB ＝e CD ＝0，e ＝0(2)在图丙中，e AB ＝BL 1v ＝BL 1ωL 22＝12BL 1L 2ω＝12BSω同理e CD ＝12BSω所以e ＝e AB ＋e CD ＝BSω(3)在图乙中，e AB ＝BL 1v sin ωt ＝12BL 1L 2ωsin ωt ＝12BSω sin ωt同理e CD ＝12BSωsin ωt所以e ＝e AB ＋e CD ＝BSωsin ωt (4)若线圈有n 匝，则e ＝nBSωsin ωt . 2．两个特殊位置 (1)中性面(S ⊥B 位置)线圈平面与磁场垂直的位置，此时Φ最大，ΔΦΔt 为0，e 为0，i 为0.线圈经过中性面时，电流方向发生改变，线圈转一圈电流方向改变两次． (2)垂直中性面位置(S ∥B 位置)此时Φ为0，ΔΦΔt 最大，e 最大，i 最大．3．正弦式交变电流的峰值 E m ＝nBSω4．正弦式交变电流的瞬时值表达式 e ＝E m sin ωt ，u ＝U m sin ωt ，i ＝I m sin ωt二、对峰值E m ＝nBSω和瞬时值e ＝E m sin ωt 的理解 1．对峰值的理解(1)转轴在线圈所在平面内且与磁场垂直．当线圈平面与磁场平行时，线圈中的感应电动势达到峰值，且满足E m ＝nBSω.(2)决定因素：由线圈匝数n 、磁感应强度B 、转动角速度ω和线圈面积S 决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关．如图所示的几种情况中，如果n 、B 、ω、S 均相同，则感应电动势的峰值均为E m ＝nBSω.2．对瞬时值的理解写瞬时值时必须明确是从中性面计时，还是从与中性面垂直的位置计时． (1)从中性面计时，e ＝E m sin ωt .(2)从与中性面垂直的位置计时，e ＝E m cos ωt . 三、正弦式交变电流的图象1．如图所示，从图象中可以解读到以下信息：(1)交变电流的峰值E m 、I m 和周期T .(2)因线圈在中性面时感应电动势、感应电流均为零，所以可确定线圈位于中性面的时刻，也可根据感应电动势、感应电流最大值找出线圈平行磁感线的时刻．(3)判断线圈中磁通量Φ最小、最大的时刻及磁通量变化率ΔΦΔt 最大、最小的时刻．(4)分析判断e 、i 大小和方向随时间的变化规律．2．注意：开始计时时线圈所处的位置不同，得到的i －t 图象也不同．(如图所示)基础练习1．如图所示图象中不属于交流电的有( )2．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，则能在下列图中反映线圈中感应电流I 随时间t 变化的图线是(如图)( )3．交流发电机在工作时的电动势e ＝E m sin ωt .若将线圈匝数、线圈面积都提高到原来的两倍，其他条件不变，则电动势变为( ) A ．e ＝2E m sin ωt B ．e ＝4E m sin ωt C ．e ＝12E m sin ωtD ．e ＝14E m sin ωt4．如图所示是一多匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动所产生的感应电动势的图象，根据图象可知( )A ．此感应电动势的瞬时表达式为e ＝200 sin 0.02tB ．此感应电动势的瞬时表达式为e ＝200 sin 100πtC ．t ＝0.01 s 时，穿过线圈的磁通量为零D ．t ＝0.02 s 时，穿过线圈的磁通量的变化率最大5．如图甲所示为一个矩形线圈abcd 在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动．线圈内磁通量随时间t 变化如图乙所示，则下列说法中正确的是( )A ．t 1时刻线圈中的感应电动势最大B ．t 2时刻ab 的运动方向与磁场方向垂直C ．t 3时刻线圈平面与中性面重合D ．t 4、t 5时刻线圈中感应电流的方向相同6．某线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动，产生交变电流的图象如图所示，由图中信息可以判断( )A ．在A 和C 时刻线圈处于中性面位置B ．在B 和D 时刻穿过线圈的磁通量为零C ．从A →D 时刻线圈转过的角度为32πD ．若从O →D 时刻历时0.02 s ，则在1 s 内交变电流的方向改变100次[答案]1．[解析] 图A 、B 、C 中e 的方向均发生了变化，故它们属于交流电，但不是按正弦函数规律变化的交流电． [答案] D2．[解析] 图示时刻，ab 边和cd 边同时垂直切割磁感线，产生的感应电动势最大，此时感应电流最大，由右手定则，可判定电流方向由a →b →c →d →a ，为正方向，综上所述，正确[答案]为C. [答案] C3．[解析] 由电动势最大值表达式E m ＝NBSω，N 、S 变为原来的两倍，则最大值变为4E m ，故B 正确． [答案] B 4．[答案] B5．[解析] t 1时刻通过线圈的Φ最大，磁通量变化率ΔΦΔt 最小，此时感应电动势为零，A 错．在t 2、t 4时刻感应电动势为E m ，此时ab 、cd 的运动方向均垂直于磁场方向，B 正确．t 1、t 3、t 5时刻Φ最大，ΔΦΔt ＝0，此时线圈平面垂直于磁场方向，称为中性面，C 正确．t 5时刻感应电流为零，D 错．故正确[答案]为B 、C. [答案] BC6．[解析] 根据图象，首先判断出感应电流的数学表达式为i ＝I m sin ωt ，其中I m 是感应电流的最大值，ω是线圈旋转的角速度．而且线圈是从中性面开始旋转．由O 到D 完成一次周期性变化，相应的线圈旋转一周．线圈每旋转一周有两次经过中性面，经过中性面的位置时电流改变方向．从图可知，在O 、B 、D 时刻感应电流为零，所以此时线圈恰好在中性面的位置，且穿过线圈的磁通量最大；在A 、C 时刻感应电流最大，线圈处于和中性面垂直的位置，此时穿过线圈的磁通量为零；从A 到D 时刻，线圈旋转3/4周，转过的角度为32π；如果从O 到D 时刻历时0.02 s ，恰好为一个周期，所以1 s 内线圈转动50个周期，100次经过中性面，交变电流的方向改变100次． [答案] CD。
人教版高中物理选修【3-2】《描述交变电流的物理学案量》学案(含答案)
最新高中物理 第五章 交变电流 5.1 交变电流学案 新人教版选修3-2(考试必备)
1 交变电流[学习目标] 1.会观察电流(或电压)的波形图，理解交变电流和直流的概念.2.理解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.知道交变电流的变化规律及表示方法，知道交变电流的瞬时值、峰值的物理含义．一、交变电流1．交变电流：大小和方向随时间做周期性变化的电流叫交变电流，简称交流．2．直流：方向不随时间变化的电流称为直流．3．正弦式交变电流：按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流，简称正弦式电流．二、交变电流的产生闭合线圈置于匀强磁场中，并绕垂直于磁场方向的轴匀速转动．三、交变电流的变化规律线圈从垂直磁场方向计时产生电动势的瞬时值表达式：e＝E m sin ωt，E m叫做电动势的峰值．[即学即用]1．判断下列说法的正误．(1)只要线圈在磁场中转动，就可以产生交变电流．( ×)(2)线圈在通过中性面时磁通量最大，电流也最大．( ×)(3)线圈在通过垂直中性面的平面时电流最大，但磁通量为零．( √)(4)线圈在通过中性面时电流的方向发生改变．( √)2．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，线圈绕垂直磁场方向的OO′轴以10πrad/s的角速度匀速转动，如图1所示，匀强磁场的磁感应强度为0.5 T，该线圈产生的感应电动势的峰值为__________，感应电流的峰值为________，若从中性面位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为________．图1答案 6.28 V 6.28 A e＝6.28sin 10πt (V)解析 电动势的峰值为E m ＝nBS ω＝10×0.5×0.22×10π V ＝6.28 V 电流的峰值为I m ＝E m R＝6.28 A 感应电动势的瞬时值表达式为e ＝E m sin ωt ＝6.28sin 10πt (V).一、交变电流的产生[导学探究] 假定线圈绕OO ′轴沿逆时针方向匀速转动，如图2甲至丁所示．请分析判断：图2(1)线圈转动一周的过程中，线圈中的电流方向的变化情况．(2)线圈转动过程中，当产生的感应电流有最大值和最小值时线圈分别在什么位置？ 答案 (1)(2)为零，此时线圈所处的平面称为中性面． [知识深化] 两个特殊位置1．中性面(S ⊥B 位置，如图2中的甲、丙)线圈平面与磁场垂直的位置，此时Φ最大，ΔΦΔt 为0，e 为0，i 为0.线圈经过中性面时，电流方向发生改变，线圈转一圈电流方向改变两次．2．垂直中性面位置(S ∥B 位置，如图2中的乙、丁) 此时Φ为0，ΔΦΔt最大，e 最大，i 最大．例1 (多选)矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面内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的方向就改变一次D ．线框经过中性面时，各边切割磁感线的速度为零 答案 CD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，但此时切割磁感线的两边的速度与磁感线平行，即不切割磁感线，所以感应电动势等于零，此时穿过线框的磁通量的变化率也等于零，感应电动势或感应电流的方向也就在此时刻发生变化．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，所以感应电动势最大，也可以说此时穿过线框的磁通量的变化率最大，故C 、D 选项正确． 二、交变电流的变化规律[导学探究] 如图3所示，线圈平面绕bc 边的中点从中性面开始转动，角速度为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 .设ab 边长为L 1，bc 边长为L 2，线圈面积S ＝L 1L 2，磁感应强度为B ，则：图3(1)ab 边产生的感应电动势为多大？ (2)整个线圈中的感应电动势为多大？(3)若线圈有N 匝，则整个线圈的感应电动势为多大？ 答案 (1)e ab ＝BL 1v sin ωt ＝BL 1L 2ω2sin ωt＝12BL 1L 2ωsin ωt ＝12BS ωsin ωt . (2)整个线圈中的感应电动势由ab 和cd 两边产生的感应电动势组成，且e ab ＝e cd ，所以e 总＝e ab ＋e cd ＝BS ωsin ωt .(3)若线圈有N 匝，则相当于N 个完全相同的电源串联，所以e ＝NBS ωsin ωt . [知识深化]1．峰值表达式E m ＝nBS ω，I m ＝E m R ＋r ＝nBS ωR ＋r ，U m ＝I m R ＝nBS ωRR ＋r2．峰值决定因素：由线圈匝数n 、磁感应强度B 、转动角速度ω和线圈面积S 决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关．如图4所示的几种情况中，如果n 、B 、ω、S 均相同，则感应电动势的峰值均为E m ＝nBS ω.图43．正弦交变电流的瞬时值表达式 (1)从中性面位置开始计时e ＝E m sin ωt ，i ＝I m sin ωt ，u ＝U m sin ωt(2)从与中性面垂直的位置开始计时e ＝E m cos ωt ，i ＝I m cos ωt ，u ＝U m cos ωt .例2 一矩形线圈，面积是0.05 m 2，共100匝，线圈电阻r ＝2 Ω，外接电阻R ＝8 Ω，线圈在磁感应强度B ＝1π T 的匀强磁场中以n ＝300 r/min 的转速绕垂直于磁感线的轴匀速转动，如图5所示，若从中性面开始计时，求：图5(1)线圈中感应电动势的瞬时值表达式；(2)线圈从开始计时经130 s 时线圈中由此得到的感应电流的瞬时值；(3)外电路R 两端电压瞬时值的表达式． 答案 (1)e ＝50sin 10πt (V) (2)532 A(3)u ＝40sin 10πt (V)解析 (1)线圈转速n ＝300 r/min ＝5 r/s ， 角速度ω＝2πn ＝10π rad/s ，线圈产生的感应电动势最大值E m ＝NBS ω＝50 V ， 由此得到的感应电动势瞬时值表达式为e ＝E m sin ωt ＝50sin 10πt (V)．(2)将t ＝130 s 代入感应电动势瞬时值表达式中，得e ′＝50sin (10π×130) V ＝25 3 V ，对应的感应电流i ′＝e ′R ＋r ＝532A. (3)由闭合电路欧姆定律得u ＝eR ＋rR ＝40sin 10πt (V)．1．求交变电流瞬时值的方法(1)确定线圈转动从哪个位置开始计时； (2)确定表达式是正弦函数还是余弦函数；(3)确定转动的角速度ω＝2πn (n 的单位为r/s)、峰值E m ＝NBS ω； (4)写出表达式，代入时间求瞬时值．2．线圈在匀强磁场中绕垂直磁场方向的轴匀速转动产生正弦式交变电流，产生的交变电流与线圈的形状无关．如图6所示，若线圈的面积和匝数与例2中题图所示线圈面积相同，则答案完全相同．图6三、交变电流的图象如图7甲、乙所示，从图象中可以解读到以下信息：图71．交变电流的峰值E m 、I m 和周期T . 2．两个特殊值对应的位置：(1)e ＝0(或i ＝0)时：线圈位于中性面上；e 最大(或i 最大)时：线圈平行于磁感线．(2)e ＝0(或i ＝0)时，ΔΦΔt＝0，Φ最大．e 最大(或i 最大)时，ΔΦΔt最大，Φ＝0. 3．分析判断e 、i 大小和方向随时间的变化规律．例3 一闭合矩形线圈abcd 绕垂直于磁感线的固定轴OO ′匀速转动，线圈平面位于如图8甲所示的匀强磁场中，通过线圈的磁通量Φ随时间t 的变化规律如图乙所示，下列说法正确的是( )图8A ．t 1、t 3时刻通过线圈的磁通量变化率最大B ．t 1、t 3时刻线圈中感应电流方向改变C ．t 2、t 4时刻线圈中磁通量最大D ．t 2、t 4时刻线圈中感应电动势最小 答案 B解析 由题图乙可知，t 1、t 3时刻通过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最小，选项A 错误；t 1、t 3时刻线圈处于中性面上，故此时刻的感应电流方向改变，选项B 正确；t 2、t 4时刻线圈中磁通量最小，磁通量的变化率最大，感应电动势最大，选项C 、D 错误．根据图象找出线圈位于中性面位置时对应的时刻，然后根据中性面的性质进行判断.1．(交变电流的产生)(多选)下列各图中，线圈中能产生交变电流的有( )答案BCD2．(交变电流的产生及规律)(多选)如图9所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO′以恒定的角速度ω转动，从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，则在0～π2ω这段时间内( )图9A．线圈中的感应电流一直在减小B．线圈中的感应电流先增大后减小C．穿过线圈的磁通量一直在减小D．穿过线圈的磁通量的变化率一直在减小答案AD解析题图位置，线圈平面与磁场平行，感应电流最大，因为π2ω＝T4，在0～π2ω时间内线圈转过四分之一个周期，感应电流从最大值减小为零，穿过线圈的磁通量逐渐增大，穿过线圈的磁通量的变化率一直在减小，故A、D正确，B、C错误．3．(交变电流的图象)一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图10甲所示，则下列说法中正确的是( )图10A．t＝0时刻，线圈平面与中性面垂直B．t＝0.01 s时刻，Φ的变化率最大C．t＝0.02 s时刻，感应电动势达到最大D．该线圈产生的相应感应电动势的图象如图乙所示答案 B解析由题图甲可知t＝0时刻，穿过线圈的磁通量最大，线圈处于中性面，t＝0.01 s时刻，磁通量为零，但变化率最大，故A项错误，B项正确；t＝0.02 s时刻，感应电动势应为零，故C、D项均错误．4．(交变电流的变化规律)如图11所示，匀强磁场的磁感应强度B＝2πT，边长L＝10 cm的正方形线圈abcd共100匝，线圈总电阻r＝1 Ω，线圈绕垂直于磁感线的轴OO′匀速转动，角速度ω＝2π rad/s，外电路电阻R＝4 Ω.求：图11(1)转动过程中线圈中感应电动势的最大值．(2)从图示位置开始感应电动势的瞬时值表达式．(3)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过30°角电路中电流的瞬时值．答案(1)2 2 V (2)e＝22cos 2πt (V) (3)65A解析(1)设转动过程中感应电动势的最大值为E m，则E m＝NBL2ω＝100×2π×0.12×2π V＝2 2 V.(2)从图示位置开始感应电动势的瞬时值表达式为e＝E m cos ωt＝22cos 2πt (V)(3)从图示位置开始转过30°角时感应电动势的瞬时值e′＝22cos 30°＝ 6 V，i ＝e ′R ＋r ＝65 A.。
最新人教版选修3-2高中物理第一节交变电流教学设计
第一节 交变电流教目标：1．理解交变电流的产生原理2．掌握交变电流的变化规律及表示方法3．理解交流电的瞬时值，最大值及中性面的概念4．培养观察能力、空间想象能力以及立体图转化为平面图形的能力 教重点：交变电流产生的物理过程分析教难点：交变电流的变化规律及应用教方法：启发 引导 讲授教用具：发动机模型教过程：（一）引入新课（二）新课教1交变电流恒定电流：大小和方向都不随时间而改变的电流。
交变电流：方向随时间周期性变化的电流。
与直流电相比，交流电有许多优点，如：可以利用变压器升高或降低电压，利于长途传输；可以驱动结构简单，运行可靠的感应电动机。
2交变电流的产生演示实验：手摇发电机使小灯泡发亮 课件观察交变电流的产生。
结论：（1）．线圈转动过程中电流的大小做周期性变化，中性面位置（B ⊥S ）最小，与中性面垂直的位置（B ∥S ）最大。
（2）．线圈每经中性面一次，感应电流方向改变一次，线圈转动一周，感应电流方向改变两次。
3交变电流的变化规律设线圈从中性面以角速度ω开始转动，经时间，线圈转过θ=ω，此时V 与B 夹角也为θ，令b=dc=L ，d=bc=L ′，则线圈面积S=LL ′。
此时，b 与dc 边产生的电动势大小均为BLVS ω，整个线圈中产生的瞬时电动势大小为：=2BLVS ω，又V=2L ω'，有： 22L e BL sin t B Ssin t ωωωω'=∙= 令E=B ωS 有：sin m e E t ω=sin m e E t ω=（E 为最大值）若电路总电阻为R ，则瞬时电流为：m sin I sin m E e i t t R Rωω=== 同理可得电路的某段电压的瞬时值。
sin m u U t ω=结论：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，产生的感应电流是按正弦规律变化的，这种交变电流叫正弦交流电。
4交变电流的图象（1）．正弦交流电图象（可用示波器观察到）（2）．几种常见的交变电流波形5例题（1）、有人说，线圈平面转到中性面的瞬间穿过线圈磁通量最大，因而线圈中感应电动势最大；线圈平面与中性面垂直的瞬间，穿过线圈中磁通量为零，因而线圈中感应电动势为零，这种说法对不对？为什么？解析：这种说法不对。
高中物理 5.1 交变电流教案 新人教版选修3-2
高中物理 5.1 交变电流教案新人教版选修3-2●本章概述本章讲述交变电流知识，是前面学过的电和磁的知识的发展和应用，并且与生产和生活有密切关系.本章重点内容是：交变电流的产生原理和变化规律，交变电流的性质和特点，变压器的工作原理，交变电流的传输及应用.这些知识点是高考命题率较高的知识点.与直流电相比，交变电流有许多优点，交变电流可以利用升压变压器升高或降低电压，便于远距离输送，可以驱动结构简单运行可靠的感应电动机。
为了有利学生学习交流电的特点，更好的区分交流与直流，本章还介绍了电感和电容在交变电流中的作用，使学生了解感抗与容抗的有关知识.本章可分为三个单元：第一单元：第一节和第二节，讲交变电流的产生和描述.第二单元：第三节，讲电感和电容对交变电流的作用.第三单元：第四节和第五节，讲变压器和电能的输送.第一节交变电流●本节教材分析为了适应学生的接受能力，教材采取从感性到理性、从定性到定量逐渐深入的方法讲述这个问题.教材先用教具演示矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时产生交流电，以展示交流电是怎样产生的.并强调让学生观察教材图17—2所示线圈通过五个特殊位置时，电流表指针变化的情况，分析电动势和电流方向的变化，这样学生就会对电动势和电流的变化情况有个大致的了解.然后让学生用右手定则独立分析线圈中电动势和电流的方向.这样能充分调动学生的积极性,培养学生的观察和分析能力.关于交变电流的变化规律,教材利用上章学过的法拉第电磁感应定律引导学生进行推导,得出感应电动势的瞬时值和最大值的表达式,进而根据闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律推出电流与电压瞬时值与最大值的表达式.用图表表示交流电的变化规律是一种重要的方法,这种方法直观、形象,学生容易接受.这样做也是为后面用图象表示三相交流电准备条件,在电磁波的教学中还要用到图象的方法.在介绍了交流电的周期和频率后,可通过练习巩固学生对交流电图象的认识.在本节学生第一次接触到许多新名词,如:交流电、正弦交流电、中性面、瞬时值、最大值等.要让学生搞清楚这些名词的准确含义.要使学生了解交流电有许多种,正弦交流电是其中简单的一种,在本章教材中常把正弦交流电简称交流电.要使学生明确中性面是指与磁场方向垂直的平面.中性面的特点是:线圈位于中性面时,电动势为零;线圈通过中性面时,电动势的方向要改变.要向学生指出,一般科技书中都用小写字母表示瞬时值,用大写字母并加脚标，m表示最大值.●教学目标一、知识目标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、技能目标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、情感态度目标培养学生理论联系实际的思想.●教学重点交变电流产生的物理过程的分析.●教学难点交变电流的变化规律及应用.●教学方法演示法、分析法、归纳法.●教学用具手摇单相发电机、小灯泡、示波器、多媒体教学课件、示教用大的电流表.●课时安排1课时●教学过程一、引入新课［师］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.当线框快速转动时，观察到什么现象?［生］小灯泡一闪一闪的.［师］再将手摇发电机模型与示教电流表组成闭合电路,当线框缓慢转动(或快速摆动)时,观察到什么?［生］电流表指针左右摆动.［师］线圈里产生的是什么样的电流？请同学们阅读教材后回答.［生］转动的线圈里产生了大小和方向都随时间做周期性变化的交变电流.［师］现代生产和生活中大都使用交流电.交流电有许多优点，今天我们学习交流电的产生和变化规律.二、新课教学1.交变电流的产生［师］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？［生］对这个问题有浓厚的兴趣,讨论热烈.［师］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?［生］ab与cd.［师］当ab边向右、cd边向左运动时,线圈中感应电流的方向如何?［生］感应电流是沿着a→b→c→d→a方向流动的.［师］当ab 边向左、cd 边向右运动时,线圈中感应电流的方向如何?［生］感应电流是沿着d →c →b →a →d 方向流动的.［师］正是这两种情况交替出现,在线圈中产生了交变电流.当线圈转到什么位置时,产生的感应电动势最大?［生］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.［师］线圈转到什么位置时,产生的感应电动势最小?［生］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.［师］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位置.(2)线圈处于中性面位置时,穿过线圈Φ最大,但tΔΔφ=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L 1,bc 边长L 2,磁感应强度为B ,这时ab 边产生的感应电动势多大?［生］e ab =BL 1vsin ωt =BL 1·22L ωsin ωt =21BL 1L 2sin ωt ［师］cd 边中产生的感应电动势跟ab 边中产生的感应电动势大小相同,又是串联在一起,此时整个线框中感应电动势多大?［生］e =e ab +e cd =BL 1L 2ωsin ωt［师］若线圈有N 匝时,相当于N 个完全相同的电源串联,e =NBL 1L 2ωsin ωt,令E m =NBL 1L 2ω,叫做感应电动势的最大值,e 叫做感应电动势的瞬时值.请同学们阅读教材,了解感应电流的最大值和瞬时值.［生］根据闭合电路欧姆定律,感应电流的最大值I m =rR E m +,感应电流的瞬时值i =I m s i n ωt . ［师］电路的某一段上电压的瞬时值与最大值等于什么?［生］根据部分电路欧姆定律,电压的最大值U m =I m R ,电压的瞬时值U =U m sin ωt .［师］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、小结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=NBSωs i nω t,感应电动势的最大值为E m=NBSω.3.中性面的特点：磁通量最大为Φm，但e=0.四、作业（略）五、板书设计六、本节优化训练设计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，则下列说法中正确的是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.每当电动势E变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大2.一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电动势的最大值为311 V ，线圈在磁场中转动的角速度是100π rad/s.（1）写出感应电动势的瞬时值表达式.（2）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路中的总电阻为100 Ω，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式.在t =1201 s 时电流强度的瞬时值为多少？ 3.一个矩形线圈在匀强磁场中转动产生交流电压为u=2202s i n100πt V ，则A.它的频率是50 HzB .当t =0时，线圈平面与中性面重合C.电压的平均值是220 VD.当t =2001 s 时，电压达到最大值 4.交流发电机工作时的电动势的变化规律为e =E m s i n ω t ，如果转子的转速n 提高1倍，其他条件不变，则电动势的变化规律将变化为A.e =E m s in 2ω tB.e =2E m s in 2ω tC.e =2E m s in 4ω tD.e =2E m s in ω t参考答案：1.D2.解析：因为电动势的最大值E m =311 V ，角速度ω=100 π rad/s ，所以电动势的瞬时值表达式是e =311s in 100π t V.根据欧姆定律，电路中电流强度的最大值为I m =100311 R E m A=3.11 A ，所以通过负载的电流强度的瞬时值表达式是i =3.11s in 100π t A. 当t =1201 s 时，电流的瞬时值为 i =3.11s in (100π·1201)=3.11×21A=1.55 A. 3.ABD4.B●备课资料1.抽水蓄能发电电被称为现代文明的血液.一天当中的不同时段,比如生产、生活最忙碌的时候,与夜晚夜深人静之际,对电的使用量往往相差十分悬殊.而电力又不能直接大量贮存.这就要求电网具有灵活的调节能力,在高峰时增加供电,而在低谷时又减少供电.否则电网的电压就会与标准不符,不仅用户无法正常用电,电网的运行安全也会受到威胁.水电、火电、核电是目前电网大规模发电的主要形式,也是电网调节的主要形式.其中水电机组开停机迅速,调节能力最强;而火电机组从开机到满负荷工作或反之运行的时间往往需要近10个小时,跟不上网内的负荷变化,调节能力很差;而核电机组由于技术和安全方面的原因,基本上没有调节能力.华北电网占装机容量97%以上的是火电机组.华北属于缺电地区,用电高峰时全部机组满负荷运行也难以满足用电需求,所以不得不频繁地拉闸限电;而在低谷时电网内又有大量过剩的电能需要削减.那么,是否可以把低谷的剩余电量贮存起来,补充高峰时的供电不足,从而提高华北电网的调节能力呢?循着这样的思路,1992年9月,十三陵抽水蓄能电站破土动工了.从工程结构上说,抽水蓄能电站包括两个具有水平垂直高差的水库,分别叫作上水库和下水库.十三陵抽水蓄能电站的下水库是早已建成的十三陵水库;上水库建在十三陵水库左岸蟒山后面的上寺沟内.上下水库间的落差有480 m.上水库的总库容为400万立方米.上下水库之间的山体内建有地下厂房和附属洞室,装备了既可做水泵也可做水轮机运行的蓄能机组.十三陵抽水蓄能电站的地下厂房面积为4000 m2,它装备的是4台20万kW的水泵水轮电动发电机组.连接上下水库和地下厂房的水道系统主要由进出水口、调压节隧洞以及隧洞内铺设的巨大的高压管道组成.抽水蓄能电站是依照能量转换原理工作的.在午夜之后的用电低谷蓄能机组做水泵运行,用电网内多余的电能把水库的水抽到上水库,把电能转换成势能贮存起来;在用电高峰时,机组又成为发电机,由上水库向下水库放水,像常规水电站一样,把水的势能转换成电能,返送回电网补充供电的不足.这样,在蓄水放水,耗电发电的循环过程中,电站对电网负荷的高峰和低谷起到调节作用.十三陵抽水蓄能电站建成后,每年可吸收16.5亿千瓦时的低谷剩余电量,提供12亿千瓦时的高峰电量.如果按1千瓦时高峰电量可创4~6元产值计算,每年可创社会产值50~70亿元.更重要的是抽水蓄能电站增强了华北电网的调节能力,保证了整个电网的安全经济运行.目前抽水蓄能发电在我国呈现出蓬勃发展的势头.除十三陵抽水蓄能电站外,全国还有好几个抽水蓄能电站,有的正在兴建中,有的已经投入运行.2.崛起的新能源——核电电力是国民经济发展的命脉.目前世界电力主要由火电、水电和核电构成.火电是靠燃烧煤、石油等化石燃料获得的.作为不可再生的自然资源,化石燃料储量有限,而且都是重要的化工和轻纺工业原料.化石燃料的燃烧还会对环境造成很大污染,是造成“酸雨”“温室效应”等环境问题的元凶.水电是可再生资源,而且不会污染环境,但它的限制条件较多,如水资源分布不均,水流量的季节变化会导致发电量的变化.只有核电能够既满足电力需求,又不污染环境.自1954年苏联建成世界上第一座核电站至今,全球已有30多个国家建起了440多台机组,总装机容量达到3亿多千瓦,其中法国、美国、日本、德国、英国等经济发达国家的核电都超过本国总发电量的20%,法国甚至达到70%以上.作为一个人口众多的发展中国家,我国的电力工业一直在稳步发展,装机容量和年发电量分别排世界第四位和第三位.但人均发电量排在世界第80位,仅为世界平均水平的1/3.1996年全国电力缺口在20%左右,远远不能满足快速增长的国民经济发展的需求.我国将近70%的煤炭资源分布在华北和西北,工业发达和人口密集的东南沿海地区的煤炭和水力资源都很匮乏,国家每年都要投入巨资进行“北煤南运”.我国初步规划2000~2020年新增装机容量5亿千瓦.如果全部建成火电站发电用煤需要13亿吨,这无论从煤的新增产量、远距离运输,还是从生态环境等各方面看,都存在巨大困难,可以说发展核电是中国解决能源问题的一条重要途径.有关部门预测,21世纪将是中国核电大发展的时期.1991年中国大陆实现了核电零的突破.现在已有两座核电站3台核电机组共210万千瓦装机容量,其发电量占全国发电总量的1.27%.国家“九五”计划和2010年远景规划目标纲要指出:贯彻因地制宜、水火并举,适当发展核电的方针.计划到2010年投运的核电站总装机容量达到2000万千瓦左右.目前,东南沿海地区都把建造核电站作为解决当地能源问题的重要途径,对发展核电有很高的积极性.秦山核电站和大亚湾核电站的安全稳定运行为中国的核电发展开了个好头，已充分显示了核电安全、清洁、经济的优越性.“九五”期间，我国计划建造的四座核电站八台机组共660万千瓦,现已全面开始建造.可以说，发展核电已成为我国能源政策的一部分，作为20世纪中叶崛起的新能源，它在中国有着光明的发展前景.。
高二物理导学案(选修3-2交变电流)
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()．A．0.5Bl1l2ωsin ωtB．0.5Bl1l2ωcos ωtC．Bl1l2ωsin ωtD．Bl 1l2ωcos ωt5.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→bD．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。
物理人教版高中选修3-2新课标交变电流第四节 变压器教案
第四节变压器●本节教材分析变压器是交变电路中常见的一种电器设备，也是远距离输送交流电不可缺少的装置.在讲解变压器的原理时，要积极引导学生从电磁感应的角度说明：原线圈上加交流电压产生交流电流，铁芯中产生交变磁通量，副线圈中产生交变电动势，副线圈相当于交流电源对外界负载供电.要向学生强调，从能量转换的角度看，变压器是把电能通过磁场能转换成电能的装置，经过转换后一般电压、电流都发生了变化.有的学生认为变压器铁芯是带电的.针对这种错误认识，可让学生根据电磁感应原理，经过独立思考了解到变压器铁芯并不带电，铁芯内部有磁场（铁芯外部磁场很弱）.要让学生明白，互感现象是变压器工作的基础.要让学生在学习电磁感应的基础上理解互感现象.这里的关键是明白原线圈和副线圈有共同的铁芯，穿过它们的磁通量和磁通量变化时刻都是相同的.因而，其中的感应电动势之比只与匝数有关.这样，原副线圈的匝数不同，就可以改变电压了.要使学生明白，理想变压器是忽略了变压器中的能量损耗，它的输出功率与输入功率相等，这样才得出原、副线圈的电压、电流与匝数的关系.在解决有两个副线圈的变压器的问题时，不做统一的要求，不必急于去分析这类问题，对学有余力的学生，可引导他们进行分析讨论.变压器在生产和生活中有十分广泛的应用.课本中介绍了一些，教学中可根据实际情况向学生进行介绍，或看挂图、照片、实物或参观，以开阔学生眼界，增加实际知识.●教学目标一、知识目标1.知道变压器的构造.2.理解互感现象，理解变压器的工作原理.3.理解理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系，能应用它分析解决有关问题.4.理解理想变压器原、副线圈中电流与匝数的关系，能应用它分析解决有关问题.5.知道课本中介绍的几种常见的变压器.二、技能目标1.用电磁感应去理解变压的工作原理，培养学生综合应用所学知识的能力.2.讲解理想变压器使学生了解建立物理模型的意义.（抓主要因素，忽略次要因素，排除无关因素）三、情感态度目标1.使学生体会到能量守恒定律是普遍适用的.2.培养学生实事求是的科学态度.●教学重点变压器工作原理.●教学难点变压器是如何将原线圈的电能传输给副线圈的.●教学方法实验探究、演绎推理.●教学用具可拆变压器、交流电压表、交流电流表、灯泡、自耦变压器、调压器、导线等.●课时安排1 课时●教学过程一、引入新课［师］在实际应用中，常常需要改变交流的电压.大型发电机发出的交流，电压有几万伏，而远距离输电却需要高达几十万伏的电压.各种用电设备所需的电压也各不相同.电灯、电饭煲、洗衣机等家用电器需要220 V的电压，机床上的照明灯需要36 V的安全电压.一般半导体收音机的电源电压不超过10 V，而电视机显像管却需要10000 V以上的高电压.交流便于改变电压，以适应各种不同需要.变压器就是改变交流电压的设备.这节课我们学习变压器的有关知识.二、新课教学1.变压器原理［师］出示可拆变压器，引导学生观察，变压器主要由哪几部分构成？［生］变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成.一个线圈跟电源连接，叫原线圈（初级线圈），另一个线圈跟负载连接，叫副线圈（次级线圈）.两个线圈都是绝缘导线绕制成的.铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成.［师］画出变压器的结构示意图和符号，如下图所示：［演示］将原线圈接照明电源，交流电压表接到不同的副线圈上，观察交流电压表是否有示数？［生］电压表有示数且示数不同.［师］变压器原、副线圈的电路并不相同，副线圈两端的交流电压是如何产生的？请同学们从电磁感应的角度去思考.［生］在原线圈上加交变电压U1，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量.这个交变磁通量既穿过原线圈，也穿过副线圈，在原、副线圈中都要引起感应电动势.如副线圈是闭合的，在副线圈中就产生交变电流，它也在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中同样引起感应电动势.副线圈两端的电压就是这样产生的.［师］物理上把原副线圈中由于有交变电流而发生的互相感应现象，叫做互感现象.互感现象是变压器工作的基础.［生］变压器的铁芯起什么作用？［师］如果无铁芯，并排放置的原副线圈也发生互感现象，但原副线圈所激发的交变磁场的磁感线只有一小部分穿过对方，漏失的磁感线不会在原副线圈中传送电能.如有铁芯，由于磁化，绝大部分磁感线集中在铁芯内部，大大提高了变压器的效率.［生］原副线圈中，感应电动势大小跟什么有关系？［师］与线圈中磁通量变化率及线圈匝数成正比.师生共同活动：1． 实验探究得出理想变压器得变比关系2． 推导理想变压器的变压比公式.设原线圈的匝数为N 1，副线圈的匝数为N 2，穿过铁芯的磁通量为Φ，则原副线圈中产生的感应电动势分别为E 1=N 1Δt1ΦΔ E 2=N 2Δt Δ2Φ 在忽略漏磁的情况下，ΔΦ1=ΔΦ2，由此可得2121N N E E = 在忽略线圈电阻的情况下，原线圈两端的电压U 1与感应电动势E 1相等，则有U 1=E 1；副线圈两端的电压U 2与感应电动势E 2相等，则有U 2=E 2.于是得到2121N N U U = ［师］请同学们阅读教材，回答下列问题：（1）什么叫理想变压器？（2）什么叫升压变压器？（3）什么叫降压变压器？（4）电视机里的变压器和复读机里的变压器各属于哪一类变压器？［生1］忽略原、副线圈的电阻和各种电磁能量损失的变压器，叫做理想变压器. ［生2］当N 2＞N 1时，U 2＞U 1，这样的变压器叫升压变压器.［生3］当N 2＜N 1时，U 2＜U 1，这样的变压器叫降压变压器.［生4］电视机里的变压器将220 V 电压升高到10000 V 以上属升压变压器；复读机的变压器将220 V 电压降到6 V ，属于降压变压器.［师］理想变压器原线圈的输入功率与副线圈的输出功率有什么关系？［生］P 出=P 入［师］若理想变压器只有一个副线圈，则原副线圈中的电流I 1与I 2有什么关系？ ［生］据P 出=U 2I 2，P 入=U 1I 1及P 出=P 入得：U 2I 2=U 1I 1 则：121221N N U U I I == ［师］绕制原副线圈的导线粗细一样吗？［生］粗细不一样.高压线圈匝数多而通过的电流小，用较细的导线；低压线圈匝数少而通过的电流大，用较粗的导线.2.几种常见的变压器［师］变压器的种类很多，请同学们阅读教材，了解几种常见的变压器，并回答下列问题：（1）自耦变压器有何特点？（2）自耦变压器如何作升压变压器？又如何作降压变压器？（3）互感器分为哪几类？（4）电压互感器的作用是什么？（5）电流互感器的作用是什么？［生1］自耦变压器只有一个线圈，滑动头位置变化时，输出电压会连续发生变化. ［生2］若把整个线圈作副线圈，线圈的一部分作原线圈，为升压变压器；若把线圈的一部分作副线圈，整个线圈作原线圈，为降压变压器.［生3］互感器分为两类，即电压互感器和电流互感器.［生4］电压互感器用来把高电压变成低电压.它的原线圈并联在高压电路中，副线圈上接入交流电压表，根据电压表测得的电压U 2和变压比，就可以算出高压电路中的电压.［生5］电流互感器用来把大电流变成小电流.它的原线圈串联在被测电路中，副线圈上接入交流电流表.根据电流表测得的电流I 2和变流比，可以算出被测电路中的电流.三、小结本节课主要学习了以下内容：1.变压器主要由铁芯和线圈组成.2.变压器可改变交变电的电压和电流，利用了原副线圈的互感现象.3.理想变压器：忽略一切电磁损耗，有P 输出=P 输入2121N N U U = 1221N N I I = 4.日常生活和生产中使用各种类型的变压器，但它们遵循同样的原理.四、作业（略）五、板书设计六、本节优化训练设计1.理想变压器原、副线圈匝数比为n1∶n2=10∶1, 如图所示.在原线圈中输入交变电压，其瞬时表达式为U1=2202sin(100πt) V，在副线圈两端接入一灯泡和一只交流电压表，下面说法正确的是A.电压表的示数220 VB.电压表的指针周期性左右偏转C.输出交变电压频率减为5 HzD.灯泡承受电压的最大值是220 V2.（1993年全国）如图所示，一理想变压器的原、副线圈分别由双线ab和cd（匝数都为n1），ef和gh（匝数都为n2）组成，用I1和U1表示输入电流和电压，I2和U2表示输出电流和电压.在下列四种连接中，符合12212121,n n I I n n U U ==的是A.b 与c 连接，以a 、d 为输入端；f 与g 相连，以e 、h 为输出端B .b 与c 相连，以a 、d 为输入端；e 与g 相连，f 与h 相连为输出端C.a 与c 相连，b 与d 相连为输入端；f 与g 相连，以e 、h 为输出端D.a 与c 相连，b 与d 相连为输入端；e 与g 相连，f 、h 相连为输出端3.如图所示的理想变压器供电线路中，若将开关S 闭合，电流表A 1的示数将_______，电流表A 2的示数将_______，电流表A 3的示数将_______，电压表V 1的示数将_______，电压表V 2将_______.（不考虑输电线电压损耗）4.如图，在a 、b 两端与e 、f 两端分别加上220 V 交流电压时，测得c 、d 间与g 、h 间电压均为110 V ，若分别在c 、d 间与g 、h 间加110 V 电压，则a 、b 间与e 、f 间电压分别为A.220 V ，220 VB.220 V ，110 VC.110 V ，110 VD.220 V ，05.在绕制变压器时，将两个线圈绕在如图变压器铁芯的左右两臂上，当通以交流电时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈，另一半通过中间的臂.已知线圈1、2的匝数比N 1∶N 2=2∶1，在不接负载情况下A.当线圈1输入电压220 V 时，线圈2输出110 VB.当线圈1输入电压220 V 时，线圈2输出电压55 VC.当线圈2输入电压110 V 时，线圈1输出电压220 VD.当线圈2输入电压110 V 时，线圈1输出电压110 V参考答案：1.A2.AD3.V 1、V 2均不变，A 1变大，A 2不变，A 3变大4.B5.D●备课资料理想变压器与实际变压器理想变压器是对实际变压器作理想化处理后得到的结果.中学物理教材对变压器的讨论，都是在理想化基础上进行的，即认为变压器线圈电阻为零，磁通量全部集中在铁芯中以及变压器运行时内部损耗忽略不计.由此导出原、副绕组的电压平衡方程：U 1=E 1，U 2=E 2；电压关系：2121N N U U =;电流关系：1221N N I I =和功率传输关系：P 1=P 2. 上述关系基本上反映了变压器的运行规律，但理想变压器与实际变压器存在一定的差距，在某些条件下，这种差距还相当大，以致个别公式并不适用.下面从四个方面作进一步分析.（1）原、副绕组的电压平衡方程实际变压器考虑了线圈电阻以及漏磁通的影响，因此其电压平衡方程为：空载时；负载运行时.式中R 1、X 1和R 2、X 2分别为原副绕组的电阻和漏电抗，0⋅I 为空载电流，20⋅U 为副边开路电压.由于电流1⋅I （I 0）在R 1、X 1上的压降与主磁感应电动势1⋅E 相比数值很小，可以忽略，故有1⋅U =-1⋅E .同理，如将2⋅I 在R 2和X 2上产生的压降忽略，则在空载和负载下，均有2⋅U =2⋅E .仅考虑数值大小，我们就得到了理想变压器的电压平衡方程：1⋅U =1⋅E ，2⋅U =2⋅E .不过从下面的分析可知，U 2=E 2的处理是近似的.（2）原、副绕组的电压关系式对于实际变压器，空载时有U 1E 1,U 20=E 2，因此201U U 21E E =21N N .负载时从图所示的外特性曲线可知，当负载为电阻性及电感性时，U 2随I 2的增大而下降，并且功率因数cos φ2愈小，U 2下降愈厉害；当负载为电容性时，U 2随I 2的增大而升高，U 2≠E 2,故21U U ≠2121N N E E =.不过由于电压变动率一般在5%左右，所以近似认为21U U =21N N ，即理想变压器的电压关系成立.（3）原、副绕组的电流关系由磁势平衡方程，可得到实际变压器原、副绕组的电流关系：21201⋅⋅⋅-=I N N I I .因为变压器运行在额定负载时，0⋅I 只占1⋅I 的百分之几，故可略去，即有2121⋅⋅-=I N N I .如只考虑数值关系，则有1221N N I I =，这就是理想变压器的电流关系式. 这里我们要指出，当变压器运行在轻载或空载状态时，I 1/I 2=N 2/N 1不成立，原因是此时0⋅I 与1⋅I 相比，绝对不可以忽略.（4）功率传输关系及效率效率曲线实际变压器输入、输出功率关系为P1=P Fe+P Cu+P2，式中P Fe为铁损，包括磁滞损耗和涡流损耗；P Cu为铜损，即电流在线圈电阻上消耗的功率.变压器的效率η=P1/P2×100%,效率η与输出功率的关系如图所示.如忽略P Fe和P Cu，则得到理想变压器功率传输关系：P1=P2和η=100%.由于大型变压器运行在额定值附近时，效率可达97%~99.5%，故此时理想变压的关系式均成立.不过请注意，当变压器在轻载和空载条件下运行，其效率是比较低的，也就是此时P1=P2、η=100%均不成立.。
高中物理 第5章 1 交变电流学案 新人教版选修3-2-新人教版高二选修3-2物理学案
1 交变电流[学习目标] 1.知道交变电流、直流的概念． 2.掌握交变电流的产生和变化规律．(重点、难点) 3.知道交变电流的峰值、瞬时值的含义．(重点)一、交变电流及其产生 1．交变电流(1)交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流，简称交流．(2)直流：方向不随时间变化的电流．大小和方向都不随时间变化的电流称为恒定电流． 2．交变电流的产生(1)产生条件：在匀强磁场中，矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动． (2)过程分析(如图所示)：(3)中性面：线圈在磁场中转动的过程中，线圈平面与磁场垂直时所在的平面． 二、交变电流的变化规律1．从两个特殊位置开始计时瞬时值的表达式从中性面位置开始计时 从与中性面垂直的位置开始计时磁通量 Φ＝Φm cos ωt ＝BS cos ωt Φ＝Φm sin ωt ＝BS sin ωt 感应电动势 e ＝E m sin ωt ＝NBSωsin ωte ＝E m cos ωt ＝NBSωcos ωt 电压u ＝U m sin ωt ＝RNBSωR ＋rsin ωtu ＝U m cos ωt ＝RNBSωR ＋rcos ωt电流i＝I m sin ωt ＝NBSωR＋rsin ωti＝I m cos ωt＝NBSωR＋rcos ωt2.峰值：表达式中的E m、U m、I m分别为电动势、电压和电流可能达到的最大值，叫作峰值．3．正弦式交变电流的图象4．几种不同类型的交变电流1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)线圈转一周有两次经过中性面，每转一周电流方向改变一次．(×)(2)当线圈中的磁通量最大时，产生的电流也最大．(×)(3)线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动时产生的交流电是交变电流．(√)(4)交变电流的瞬时值表达式与开始计时的位置无关．(×)2．(多选)下列各图中能产生交变电流的是( )A B C DCD [A图中的转轴与磁场方向平行，B图中的转轴与纸面方向垂直，线圈中的磁通量始终为零，线圈中无感应电流产生，故A、B错误；根据交变电流产生的条件可知，线圈绕垂直于磁感线且通过线圈平面的轴线转动，就可以产生交变电流，对线圈的形状没有特别要求，故C、D正确．]3．交流发电机在工作时电动势为e＝E m sin ωt，若将发电机的转速提高一倍，同时将电枢所围面积减小一半，其他条件不变，则其电动势变为( )A ．e ′＝E m sinωt2B ．e ′＝2E m sinωt2C ．e ′＝E m sin 2ωtD ．e ′＝E m2sin 2ωtC [本题考查交变电压的瞬时值表达式e ＝E m sin ωt ，而E m ＝NBSω，当ω加倍而S 减半时，E m 不变，故正确答案为C.]正弦交变电流的产生1.两个特殊位置的特点中性面 中性面的垂面 位置线圈平面与 磁场垂直线圈平面与 磁场平行 磁通量 最大 零 磁通量变化率 零 最大 感应电动势 零 最大 感应电流 零 最大 电流方向改变不变2.正弦交变电流的产生条件 (1)匀强磁场． (2)线圈匀速转动．(3)线圈的转轴垂直于磁场方向．【例1】 (多选)如图所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO ′以恒定的角速度ω转动，从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，则在0～π2ω这段时间内( )A ．线圈中的感应电流一直在减小B ．线圈中的感应电流先增大后减小C ．穿过线圈的磁通量一直在减小D ．穿过线圈的磁通量的变化率一直在减小AD [计时开始时线圈平面与磁场平行，感应电流最大，在0～π2ω时间内线圈转过四分之一个圆周，感应电流从最大减小为零，磁通量逐渐增大，其变化率一直减小，故A 、D 正确．]产生正弦式交变电流的条件是：线圈绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动，与线圈的形状和转轴的位置无关.1．(多选)矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面内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 ．当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流的方向就改变一次D ．线框经过中性面时，各边切割磁感线的速度为零CD [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，但此时切割磁感线的两边的速度与磁感线平行，即不切割磁感线，所以感应电动势等于零，也即此时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在此时刻改变．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是垂直切割，有效切割速度最大，所以感应电动势最大，即此时穿过线框的磁通量的变化率最大，故C 、D 选项正确．]对交变电流的变化规律的理解1.推导正弦式交变电流瞬时值的表达式若线圈平面从中性面开始转动，如图所示，则经时间t ：(1)线圈转过的角度为ωt .(2) ab 边的线速度跟磁感线方向的夹角θ＝ωt . (3) ab 边转动的线速度大小v ＝ωL ad2.(4) ab 边产生的感应电动势e ab ＝BL ab v sin θ＝BSω2sin ωt .(5)整个线圈产生的感应电动势e ＝2e ab ＝BSωsin ωt ， 若线圈为N 匝，e ＝NBSωsin ωt .(6)若线圈给外电阻R 供电，设线圈本身电阻为r ，由闭合电路欧姆定律得i ＝eR ＋r ＝E mR ＋rsin ωt ，即i ＝I m sin ωt ，R 两端的电压可记为u ＝U m sin ωt .2．峰值(1)由e ＝NBSωsin ωt 可知，电动势的峰值E m ＝NBSω.(2)交变电动势的最大值，由线圈匝数N 、磁感应强度B 、转动角速度ω及线圈面积S 决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关，但转轴必须垂直于磁场，因此如图所示几种情况，若N 、B 、S 、ω相同，则电动势的最大值相同．(3)电流的峰值可表示为I m ＝NBSωR ＋r. 【例2】 如图所示，正方形线圈abcd 的边长是0.5 m ，共150匝，匀强磁场的磁感应强度为B ＝2π T ，当线圈以150 r/min 的转速绕中心轴线OO ′匀速旋转时，求：(1)若从线圈处于中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式；(2)线圈转过110s 时电动势的瞬时值．[解析] 分别把E m 、ω的数值推出，代入一般式e ＝E m sin ωt 就得出了瞬时值表达式．求瞬时值时，只需把t 的时刻代入表达式就可以了．(1)e ＝E m sin ωt ＝NBS ·2πn sin 2πnt ， 代入数据可得e ＝375sin 5πt (V)． (2)当t ＝110s 时，电动势的瞬时值e ＝375sin ⎝⎛⎭⎪⎫5π×110V ＝375 V.[答案] (1)e ＝375sin 5πt (V) (2)375 V上例中，若从线圈处于垂直于中性面的位置开始计时，其他条件不变，结果如何呢？ 提示：(1)e ＝E m cos ωt ＝375cos 5πt (V)． (2)e ＝375cos(5π×110) V ＝0.(1)求解交变电流的瞬时值问题的答题模型(2)若线圈给外电阻R 供电，设线圈本身电阻为r ，由闭合电路欧姆定律得i ＝e R ＋r ＝E mR ＋r sin ωt ＝I m sin ωt ， R 两端的电压可记为u ＝U m sin ωt .2.(多选)如图所示，abcd 为一边长为L 、匝数为N 的正方形闭合线圈，绕对称轴OO ′匀速转动，角速度为ω.空间中只有OO ′左侧存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B .若闭合线圈的总电阻为R ，则( )A ．线圈中电动势的最大值为22NBL 2ω B ．线圈中电动势的最大值为12NBL 2ωC ．在线圈转动一圈的过程中，线圈中有一半时间没有电流D ．当线圈转到图中所处的位置时，穿过线圈的磁通量为12BL 2BD [最大值E m ＝12NBL 2ω，A 错误，B 正确；在线圈转动的过程中，线圈始终有一半在磁场中运动，不会有一半时间没有电流，C 错误；题图中所示位置中，穿过线圈的磁通量为12BL 2，D 正确．]交变电流的图象1.对交变电流图象的认识如图所示，正弦交变电流随时间的变化情况可以从图象上表示出来，图象描述的是交变电流的电动势、电流、电压随时间变化的规律，它们是正弦曲线．2．交变电流图象的应用 从图象中可以解读到以下信息：(1)交变电流的最大值I m 、E m 、U m 、周期T .(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，所以可确定线圈位于中性面的时刻．(3)找出线圈平行于磁感线的时刻． (4)判断线圈中磁通量的变化情况． (5)分析判断e 、i 、u 随时间的变化规律．【例3】 一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，产生的交变电动势的图象如图所示，则( )A ．交流电的频率是4π HzB ．当t ＝0时，线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大C ．当t ＝π s 时，e 有最大值D ．t ＝32π s 时，e ＝－10 V 最小，磁通量变化率最小B [从题图象可知交流电的周期为2π s，频率为12π Hz ，t ＝π s 时，e ＝0最小，A 、C错误；t ＝0时，e 最小，Φ最大，B 正确；t ＝32π s 时，e ＝－10 V ，e 最大，ΔΦΔt 最大，“－”号表示方向，D 错误．]图象的分析方法一看：看“轴”、看“线”、看“斜率”、看“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．3.一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴匀速转动，线圈中的感应电动势e随时间t变化的规律如图所示，则下列说法正确的是( )A．图象是从线圈平面位于中性面开始计时的B．t2时刻穿过线圈的磁通量为零C．t2时刻穿过线圈的磁通量的变化率为零D．感应电动势e的方向变化时，穿过线圈的磁通量的方向也变化B [由题图可知，当t＝0时，感应电动势最大，说明穿过线圈的磁通量的变化率最大，磁通量为零，即是从线圈平面与磁场方向平行时开始计时的，选项A错误；t2时刻感应电动势最大，穿过线圈的磁通量的变化率最大，磁通量为零，选项B正确，C错误；感应电动势e的方向变化时，线圈通过中性面，穿过线圈的磁通量最大，但方向并不变化，选项D错误．] 课堂小结知识脉络1.交变电流是指大小和方向都随时间周期性变化的电流．2．线圈在磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时可产生正弦式交变电流，与转轴的位置无关．3．正弦式交变电流的瞬时值表达式为e＝E m sin ωt，u＝U m sin ωt，i＝I m sin ωt，式中的E m、U m、I m是指交变电流的最大值，也叫峰值.1．(多选)如图所示的图象中属于交变电流的是( )A BC DABC [选项A、B、C中e的方向均发生了变化，故它们属于交变电流，但不是正弦式交变电流；选项D中e的方向未变化，故是直流．]2．(多选)下列方法中能够产生交变电流的是( )ACD [B中的导体棒不切割磁感线，不产生感应电动势，C中的折线与矩形线圈的效果是相同的，D中能产生按余弦规律变化的交变电流．]3．一闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴OO′匀速转动，线圈平面位于如图甲所示的匀强磁场中．通过线圈的磁通量Φ随时间t的变化规律如图乙所示，下列说法正确的是( )A．t1、t3时刻通过线圈的磁通量变化率最大B．t1、t3时刻线圈中感应电流方向改变C．t2、t4时刻线圈中磁通量最大D．t2、t4时刻线圈中感应电动势最小B [从题图乙可以看出，t1、t3时刻通过线圈的磁通量最大，线圈经过中性面位置时线圈中感应电流方向改变，A错误，B正确；t2、t4时刻通过线圈的磁通量为零，线圈处于与中性面垂直的位置，此时感应电动势和感应电流均为最大，故C、D错误．]。
高中物理第五章交变电流微型专题练4交变电流的产生及描述学案新人教版选修3-2(2021年整理)
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微型专题4 交变电流的产生及描述［学习目标］ 1。
理解交变电流的产生过程，能够求解交变电流的瞬时值。
2。
理解交变电流图象的物理意义。
3。
知道交变电流“四值”的区别，会求解交变电流的有效值．一、交变电流图象的应用正弦交流电的图象是一条正弦曲线,从图象中可以得到以下信息:1．周期（T）和角速度(ω）：线圈转动的角速度ω＝错误!.2．峰值(E m、I m）：图象上的最大值．可计算出有效值E＝错误!、I＝错误!。
3．瞬时值：每个“点”表示某一时刻的瞬时值．4．可确定线圈位于中性面的时刻,也可确定线圈平行于磁感线的时刻．5．判断线圈中磁通量Φ及磁通量变化率错误!的变化情况．例1（多选）如图1所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦交流电的图象，当调整线圈转速后，所产生正弦交流电的图象如图线b所示，以下关于这两个正弦交流电的说法正确的是（）图1A．在图中t＝0时刻穿过线圈的磁通量均为零B．线圈先后两次转速之比为3∶2C．交流电a的瞬时值表达式为u＝10sin (5πt） VD．交流电b的最大值为错误! V答案BCD解析由题图可知，t＝0时刻线圈均在中性面，穿过线圈的磁通量最大，A错误；由题图可知T a∶T b＝2∶3，故n a∶n b＝3∶2,B正确；由题图可知,C正确；因ωa∶ωb＝3∶2，交流电最大值U m＝nBSω，故U m a∶U m b＝3∶2，U m b＝错误!U m a＝错误! V，D正确．二、交变电流有效值的求解和应用对于交变电流有效值的计算一般有以下两种情况1．对于按正(余)弦规律变化的电流，可先根据E m＝nBSω求出其最大值，然后根据E＝错误!求出其有效值．有关电功、电功率的计算，各种交流仪表读数都要用有效值．2．当电流按非正(余)弦规律变化时,必须根据有效值的定义求解，在计算有效值时要注意三同：相同电阻、相同时间（一般要取一个周期)、产生相同热量．例2有两个完全相同的电热器,分别通以如图2甲和乙所示的峰值相等的方波交变电流和正弦交变电流．求这两个电热器的电功率之比．图2答案2∶1解析交变电流通过纯电阻用电器R时，其电功率P＝I2R,I是交变电流的有效值．对于题图甲所示的方波交变电流，因大小恒定,故有效值I甲＝I m.对于题图乙所示的正弦交变电流，有效值I乙＝错误!P＝I m 2R，P乙＝错误!2R＝错误!I m 2R甲所以P甲∶P乙＝2∶1。
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交变电流
一.自主探究
(一)描述交流电大小的物理量
1.最大值(峰值) .
2.有效值
(1)定义 .
(2)正弦交流电的有效值和最大值的关系是 .
(3)通常用电器所标的;电压表,电流表所测量的;没有特别说明的都为有效值.
(二)描述交流电变化快慢的物理量
1.周期(T)
2.频率(f)
(写出频率f,线圈旋转的角速度ω和转速n 的关系 .)
二.尝试体验
1. 一台发电机产生的电动势的瞬时值表达式为：e = 311sin314t V ，则此发电机产生的电动势的最大值为_______V ，有效值为_______V ，发电机转子的转速为_______转/秒，产生的交流电的频率为______Hz ．
2.如图所示，a 、b 、c 三种交流电，分别通过同一电阻，在0.8 s 内，电阻产生的热量分别为Q a 、Q b 和Q c ，则Q a ：Q b ：Q c 为多少．
3.
三.领悟整合
4．有一台使用交流电的电冰箱上标有额定电压为“220 V ”的字样，这“220 V ”是指 ( )
A ．交流电电压的瞬时值
B ．交流电电压的最大值
C ．交流电电压的平均值 D
．交流电电压的有效值
5．一交流电流的图象如图所示，由图可知( ) A ．用电流表测该电流其示数为10A B ．该交流电流的频率为100Hz —
C ．该交流电流通过10Ω电阻时，电阻消耗的电功率为1000W
D ．该交流电流即时值表达式为i ＝102sin628t A
6．矩形线圈绕垂直磁力线的轴匀速转动，对于线圈中产生的交流电( )
A ．交流电的周期等于线圈转动周期
B ．交流电的频率等于线圈的转速
C ．线圈每次通过中性面，交流电改变一次方向
D ．线圈每次通过与中性面垂直的位置，交流电达到最大值
7．一交流电压为u ＝1002sin100πt V ，由此表达式可知( )
A ．用电压表测该电压其示数为100 V
B ．该交流电压的周期为0.18 s
C ．将该电压加在100 Ω的电阻两端，电阻消耗的电功率为100 W
D ．t ＝1/400 s 时，该交流电压的即时值为100 V
8．3 A 直流电通过电阻R 时，t s 内产生的热量为Q ．现让一交流电通过电阻R ，若2t s 内产生的热量为Q ，则该交流电流的有效值和最大值分别为 ( )
A ．I 有=2/23A ，I m ＝3 A
B ．I 有＝3 A ，23m =I A
C ．I 有＝3 A ，6m =I A
D ．23=有
I A ，I m ＝6 A 9．如图1所示，竖直直导线ab ，左侧放有一个轻质闭合线圈．现向直导线中通入如图2所示的正弦交流电流，设电流由a 流向b 为正方向，则线圈运动方向相同的时间是 ( )
A ．0—t 1和t 2—t 3两段时间内
B ．t 1—t 2和t 3—t 4两段时间内
C ．0—t 1和t 3—t 4两段时间内
D ．t 1—t 2和t 2—t 3两段时间内 10．边长为l 、匝数为n 、总电阻为R 的正方形闭合线圈，在磁感强度为B 的水平匀强磁场中，绕垂直磁感线的转轴以角速度ω匀速转动．求：转动t s 时间内，外界驱动线圈转动所做的功．
四、开放探究
11．旋转电枢式发电机的转子在正常运转时，产生的电动势瞬时值为e =2202sin314t V ．如果由于某种原因，它的转速变慢，用电压表测得此时发电机两端的电压为176 V ，若此时发电机正在向一盏标有“220 V 、100 W ”的灯泡供电，在不计发电机内电阻的情况下，试求：（1）该灯泡的实际功率为多大？（2）这台发电机的转速比原来正常时转速慢了几分之一？
图2
b a 图1。