高中物理第二章交变电流第1节交变电流教学案教科版选修368
通用版2018_2019版高中物理第二章交变电流2.1交变电流学案教科版选修3_2word格式
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的物理含义.一、交变电流1.恒定电流：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：大小和方向随时间作周期性变化的电流，称为交变电流.3.正弦交变电流：电流随时间按正弦函数规律变化的交变电流称为正弦交变电流.二、正弦交变电流的产生和表述1.正弦交变电流的产生：闭合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，线圈中产生的电流是正弦交流电.2.正弦式交变电流的表述：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＝NBSω.电路中电流：i＝I m sin ωt，外电路两端电压：u＝U m sin ωt.[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10π rad/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最大值为，感应电流的最大值为，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 Ae ＝6.28sin 10πt (V)解析 感应电动势的最大值为E m ＝nBS ω＝10×0.5×0.22×10π V ＝6.28 V 感应电流的最大值为I m ＝EmR＝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、正弦交变电流的产生[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)线圈转到乙或丁位置时线圈中的电流最大.线圈转到甲或丙位置时线圈中电流最小，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、正弦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 1L2ω2sin 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.最大值表达式E m ＝NBS ω，I m ＝Em R ＋r ＝NBS ωR ＋r ，U m ＝I m R ＝NBS ωRR ＋r2.最大值决定因素：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，则感应电动势的最大值均为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)、最大值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题图所示线圈面积相同，则答案完全相同.图6三、正弦交变电流的图像如图7甲、乙所示，从图像中可以解读到以下信息：图7(1)交变电流的最大值E m 、I m 和周期T . (2)两个特殊值对应的位置：①e ＝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.②e ＝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.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答案 B解析由题图乙可知，t1、t3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；t1、t3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；t2、t4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.根据图像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解析题图所示位置，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.(交变电流的图像)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像如图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像如图乙所示答案 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(线圈平面与磁感线平行)开始感应电动势的瞬时值表达式.(3)由图示位置转过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×0.12×2πV＝2 2 V.(2)从题图所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)从题图所示位置开始转过30°角时感应电动势的瞬时值e′＝22cos 30°＝ 6 V，i＝e′R＋r＝65A.。
2017-2018学年人教版选修3-2 交变电流 第1课时 教案
教学课题：第一节交变电流教学目标1．理解直流和交变电流的概念及交变电流的产生原理。
2．掌握线圈转动一周交变电流的变化规律及表示方法(公式法、图象法)。
3．理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准确含义。
4．知道几种常见的交变电流：正弦式交变电流、锯齿形交变电流、矩形脉冲电流。
5．培养学生的观察能力、空间想象能力以及将立体图转化为平面图形的能力。
6．培养学生运用数学知识解决物理问题的能力。
教学重点难点分析交变电流的产生过程，认识交变电流的特点和规律。
运用电磁感应的基本知识，配合相应的演示实验结合理论分析来强化重点、突破难点。
即通过对矩形线圈在匀强磁场中匀速转动一周的实物演示，立体图结合侧视图的分析、特殊位置结合任一位置分析使学生了解交变电流的大小和方向是如何变化的，通过侧视图分析线圈运动方向与磁场方向之间的关系，利用导体切割磁感线方法来处理，使问题容易理解。
教学器材：交流发电机模型、教学用发电机、发光二极管、交流电流表、小灯泡、电压传感器、多媒体课件、学案。
教学过程：导入新课。
1831年法拉第发现了电磁感应现象，为人类进入电气化时代打开了大门，今天我们使用的电灯、微波炉等家用电器的交流电是怎样产生并且送到我们的家庭中来的呢？这就是这章要学习的内容，先看第一节：交流电的产生。
第一节交变电流一、交变电流的概念1、直流电流(DC)方向不随时间变化的电流2、交变电流(AC)大小和方向都随时间做周期性变化的电流交变电流可以变成直流！交变电流是如何产生的呢？二、交变电流的产生交流发电机模型做一做思考1：动画当abcd线圈在磁场中绕轴转o o'动时，哪些边切割磁感线？ab与cd边思考2：当ab边向右、cd边向左运动时，线圈中感应电流的方向如何？沿着a→b→c→d→a方向流动的。
思考3：当ab边向左、cd边向右运动时，线圈中感应电流的方向如何？沿着d→c→b→a→d方向流动的思考4：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？思考5：当线圈转到什么位置时，产生的感应电动势最大？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。
3.1交变电流+教学设计+-2023-2024学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第二册
《交变电流》教学设计【教材分析】本节内容是选自人民教育出版社2019 年出版的普通高中物理教科书选择性必修第二册第三章第1 节的内容，本节内容是前一章电磁感应的运用，也是本章后续学习的基础，具有承上启下的作用，同时本节内容与生产生活紧密相连，既有理论建构的难度，也有实际应用的价值，因此可以有效的培养学生理论模型建构的能力与运用理论知识解决实际问题的能力。
【教学目标】物理观念∶知道什么是直流电与交流电，知道交流电产生的过程科学思维∶通过对交变电流产生过程的分析与创新实验，培养学生理论联系实际的能力和创新思维。
科学探究：通过对交变电流产生过程分析，尝试使用生活中常见物品结合科学方法进行实验来研究物理问题，认识实验在物理中的重要作用。
科学态度与责任∶有将物理知识应用于生活和生产实践的意识，勇于探索日常生活有关的物理问题。
【重难点】教学重点：知道什么是交变电流教学难点：掌握交变电流产生的原因【教学方法】教法：演示实验法、引导法、学法：观察法、合作探究法、小组实验法。
【教学过程】新课教学情境引入师：同学们，我们上课了活动：在正式开始上课后，设计一个停电的教学事故，教室突然处于黑暗之中，学生躁动紧张，大约5-6 秒后，打开教室照明设备。
师：刚刚我们经历了一小段停电的时光，伸手不见五指，你有什么感受？停电给我们的课堂就带来了很多的不便，可见电对我们的生产生活的重要作用，小到教室里的电脑灯火，大到高楼工厂，电无处不在，而我们现在习以为常的电，在100 多年前，可是非常稀缺的资源，吃水不忘挖井人，让我们一起来了解一下电力的发展简史。
师：介绍电力发展简史设计意图：让学生切身感受电对课堂的重要性，没有电教学都无法正常进行，联系现实生活，知道现代生活中电无处不在，深刻体会电对现代生活的重要作用，并介绍电力发展简史，感受科学进步对我们生产生活与发展的积极作用。
师：正是这些科学先辈的不懈努力才为我们今天的美好生活奠定了基础，他们如同灯塔照亮人类进步的道路，为了进一步了解现代电力系统，课前同学们参观了铜陵发电厂，现在请几位学生代表来和我们分享一下他们的所见所闻。
2017-2018学年高中物理 第二章 交变电流 1 交变电流教案 教科版选修3-2
感应电流为零，B、D两时刻线圈位于中性面位置.
当线圈平面与磁感线平行时，磁通量为零，磁通量的变化率最大，感应电动势
最大，感应电流最大，A、C时刻线圈平面与磁感线平行，D正确.
从A时刻到D时刻线圈转过的角度为 3π弧度.故选D. 2
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1.(交变电流的产生及规律) (多选)如图7所示，一矩形闭合线圈在匀强磁
解析答案
例3 关于矩形线圈在匀强磁场中转动时产生的正弦式电流，正确的说法 是( D ) A．线圈每转动一周，感应电流方向改变一次 B．线圈每转动一周，感应电动势方向改变一次 C．线圈每转动一周，感应电流方向改变两次，感应电动势方向改变一次 D．线圈每转动一周，感应电流方向和感应电动势方向都改变两次 解析 感应电动势和感应电流的方向，每经过中性面时改变一次，每个 周期内方向改变两次，故选D.
(3)若从线圈平面平行磁感线时开始计时，
求线圈在t＝ T时刻的感应电动势大小. 6
解析 若从线圈平面平行磁感线时开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为
e＝Emcos ωt，代入数据得e＝314cos (100πt) V
当
t＝T6时，e＝314cos
π 3
V＝157 V.
答案 157 V
总结提升
解析答案
图9
解析答案
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(2)线框从图示位置转过60°时，感应电动势的瞬时值是多大. 解析 线框从图示位置转过60°时，感应电动势e＝ Emsin 60°≈5.44 V. 答案 5.44 V
解析答案
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章 交变电流
1 交变电流
目标 定位
1.理解交变电流、直流的概念，会观察交流电的波形图. 2.理解正弦式交变电流的产生，掌握交流电产生的原理. 3.知道交变电流的变化规律及表示方法.
高中物理第二章交变电流6变压器教案1教科版选修3-
变压器
实验：探究变压器原副线圈两端电压的关系以及与线圈匝数的关系
理论推导理想变压器的变压规律。
原、副线圈中产生的感应电动势分别是： E 1=n 1
/ t E 2=n 2
/
t
U 1=E 1 U 2=E 2 理论和实验表明
变压器原副线圈两端的 电压跟它们的匝数成正比。
数学表达式为：
n 2 >n 1 U 2>U 1 -----升压变压器 n 2 <n 1 U 2 <U 1 -----降压变压器
理想变压器 :没有能量损失的变压器
P 出= P 入
四、理想变压器的变流规律
P 出= P 入
理想变压器原副线圈的电流跟它们的 匝数成反比 I 1/I 2=n 2/n 1 五、变压器的应用 电压互感器和电流互感器 见多媒体 见多媒体
2
1
21n n U U。
3.1交变电流+教学设计+-2023-2024学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第二册
第1课时 3.1《交变电流》1.课时教材分析：课标要求：1、通过实验认识交变电流，知道生产生活中使用的大多是正弦式交变电流，会用图像和公式描述正弦式交变电流。
2、经历建立正弦式交变电流模型、用右手定则和法拉第电磁感应定律推理得出正弦式交变电流方向和大小的规律的过程，体会建立模型与推理分析的思维方法。
3、了解发电机是将机械能转化为电能的装置，各种发电机的区别在于机械能产生的形式不同。
对课程标准的解读为：本条目要求学生了解交变电流的产生原理和交变电流的基本特征，属于了解水平。
学生应该从交流电的产生实验中明确，交流电的产生原理是电磁感应，知道交流电是大小和方向随时间发生周期性变化的电流。
学生能够根据交流电的特征，会用函数表达式来描述交变电流。
本章内容包括交变电流的规律，变压器模型及远距离输电模型，与之前所学内容构成完整的“电磁感应及其应用”体系，有利于培养学生的科学思维。
作为本章的第一节，本节内容既是对之前学习内容的巩固提升，又是为后面交变电流的描述做前期铺垫，是学生把知识从理论层面到应用层面的过渡，有承上启下的作用。
本节课从学生采访的实例反映的社会问题入手，以此创立与本单元知识密切相关的挑战性大任务，并分解为与每一章节相对应的子任务。
在逐层探究过程中提升学生的学科素养。
2.课时学情分析：在之前的教材学习中，学生已经初步了解产生感应电流的条件、感生电动势和动生电动势公式、也会用法拉第电磁感应定律和右手定则来判定电流的方向。
但对于在实际电路中具体分析上述知识的能力尚且不足，也不能把上述知识形成体系、综合处理解决问题，因此需要教师在教学中要加以引导。
3.课时学习重点：1、直流和交流的概念。
2、对特殊位置进行进行定性分析，得到交变电流的规律。
3、通过对一般位置的推导，能定量得到电动势瞬时值的表达式。
4.课时学习难点：对一般位置定量计算电动势的表达式。
5.课时学习目标：核心知识素养:交变电流的特征和规律物理观念:通过对交变电流的认识,深化物质观念；了解发电机工作过程中的能量转化科学思维:经历建立正弦式交变电流模型、用右手定则和法拉第电磁感应定律推理正弦式交变电流方向和大小的规律的过程,体会建立模型与推理分析的思维方法科学探究:分析发电机电动势的过程中经历从特殊到一般的探究过程，并能基于结果分析模拟发电机发电图像不是正弦的原因。
《交变电流》教案
《交变电流》教案《交变电流》教案「篇一」教学目标知识目标（1）知道电流表的符号和用途．（2）知道电流表的正确读数方法．（3）知道电流表的使用规则．能力目标通过观察和实验，形成电学实验的初步技能．情感目标养成科学的态度，体验科学精神．教学建议教材分析教材介绍了一些物理课上常见的电流表，有电流计、教学演示用电流表、学生用电流表．说明电流表能够测量电流．详细介绍了电流表的读数，注意零刻度线、量程有两个、每个量程对应有最小刻度、接线柱有三个且分正负．要求学生能够根据实际情况读出电流表的示数．教材又详细介绍了电流表的使用规则，对于连接方式画出了参考图，并分析了在电路中电流表测是测量哪部分的电流．对于接线柱的连接，教材画出了参考图分析了如何连接才是正确的．选择量程问题，教材讲解了选择量程的具体方法，要注意先选用较大量程，并用试触的方法．对于不能直接连接在电源两极上，教材用图示分析了其做法的错误．教材最后提出了思考的问题，学生应的联系实际，注意想像选择不同接线柱的物理图景，分析出正确的方法．教法建议本节教学要注意观察和实验，有条件的可以边授课边学生实验探究的方式进行．学生联系实际学习，教师要提供不同的电流表让学生观察，接触实际的材料．教师还可以提供大量的电流表的资料，增长学生的见识．电流表读数的教学，要注意讲清三个接线柱对应着两个量程，要通过练习掌握电流表的读数．电流表的使用，要联系实际学习，学生可以动手连接并分析电流表这些用法的原因．分析一些电路图中电流表的使用是否正确，并如何改正．教学设计方案【重难点分析】学生使用电学测量仪器，所以电流表是本节的重点和难点，学生要会读数和使用．【教学过程设计】一．电流表教师可以提供实际资料，如各种电流计、教师演示用电流表、学生电流表，对于学生电流表可以提供多种，例如零刻度线在左边的、左面是负刻度的、一个负两个正接线柱的、一个正和两个负接线柱的电流表．本处学生要接触实际材料，切实联系科学实际．在此基础上，教师介绍电流表的符合和用途．二．电流表的示数方法1、讲清电流表的接线柱、对应的量程、每个量程所对应的最小刻度．并出示制作的表盘和指针让学生根据所连接的接线柱判断所选用的量程，根据指针的位置读出电流表的读数．可以使学生思考没给出接线柱的连接是电流的读数可能是多少，可以让学生思考某个电流值要选用什么量程，为什么．方法2、对于基础较好的班级可以用实验探究的方法，教师提供电流表，学生自行设计方法，电流表的一些问题如：电流表的三个接线柱的用途和用法；电流表的两个量程、最小刻度；电流的读数．教师可以指导学生的探究过程，注意学生在学习过程中遇到的问题，帮助学生形成正确的学习方法．三．电流表的使用方法1、教师要注意结合电路图来帮助学生学习电流表的四个使用规则，要注意引导学生想像物理过程，分析这些使用电流表方法的原因．对于电流表的连接方式，可以由电流是测电路的某点处的电流入手，把电流表接到电路的某点处应当是串联．结合电路图分析各种电流表的测量，并会判断一些电路图中电流表的作用．对于电流表接线柱的连接，讲清电流由电流表的正接线柱流进和从负接线柱流出的过程，要结合电路图分析，发现电路图中的问题．可以由学生实际连接，从电源的正极开始连线，连接电流表时连接正接线柱，又从负接线柱连线，经过电路连回电源的负极．学生感受电流表是如何在电路中连接的．对于电流表的量程，在第二个问题"电流表的读数"中已经介绍过了，这里学生比较好理解选择量程的意义，只是介绍清楚具体的实现方法，选择较大量程用导线试触的方法就可以了，可以让学生亲自实践，体会这种方法的意义，从而深入理解电流表量程的选择问题．对于电流表不能连在短路的电路中，由于没有电阻的知识，所以本处宜形成学生的观念，在电阻学习中再深入讲解，教师可以结合电路图提高学生的观察能力，分析电路中哪些有短路的现象并如何改正．方法2、对于基础较好的班级，可以用学生实验探究的方法，教师提供实验仪器，并提供一些可能用到的电路图，学生自行设计实验方案，完成教师提供的课题，教师可以参考的课题有：电流表的应当如何连到电路中；分析电路中电流表的作用；怎样才能安全使用电流表．教师要注重学生的学习过程，及时纠正学生在分析问题、设计方案、实施方案、得出结论的过程中错误，并建立学生正确的学习方法．【板书设计】一．电流表1．电流表的符号：2．电流表的作用：测量电路中的电流．二．电流表的示数1．量程：0－0.6A；0－3A2．对应的最小刻度：0.02A；0.1A三．电流表的使用1．电流表要串联在电路中2．正负接线柱的`接法要正确：电流从正接线柱流入，从负接线柱流出．3．被测电流不要超过电流表的量程：先选用较大量程，用导线试触．4．绝对不允许不经过用电器而把电流表直接连到电源的两极上．探究活动【课题】电流表的种类、原理、构造。
高中物理第2章交变电流1交变电流同步备课教科版选修3_2
总结提升
搞清两个特殊位置的特点：
ΔΦ (1)线圈平面与磁场垂直时：e为0，i为0，Φ为最大， Δt 为0. (2)线圈平面与磁场平行时：e为最大，i为最大，Φ为0，ΔΦ 为最大. Δt
二、交变电流的变化规律
例2 一矩形线圈，面积是0.05 m2，共100匝，线圈电阻r＝2 Ω，外接电 1 阻R＝8 Ω，线圈在磁感应强度B＝ π 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4所示，若从中性面开始计时，求：
会儿再接通另外一个，电流方向不停地改变．
知识梳理 对交变电流的认识 (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 交流电 ． (2)直流： 方向 不随时间变化的电流称为直流． 注意：对直流电流和交变电流的区分主要是看 电流方向是否变化 交变电流，简称 正弦交流电 ． ． (3)正弦交变电流：电流随时间按 正弦函数 规律变化的交变电流叫正弦
即学即用
判断下列说法的正误． (1)交变电流的大小一定随时间变化．( × ) (2)大小和方向都不随时间变化的电流才是直流电．( × ) (3)交变电流的大小可以不变，但方向一定随时间周期性变化．( √ ) (4)交变电流不稳定，很容易“烧坏”家电．( × )
二、正弦交变电流的产生 导学探究 1.如图2 所示，线圈平面从虚线位置开始转动，角
(4)线圈在通过中性面时电流的方向发生改变.( √ )
2
题型探究
一、交变电流的产生
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
解析
时产生了交变电流，下列说法正确的是 答案 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
2020学年高中物理第二章交变电流第1节交变电流学案教科版选修3_2
第1节交变电流1.知道什么是交变电流．2.理解交变电流的产生及变化规律．(重点)3.了解正弦式交变电流的图像和三角函数表达式．4．理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准确含义．(重点＋难点)一、交变电流实验探究1：将手摇发电机模型与小灯泡连接成闭合电路，匀速转动手柄，可看到小灯泡忽明忽暗．(见教材P32图2－1－1)实验探究2：将上述电路中的小灯泡换成零刻度居中的电流表，启用教材P32图2－1－2所示的电机原理说明器，缓慢、匀速转动手柄，可看到电流表的指针左右摆动．实验探究3：用示波器观察电压的图形．1．把直流和交变电流先后输入示波器，根据示波器屏幕上观察到的图像可以看出，直流电压的大小和方向不随时间发生变化，而交变电流的电压的大小和方向都随时间发生变化．2．在物理学中，把大小和方向都随时间做周期性变化的电流，叫做交变电流，简称交流电，常用字母“AC”或符号“～”表示．大小和方向都不随时间变化的电流叫恒定电流，用字母“DC”或符号“－”表示．1．用一块蹄形磁铁慢慢地接近发光的白炽灯泡，可以看到灯丝在不停的颤抖，而移去磁铁后就不再有这种现象．想想看，是什么原因使灯丝颤抖起来的呢？提示：家庭电路中，由于流过灯丝中的电流大小方向随时间作周期性变化，所以处在磁场中的灯丝受到的安培力的大小、方向随时间作周期性变化，因而灯丝就会不停地颤抖．二、正弦交变电流的产生和表述1．产生：闭合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，线圈中就会产生正弦交流电．2．描述如下表函数图像瞬时电动势：e＝E m sin__ωt瞬时电压：u＝U m sin__ωt瞬时电流：i＝I m sin__ωtE m U m I m e u i的瞬时值，此正弦交流电峰值(最大值)的表达式为E m＝NBSω，从表格中的图像来看是从线圈处于中性面开始计时的．2．某电路中电流随时间的变化图像如图所示，结合交变电流的概念想一下，这是交变电流吗？为什么？提示：不是，因为此电流的方向不随时间变化，它是直流电．磁场中的两个特殊位置图示概念中性面位置与中性面垂直的位置特点B⊥S B∥SΦ＝BS，最大Φ＝0，最小e＝nΔΦΔt＝0，最小e＝nΔΦΔt＝nBSω，最大感应电流为零，方向改变感应电流最大，方向不变一个周期两次经过中性面，电流一个周期电动势两次最方向改变两次大，两次最大值方向相反式．例如线圈不动，磁场按正弦规律变化也可以产生正弦式电流．命题视角1 能否产生交变电流的判断(多选)如图中哪些情况线圈中产生了交变电流( )[思路点拨] 一看是否产生感应电流；二看电流方向是否改变．[解析] 由交变电流的产生条件可知，轴必须垂直于磁感线，但对线圈的形状及转轴的位置没有特别要求．故选项B、C、D正确．[答案] BCD命题视角2 对中性面特点的理解一闭合矩形线圈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[解题探究] (1)线圈转动过程中，哪两个边切割磁感线？(2)图中位置时Φ为多少？转过90°时，Φ又为多少？[解析] 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均错误．[答案] B线圈在匀强磁场中转动问题的分析方法(1)分析线圈在不同时刻的位置及穿过它的磁通量、磁通量的变化率情况，利用右手定则或楞次定律确定感应电流的方向． (2)搞清两个特殊位置的特点①线圈平面与中性面重合时，S ⊥B ，Φ最大，ΔΦΔt ＝0，e ＝0，i ＝0，电流方向将发生改变．②线圈平面与中性面垂直时，S ∥B ，Φ＝0，ΔΦΔt最大，e 最大，i 最大，电流方向不改变．1.(多选)交流发电机的线圈转到线圈平面与中性面垂直时，下列说法正确的是( ) A ．电流将改变方向 B ．磁场方向和线圈平面平行 C ．穿过线圈的磁通量最大 D ．线圈中产生的感应电动势最大解析：选BD.当线圈平面与中性面垂直时，此时线圈平面与磁场平行，穿过线圈的磁通量为0，但此时线圈两边均垂直切割磁感线，故线圈中产生的感应电动势最大；线圈转至此位置前，穿过线圈的磁通量若看成正向减少，转过此位置后则为反向增加，由楞次定律知感应电流的方向不变．综上所述可知选项B 、D 正确．交变电流的变化规律1．正弦交变电流的瞬时值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电动势 e ＝E m sin ωt e ＝E m cos ωt 电流 i ＝I m sin ωt i ＝I m cos ωt 电压u ＝U m sin ωtu ＝U m cos ωt2.E m ＝NBSω＝NΦm ω I m ＝E m R ＋r ＝NBSωR ＋rU m ＝I m ·R ＝NBSωRR ＋r.其中N 表示线圈匝数，ω表示线圈转动的角速度，r 表示线圈电阻，R 表示外电路的总电阻． 命题视角1 正弦交变电流的瞬时值和最大值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，如图所示，匀强磁场的磁感应强度为0.5 T ，问：(1)该线圈产生的交变电流电动势的最大值、电流的最大值分别是多少？ (2)写出感应电动势随时间变化的表达式．(3)线圈从图示位置转过60°时，感应电动势的瞬时值是多大？[思路点拨] 先根据E m ＝NBSω计算电动势的最大值，再根据计时起点确定瞬时值表达式是e ＝E m sin ωt 还是e ＝E m cos ωt . [解析] (1)交变电流电动势的最大值为E m ＝2nBLv ＝nBSω＝10×0.5×0.22×10π V ＝6.28 V 电流的最大值为I m ＝E m R＝6.28 A. (2)感应电动势的瞬时值表达式为e ＝E m cos ωt ＝6.28cos 10πt V.(3)线圈转过60°，感应电动势e ＝E m cos 60°＝3.14 V.[答案] (1)6.28 V 6.28 A (2)e ＝6.28cos 10πt V (3)3.14 V确定正弦式交变电流瞬时值表达式的方法(1)明确线圈在什么位置时开始计时，以确定瞬时值表达式正弦函数的初相位(零时刻的角度)．(2)确定线圈的匝数、线圈的面积、角速度等物理量． (3)由E m ＝nBSω求出感应电动势的最大值．(4)根据e ＝E m sin ωt 写出正弦式交变电流的表达式． 命题视角2 平均感应电动势的求法如图所示，匀强磁场B ＝0.1 T ，所用矩形线圈的匝数n ＝100，边长ab ＝0.2 m ，bc ＝0.5 m ，以角速度ω＝100π rad/s 绕OO ′轴匀速转动．当线圈平面通过中性面时开始计时，试求：(1)线圈中感应电动势大小的瞬时值表达式． (2)由t ＝0至t＝T4过程中的电动势平均值．[思路点拨] 求电动势平均值时，必须由法拉第电磁感应定律求解． [解析] (1)感应电动势的瞬时值e ＝nBSωsin ωt ， 由题可知，S ＝ab ·bc ＝0.2×0.5 m 2＝0.1 m 2E m ＝nBSω＝100×0.1×0.1×100π V ＝314 V所以e ＝314sin 100πt V.(2)用E ＝n ΔΦΔt 计算t ＝0至t ＝T4过程中的平均电动势E ＝n |Φπ2－Φ0|T 4－0＝n |BS －0|T 4＝4nBS2πω即E ＝2πnBS ω.代入数值得E ＝200 V.[答案] (1)e ＝314sin 100πt V (2)200 V平均电动势既不是最大感应电动势的一半，也不等于历时一半时间的瞬时电动势，必须由法拉第电磁感应定律求解．2.交流发电机在工作时电动势e ＝E m sin ωt ，若将发电机的转速提高一倍，同时将线圈面积减小一半，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 2ωt解析：选C.由E m ＝NBSω和ω＝2πf 可得，当发电机的转速提高一倍时，角速度加倍，即ω′＝2ω，而线圈的面积减小了一半，所以交变电动势的最大值E m 不变，选项C 正确．正弦式交变电流的图像从正弦式交变电流的图像中可以解读到以下信息来求解问题 1．交变电流的最大值I m 、E 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．一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像如图甲所示，则下列说法中正确的是( )A ．t ＝0时刻线圈平面与中性面垂直B ．t ＝0.01 s 时刻Φ的变化率达到最大C ．t ＝0.02 s 时刻感应电动势达到最大D ．该线圈相应的感应电动势图像如题图乙所示[解析] t ＝0时Φ最大，线圈应在中性面位置，A 错误；t ＝0.01 s 时，Φ－t 图像的斜率最大，故ΔΦΔt 最大，B 正确；t ＝0.02 s 时，Φ最大，故e ＝0，C 错误；因Φ－t 图像为余弦图像，故e －t 图像应为正弦图像，D 错误． [答案] B3.如图甲所示，矩形线圈abcd 在匀强磁场中逆时针匀速转动时，线圈中产生的交变电流如图乙所示，设沿abcda 方向为电流正方向，则下列说法正确的是( )A ．乙图中ab 时间段对应甲图中A 至B 图的过程 B ．乙图中bc 时间段对应甲图中C 至D 图的过程 C ．乙图中d 时刻对应甲图中的D 图D ．若乙图中d 处是0.02 s ，则1 s 内电流的方向改变50次解析：选B.A 图中，穿过线圈的磁通量最大，但变化率为零，此时线圈产生的电动势为零，故A 错；C 图中，穿过线圈的磁通量最大，变化率为零，此时产生的电动势也为零，线圈沿轴逆时针转动，由C 转到D 的过程中，穿过线圈的磁通量减小，感应电流形成的磁场与原磁场相同，故感应电流的方向为adcba ，与规定方向相反，电流为负，B 对；乙图中的d 时刻电流为零，线圈应处于中性面位置，知C 错；若乙图中d 处是0.02 s ，即周期为0.02 s ，一个周期内电流方向改变两次，故1 s 改变100次，D 错．1．如图所示，属于交流电的是( )解析：选C.方向随时间作周期性变化是交变电流最重要的特征．A、B、D三项所示的电流大小随时间作周期性变化，但其方向不变，它们所表示的是直流电．C选项中电流的方向随时间作周期性变化，故选C.2．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，磁通量变化率为零解析：选C.线圈在磁场中匀速转动时，在电路中产生呈周期性变化的交变电流，线圈经过中性面时电流改变方向，线圈每转动一周，有两次通过中性面，电流方向改变两次，指针左右摆动一次，故A错；线圈处于图示位置时，ab边向右运动，由右手定则，ab边的感应电流方向为a→b，故C对；线圈平面与磁场方向平行时，ab、cd边垂直切割磁感线，线圈产生的电动势最大，也可以这样认为，线圈平面与磁场方向平行时，磁通量为零，但磁通量的变化率最大，B、D错误．3．如图所示，面积均为S的线圈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( )解析：选 A.线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴(轴在线圈所在平面内)匀速转动，产生的正弦交变电动势为e ＝BSωsin ωt ，由这一原则判断，A 图符合要求；B 图中的转轴不在线圈所在平面内；C 图产生的是余弦交流电，D 图转轴与磁场方向平行，而不是垂直．故A 正确．4．图中矩形线圈abcd 在匀强磁场中以ad 边为轴匀速转动，产生的电动势瞬时值为e ＝5sin 20t V ，则以下判断正确的是( )A ．此交流电的频率为10 HzB ．当线圈平面与中性面重合时，线圈中的感应电动势为0C ．当线圈平面与中性面垂直时，线圈中的感应电流为0D ．线圈转动一周，感应电流的方向改变一次解析：选B.根据e ＝5sin 20t (V)，得：ω＝20 rad/s ，所以f ＝ω2π＝10πHz ，A 错误；当线圈平面与中性面重合时，线圈边的切割速度最小，即线圈中的感应电动势为零，B 正确；当线圈平面与中性面垂直时，线圈边的切割速度最大，线圈中的感应电流最大，C 错误；线圈每经过一次中性面，电流方向改变一次，转动一周，线圈两次经过中性面，因此电流的方向改变两次，D 错误．5．一矩形线圈在匀强磁场中以一边为轴匀速转动，磁场方向与转轴垂直，线圈中感应电动势e 与时间t 的关系如图所示，在T12时刻，线圈平面与磁感线的夹角等于________．解析：由图并结合题意可知该交变电流为正弦电流，其电动势的表达式为e ＝E m cos 2πTt在t ＝T 12时，e ＝32E m根据电动势的表达式e ＝E m cos θ得cos θ＝32故可以确定此时线圈平面与磁感线的夹角为30°或150°. 答案：30°或150°6．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴转动，线圈共100匝，转速为10πrad/s.在转动过程中，穿过线圈磁通量的最大值为0.06 Wb ，则线圈平面转到与磁感线平行时，感应电动势为多少？当线圈平面与中性面夹角为π4时，感应电动势为多少？解析：磁通量最大值Φm ＝BS ＝0.06 Wb ，线圈平面转到与磁感线平行时，感应电动势最大．E m ＝nBSω＝100×0.06×10π V ＝60πV ＝19.1 V.感应电动势瞬时值表达式：e ＝E m sin ωt 当ωt ＝π4时，e ＝60πsin π4 V ＝302π V ＝13.5 V.答案：19.1 V 13.5 V一、单项选择题1．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π2ω～3π2ω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先减小后增大解析：选B.根据ω＝2πT ，π2ω＝T 4，3π2ω＝34T ，由于从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，故T 4～34T 时间内线圈中的感应电流先增大后减小，穿过线圈的磁通量先减小后增大，而磁通量的变化率先增大后减小，故B 正确．2．把一段确定的导线做成线圈，在确定的磁场中绕垂直于磁场的轴线以固定的转速转动，产生的交流电动势最大的情况是( ) A ．做成方形线圈，线圈平面垂直于转轴 B ．做成方形线圈，转轴通过线圈平面 C ．做成圆形线圈，转轴通过线圈平面 D ．做成圆形线圈，线圈平面垂直于转轴解析：选C.若周长相等，则圆的面积最大，据E m ＝nBSω知，应做成圆形线圈，若线圈平面垂直于转轴，则线圈平面与磁场平行，故磁通量始终为零，故转轴应通过线圈平面．3．矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，从中性面开始转动180°过程中，平均感应电动势和最大感应电动势之比为( ) A.π2 B ．2π C ．2πD ．π解析：选B.线圈转动180°过程中的平均感应电动势：E ＝ΔΦΔt ＝2BS π/ω＝2BSωπ；最大值：E m ＝BSω，平均值和最大值之比：E /E m ＝2/π，故B 选项正确．4.如图所示，一矩形线圈abcd 放置在匀强磁场中，并绕过ab 、cd 中点的轴OO ′以角速度ω逆时针匀速转动．若以线圈平面与磁场夹角θ＝0°时(如图)为计时起点，并规定当电流自a 流向b 时电流方向为正．则下列四幅图中正确的是( )解析：选D.从题图可看出线圈从垂直于中性面开始旋转，由楞次定律可判断，初始时刻电流方向为b 到a ，故瞬时电流的表达式为i ＝－i m cos ωt ，故D 正确．5．如图所示，图线a 是线圈在匀强磁场中匀速转动时产生的正弦交流电的图像，当调整线圈转速后，所产生的正弦交流电的图像如图线b 所示．以下关于这两个正弦交流电的说法中正确的是( )A ．线圈先后两次转速之比为1∶2B ．交流电a 的电压瞬时值u ＝10sin 0.4πt VC ．交流电b 的电压峰值为203VD ．在图中t ＝0时刻穿过线圈的磁通量为零解析：选C.周期之比为2∶3，频率之比为3∶2，转速之比也为3∶2，选项A 错误．交流电a 的角速度为ω＝2πT ＝2π0.4≠0.4π，选项B 错误．电压的最大值为U m ＝NBSω，可见最大值之比也是3∶2，则交流电b 的电压峰值为203 V ，选项C 正确．在图中t ＝0时刻电压为零，表明线圈正好通过中性面位置，穿过线圈的磁通量最大，选项D 错误．6．如图甲、乙所示，一根长直的通电导线中的电流按正弦规律变化，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( )A ．t 1时刻B ．t 2时刻C ．t 3时刻D ．t 4时刻解析：选D.线框中的磁场是直导线中的电流i 产生的， 在t 1、t 3时刻，电流i 最大，但电流的变化率为零，穿过线框的磁通量变化率为零，线框中没有感应电动势，a 、b 两点间的电势差为零．在t 2、t 4时刻，电流i ＝0，但电流变化率最大，穿过线框的磁通量变化率最大，a 、b 两点间的电势差最大，再根据楞次定律可得出a 点相对b 点电势最高时刻在t 4，D 正确． 二、多项选择题7．一个匝数N ＝100匝的线圈所包围的面积S ＝0.02 m 2，在匀强磁场B ＝0.5 T 中绕垂直于磁感线的轴以角速度ω＝100π rad/s 匀速转动时，在线圈中产生交流电，若线圈通过中性面时开始计时，那么在下列四图中，能够反映线圈中感应电动势随时间变化的图像可能是( )解析：选BD.由于从中性面开始计时，故t ＝0时感应电动势为零，由此可确定A 、C 错误，B 、D 正确．8．如图所示，甲、乙两个并排放置的共轴线圈，甲中通有如图丙所示的电流，则( )A．在t1到t2时间内，甲、乙相吸B．在t2到t3时间内，甲、乙相斥C．t1时刻两线圈间作用力为零D．t2时刻两线圈间吸引力最大解析：选ABC.甲回路电流减弱时，据楞次定律知，乙回路将产生与甲同向环绕的感应电流．甲、乙之间通过磁场发生相互作用，甲、乙相吸．同理，当甲中电流增强时，甲、乙互相排斥．故选项A、B都正确．在t1时刻，甲中电流产生的磁场变化率为零，则乙线圈感生电流瞬时值为零，而t2时刻，虽然乙中感生电流最强，但此时甲中电流瞬时值为零，所以t1、t2时刻，甲、乙电流间相互作用力都为零．9．矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生交流电，如图所示，下列说法中正确的是( )A．当穿过线圈的磁通量最大时，产生的电动势最大B．当穿过线圈的磁通量为零时，产生的电动势最大C．在图示位置时，A边产生的感应电流方向垂直纸面向里D．在图示位置时，A边产生的感应电流方向垂直纸面向外解析：选BC.当线圈平面平行于磁感线时，产生的电动势最大，此时穿过线圈的磁通量为零，选项A错误，B正确；判定感应电流的方向用右手定则，由定则可判定A边感应电流方向垂直纸面向里，选项C正确，D错误．10.如图所示，单匝矩形线圈abcd的边长分别是ab＝L，ad＝D，线圈与磁感应强度为B的匀强磁场平行，线圈以ab边为轴做角速度为ω的匀速转动，下列说法中正确的是(从图示位置开始计时)( )A．t＝0时线圈的感应电动势为0B ．转过90°时线圈的感应电动势为0C ．转过90°的过程中线圈中的平均感应电动势为12ωBLDD ．转过90°的过程中线圈中的平均感应电动势为2ωBLDπ解析：选BD.由题意t ＝0时，B ∥S ，此时感应电动势最大，当线圈转过90°时，线圈位于中性面位置时，感应电动势为0，故选项A 错误，选项B 正确；线圈转过90°过程中ΔΦ＝BS ＝BLD ，所用时间Δt ＝θω＝π2ω.由法拉第电磁感应定律知：E ＝ΔΦΔt ＝2ωBLDπ，故选项C错误，选项D 正确． 三、非选择题11．如图所示，一边长为l 的正方形线圈MNPQ 绕对称轴OO ′在匀强磁场中转动，转速为n ＝120 r/min ，若已知边长l ＝20 cm ，匝数N ＝20，磁感应强度B ＝0.2 T ，求：(1)转动中的最大电动势及位置；(2)从中性面开始计时电动势的瞬时值表达式； (3)从图示位置转过90°过程中的平均电动势．解析：(1)当线圈平面转到与磁感线平行时，MN 、PQ 两边均垂直切割磁感线，这时线圈中产生的感应电动势最大，即E m ＝NBSω＝20×0.2×0.22×2π×2 V ≈2 V. (2)电动势的瞬时值表达式为e ＝E m sin ωt ＝2sin 4πt V. (3)E ＝N ΔΦΔt ＝20×0.2×0.2214×2π2π×2 V ＝1.28 V.答案：(1)2 V 线圈平面与磁感线平行 (2)e ＝2sin 4πt V (3)1.28 V12．如图所示为实验室演示用手摇发电机模型，匀强磁场的磁感应强度为B ＝0.5 T ，线圈匝数N ＝50，每匝线圈面积S ＝0.048 m 2，转速n ＝75.0 r/min ，在匀速转动中从图示位置线圈转过90°开始计时．(1)写出交变电流电动势瞬时值表达式． (2)画出e －t 图线． 解析：(1)线圈转动的角速度ω＝2πn 60＝2π×7560 rad/s ＝5π2rad/s ， 线圈中电动势的峰值为E m ＝NBSω＝50×0.5×0.048×5π2V ＝3π V 瞬时值表达式为e ＝E m sin ωt ＝3πsin5π2t (V)． (2)从中性面开始计时，则e －t 图线为：答案：(1)e ＝3πsin 52πt (V) (2)见解析。
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。
教科版高二物理选修3《交变电流》教案及教学反思
教科版高二物理选修3《交变电流》教案及教学反思一、教学目标1.掌握交变电流的概念、特点以及其与直流电流的异同点。
2.熟悉交变电路中各种电学量的表征方式，并能利用欧姆定律、基尔霍夫定律、磁通连续性定律解决相关问题。
3.理解变压器的基本原理，明确变压器的应用场合、类型及制作方法。
4.能够利用变压器提高/降低交变电压并对电能进行传输。
二、教学重点1.交变电路中电感、电容元件的特性及作用。
2.变压器的基本原理及其应用。
三、教学难点1.理解磁通连续性定律，并用于解决交变电路问题。
2.对于变压器的应用，明确步骤和方法，并能利用变压器进行电能转化。
四、教学内容及安排1.交变电流的概念及特点（2课时）a.交流电流的定义及表征方式；b.交流电压的频率、周期、有效值等概念；c.交流电与直流电的异同点。
2.交变电路的基本特征（5课时）a.交变电路中电阻、电感、电容元件的特性及作用；b.交变电路中欧姆定律、基尔霍夫定律、磁通连续性定律的应用；c.交变电路中阻抗、幅角的概念及其相位关系。
3.变压器的基本原理及应用（3课时）a.变压器的组成、类型及制作方法；b.变压器的应用场景及电能转移的原理；c.变压器的性质及运用（以实例为主）。
五、教学方法1.探究式教学法：引导学生探究交变电路中电感、电容元件的特性及作用，加深学生对电感、电容的认识。
2.启发式教学法：通过引导学生分析、解决问题，启发学生对交变电路中欧姆定律、基尔霍夫定律、磁通连续性定律的理解及运用。
3.案例教学法：引导学生了解变压器的组成以及应用实例，加深对变压器的认识。
六、教学反思本节课教学难点主要集中在磁通连续性定律和变压器的应用上。
这两部分内容对于学生来说，都比较抽象，需要进行详细的讲解和引导。
在教学上，结合课本内容，我编写了多种不同类型的练习题，为学生提供了更多的练习机会，并能够加深学生对于实际应用的认识。
在教学中，我也引导学生进行了一些探究性的实验，如使用示波器显示交流电源和信号的波形，并能够计算出其频率、周期等相关参数，使学生更好地理解交变电流的特点及相关概念。
高中物理第二章交变电流第1节认识交变电流教案粤教版选修3_2
——教学资料参考参考范本——高中物理第二章交变电流第1节认识交变电流教案粤教版选修3_2______年______月______日____________________部门本节教材分析三维目标(一) 知识与技能1.了解交变电流的波形图。
2.了解交流发电机的基本结构和发电原理。
3.了解交变电流的产生原理。
(二) 过程与方法1.通过对交变电流波形图及模型发电机的观察与思考，了解直观表达物理量的方法。
2.通过对交变电流原理的分析，了解模型在物理研究中的作用，理解分段研究的方法。
(三)情感态度和价值观通过对交变电流的认识，培养学生对科学的好奇心与求知欲，激发学生学习物理的兴趣和参与科技活动的热情。
教学重点交变电流产生的物理过程分析及中性面的特点。
教学难点交变电流产生的物理过程的分析。
教学建议建议教师上课时利用演示实验、多媒体课件播放、立体图结合侧视图分析、特殊位置结合任一位置分析等方法，使学生了解交变电流产生过程及其中性面特点。
新课导入设计导入一请同学们欣赏屏幕上的美丽图片。
从法拉第发现电磁感应现象后，人们对电的研究和应用进入了一个新的里程。
在法拉第发现电磁感应现象之前，人们使用伏打电池供电，这种电池提供的是强弱和方向都不变的电流，叫做恒定电流，简称直流。
我们日常生产和生活中使用的大多是强弱和方向都随时间周期性变化的电流，叫做交变电流，简称交流。
交变电流是怎样产生的？交变电流有什么特点呢？这就是这一章要学习的主要内容，我们一起先来“认识交变电流”．导入二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。
交变电流是怎样产生的？交变电流有什么特点呢？这就是这一章要学习的主要内容，我们一起先来“认识交变电流”．。
高中物理教科版选修3-2第二单元第1课《交变电流》优质课公开课教案教师资格证面试试讲教案
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高中物理教科版选修3-2第二单元第1课《交变电流》优质课公开课教案教师资格证面试试讲教案
1教学目标
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以及中性面的准确含义
4.培养学生运用数学知识解决、处理物理问题的能力
2学情分析
本节知识是已学过的电磁感应知识的延伸,与生产、生活密切相关,学生已初步掌握电磁感应产生的规律,所以在教学活动中应呼应已学过的知识,加强新、旧知识的联系,开阔学生的思路,提高应用能力。
3重点难点
交变电流产生的物理过程分析和中性面的特点
4教学过程
4.1.1教学活动
活动1【导入】（一）引入新课
教师:请同学们用电磁感应的知识,设计一个发电机的实验模型。
引导学生发挥创造性思维,展开讨论,提出设计方案。
教师通过参与学生的讨论,提出两个典型的例子,并与学生一起讨论哪个更有实用价值。
培养学生的创造性思维。
结论:让矩形线圈在匀强磁场中匀速转动。
[演示实验]
1.简单介绍交流发电机的构造
2.第一次发电机接入小灯泡,当转动线圈时,小灯泡亮了,但一闪一闪。
第二次接入演示用电流计,慢慢转动线圈,可以看到线圈每转一周,电表指针左右摆动一次。
问:刚才的实验表明线圈里产生的感应电流有何特征?
答:感应电流的强度和方向都随时间作周期性变化。
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学 习 资 料 汇编第1节 交变电流一、交变电流1．恒定电流和交变电流(1)恒定电流：大小和方向都不随时间变化的电流。
(2)交变电流：大小和方向随时间作周期性变化的电流，简称交流。
(3)正弦交变电流：电流随时间按正弦函数规律变化的交变电流，简称正弦交流电。
2．交变电流的图像(1)波形图：电流或电压随时间变化的图像。
(2)观察方法：用示波器观察。
(3)常见的交变电流的波形图：图211二、正弦交变电流的产生和表述1．正弦交变电流的产生1.交变电流是指大小和方向随时间作周期性变化的电流。
2．随时间按正弦函数规律变化的交变电流称为正弦交变电流。
3．线圈在磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时可产生正弦交变电流。
4．正弦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。
(1)产生方法：闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。
(2)产生过程分析：用楞次定律分析线圈转动一周的情况如图212所示。
图2122．正弦交变电流的函数表达式及图像表达式中E m、U m、I m分别是电动势、电压和电流的最大值，而e、u、i则是瞬时值。
3．中性面t＝0时感应电动势e＝0，此时线框所在的平面称为中性面。
1．自主思考——判一判(1)只要线圈在磁场中转动，就可以产生交变电流。
(×)(2)当线圈中的磁通量最大时，产生的电流也最大。
(×)(3)当线圈平面与磁场垂直时，线圈中没有电流。
(√)(4)正弦式交变电流的瞬时值是时刻变化的。
(√)(5)闭合线圈在匀强磁场中绕平行于磁场方向的轴匀速转动时产生正弦交流电。
(×)(6)教室的照明电路中所用的是正弦式电流。
(√)2．合作探究——议一议(1)如何区分直流电和交变电流？提示：区分直流电和交变电流的依据是看电流的方向是否随时间变化。
(2)只有矩形线圈在匀强磁场中匀速转动才能产生交变电流吗？提示：矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，仅是产生交变电流的一种方式，不是唯一方式。
任意形状的平面线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动均可产生交变电流。
(3)正弦式交变电流的最大值与线圈的形状、转轴的位置有关吗？提示：交变电动势最大值由线圈匝数N、磁感应强度B、转动角速度ω及线圈面积S 共同决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关。
如图(a)、(b)、(c)所示的几种情况，若N、B、S、ω相同，则电动势的最大值相同。
交变电流的概念[典例] (多选)下列图像中属于交流电的有( )[解析] 判断电流是交流还是直流，就看方向是否变化。
选项D中，尽管大小随时间变化，但因其方向不变，所以是直流。
选项A、B、C中e的方向均发生了变化，故它们属于交流电。
[答案] ABC(1)方向不变的电流即为直流电，恒定电流是直流电中的一种。
(2)只要电流的方向周期性变化，即为交变电流，与电流的大小是否变化无关。
1．交变电流是( )A ．矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴在匀强磁场中匀速转动时产生的电流B ．按正弦规律变化的电流C ．大小随时间做周期性变化的电流D ．方向随时间做周期性变化的电流解析：选D 只要方向随时间做周期性变化的电流就是交变电流。
2．(多选)关于交变电流和直流电的说法中，正确的是( )A ．如果电流大小做周期性变化，则一定是交变电流B ．直流电的大小可以变化，但方向一定不变C ．交变电流一定是按正弦或余弦规律变化的D ．交变电流的最大特征就是电流的方向发生周期性的变化解析：选BD 直流电的特征是电流方向不变，交流电的特征是电流方向周期性改变。
另外交变电流不一定都是正弦交流电或余弦交流电。
3．(多选)下列属于交变电流的是( )解析：选BC 由交变电流的定义知只有方向发生周期性变化的电流才是交变电流，选项A 、D 中的电流方向始终没有改变，所以不是交变电流。
1．瞬时值表达式推导若线圈平面从中性面开始转动，如图213所示，则经过时间t 后：图213(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 ＝ωR ＝L ad 2ω。
(4)ab 边产生的感应电动势：e ab ＝BL ab v sin θ＝BS ω2sin ωt 。
(5)整个线圈产生的感应电动势：e ＝e ab ＋ecd ＝2e ab ＝BS ωsin ωt ，若线圈为N 匝，则e ＝NBS ωsin ωt 。
2．最大值(1)由e ＝NBS ωsin ωt 可知，电动势的最大值E m ＝NBS ω。
(2)交变电动势的最大值由线圈匝数N 、磁感应强度B 、线圈面积S 及转动角速度ω决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关，因此图214所示的几种情况，若N 、B 、S 、ω相同，则电动势的最大值相同。
图2143．电流、电压的瞬时值若线圈给外电阻R 供电，线圈相当于电源，设线圈本身电阻为r ，由闭合电路欧姆定 律得：(1)线圈中的电流i ＝eR ＋r ＝E m R ＋r sin ωt ，可写为i ＝I m sin ωt 。
(2)R 两端电压可记为u ＝iR ＝RI m sin ωt ＝U m sin ωt 。
[特别提醒]若从垂直中性面开始转动则“正弦”变“余弦”，即e ＝E m cos ωt ，对应的i ＝I m cos ωt 、u ＝U m cos ωt ，一般也称为正弦交变电流。
4．两个特殊位置物理量的比较[典例] 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215所示，匀强磁场的磁感应强度为0.5 T ，问：图213(1)该线圈产生的交变电流电动势的最大值、电流的最大值分别是多少？(2)若从中性面位置开始计时，写出感应电动势随时间变化的表达式。
(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？[思路点拨](1)线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时电动势的最大值E m ＝NBS ω。
(2)感应电动势瞬时值表达式与开始计时位置有关，若从中性面开始计时，则e ＝E m sin ωt 。
[解析] (1)交变电流电动势的最大值为E m ＝NBS ω＝10×0.5×0.22×10π V≈6.28 V电流的最大值为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°，感应电动势 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(1)在写出电动势e 的瞬时值表达式中容易出现表达式e ＝E m sin ωt 和e ＝E m cos ωt 相混淆的情况。
应根据线圈在初始时刻所处的位置判断初始时刻电动势是最大值还是零。
(2)不可将转速n 看成角速度ω，当n 的单位为转/秒时ω＝2πn ，当n 的单位为转/分时，ω＝2πn 60。
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，感应电流的方向就改变一次D．线框垂直于中性面时，线框中感应电动势最大解析：选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，所以电动势等于零，感应电流的方向发生变化；线框平面垂直于中性面时，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，故选项C、D正确。
2.如图216所示，一线圈在匀强磁场中匀速转动，经过图示位置时( )图216A．穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最大B．穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最大C．穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最小D．穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最小解析：选A 由图可知线圈平面与磁感线平行，应处于垂直于中性面的平面，此时穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最大，所以A选项正确。
3.一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，产生的感应电动势最大值为50 V，那么该线圈从如图217所示位置转过30°时，线圈中的感应电动势大小为( )图217A．50 V B．25 3 VC．25 V D．10 V解析：选B 矩形线圈从图示位置开始计时转动产生的感应电动势e＝50cos ωt V，所以当线圈转过30°时，线圈中的感应电动势大小为50cos 30° V＝25 3 V，选项B正确。
交变电流随时间t的变化规律不再是简单的正比例关系，所以借助图像来分析研究比单纯用代数的方法更简捷、直观。
1．从如图218所示的交变电流的et图像上可以确定以下量：图218(1)可以读出电动势的最大值E m。
(2)可根据线圈转至中性面时电动势为零的特点，确定线圈处于中性面的时刻，确定了该时刻，也就确定了磁通量最大的时刻和磁通量变化率最小的时刻。
(3)可根据线圈转至与磁场平行时感应电动势最大的特点，确定线圈与中性面垂直的时刻，此时刻也就是磁通量为零的时刻和磁通量变化率最大的时刻。
(4)可以确定某一时刻电动势大小以及某一时刻电动势的变化趋势。
2．交变电流的电压或电流变化的快慢(变化率)，在图线上等于某瞬间切线的斜率，它与电压或电流瞬时值的大小是两回事。
瞬时值最大时，变化率最小(等于零)；瞬时值为零时，变化率恰好最大。
在具体问题中，必须弄清楚哪些量与瞬时值有关，哪些量与变化率有关。
[典例] (多选)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219所示，则下列说法正确的是( )图219A．图中是从线圈平面与磁场方向平行时开始计时的B．t1和t3时刻穿过线圈的磁通量为零C．t1和t3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，穿过线圈的磁通量最大[思路点拨] 解答本题时应弄清以下两点：(1)线圈转动过程中几个特殊位置的特点。