3-2导学案：5.1交变电流
(完整版)高中物理5.1交变电流导学案(新人教版)选修3-2
第五章交变电流第一节交变电流【学习目标】1、知道什么是交变流电，并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；4、知道几种常见的交变电流。
如正弦式交变电流、锯齿形交变电流、矩形脉冲电流。
5、掌握描述物理量的三种基本方法（文字法、公式法、图象法）。
【重点、难点】重点：1、交变电流产生的物理过程的分析.2、交变电流的变化规律的图象描述。
难点：１、交变电流的变化规律及应用.２、图象与实际发动机转动时的一一对应关系的理解。
预习案【自主学习】1．强弱和方向都不随时间改变的电流叫做________电流，简称________；强弱和方向都随时间作周期性变化的电流叫做________电流，简称交流。
2．交变电流是由________发电机产生的．当线圈在________磁场中绕________________的轴匀速转动时，产生交变电流．线圈平面跟磁感线________时，线圈所处的这个位置叫做中性面，线圈平面每经过一次中性面，线圈中感应电流的方向就____________。
3．交流发电机的线圈在磁场中匀速转动，感应电动势e的变化规律为____________。
若把线圈和电阻R′连成闭合电路，设总电阻为R，则电路中电流的瞬时值i＝________________，电阻R′上的电压瞬时值u＝________________.4．家庭电路中的交变电流是________电流，它是一种最________、最________的交变电流。
5．(双选)右图所示的4种电流随时间变化的图中，属于交变电流的有( )6．下列各图中，哪些情况线圈中不能产生交流电( )7．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，下列说法中正确的是( ) A．在中性面时，通过线圈的磁通量最大B．在中性面时，感应电动势最大C．穿过线圈的磁通量为零时，感应电动势也为零D．穿过线圈的磁通量为零时，磁通量的变化率也为零【学始于疑】探究案【合作探究一】交变电流的产生问题1：一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，当线圈通过中性面时( )A．线圈平面与磁感线方向平行B．通过线圈的磁通量达到最大值C．通过线圈的磁通量变化率达到最大值D．线圈中的电动势达到最大值问题2：如图1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( )图1A．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，磁通量变化率为零归纳总结【合作探究二】用函数表达式描述交变电流问题1：闭合线圈在匀强磁场中匀速转动，转速为240 r/min，若线圈平面转至与磁场方向平行时的电动势为 2 V，则从中性面开始计时，所产生的交流电动势的表达式为e＝________ V，电动势的峰值为________ V，从中性面起经148s，交流电动势的大小为________ V.问题2：有一个10匝正方形线框，边长为20 cm，线框总电阻为1 Ω，线框绕OO′轴以10π rad/s的角速度匀速转动，如图2所示，垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5 T．问：(1)该线框产生的交变电流电动势最大值、电流最大值分别是多少？(2)线框从图示位置转过60°时，感应电动势的瞬时值是多大？(3)写出感应电动势随时间变化的表达式。
高中物理选修3-2人教版学案设计 5.1《交变电流》
交变电流诱学·导入·点拨材料：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。
今天无论是生产还是生活等各方面都离不开电。
我们日常生活中的用电器数不胜数，比如电灯、电话、电视机、空调、冰箱、洗衣机、电磁炉、微波炉等等这些家用电器所使用的都是交流电。
问题：由电池产生的电流，是大小和方向保持不变的直流电，我现实生活中所使用的交流电是如何从发电厂产生的呢？交流电和直流电还有哪些相同和不同的性质呢?导入点拨：由生活中所使用的交流电联系到发电厂是如何产生交变电流的，那么这种电流和必修中所学的稳恒电流有一定的区别和联系。
知识·巧学·升华一、交变电流1.直流电：方向不随时间做周期性变化的电流。
简称：直流符号：DC2.交变电流：大小和方向均随时间做周期性变化的电流。
简称：交流符号：AC3.正弦交流电：按正弦规律变化的交变电流叫正弦交变电流。
要点提示方向随时间做周期性变化是交流电的最主要特征，也是交变电流和直流电的根本区别。
交变电流的典型特征是电流方向变化，其大小可能不变，如矩形交变电流的方向变化但大小不变，是交变电流。
4.电流的分类：按大小和方向的变化规律，可将电流作如下的分类：恒定电流大小方向均恒定直流非恒定电流仅方向恒定正弦交变电流按正弦规律变化的交变电流交流非正弦交变电流不按正弦规律变化的交变电流方向随时间做周期性变化是交流电的最重要特征。
恒定电流仅仅是直流中的一种；同样，交变电流也并不都是正弦交变电流，正弦交变电流的特殊规律不能适用所有交流电。
二、交变电流的产生1.交变电流产生的实验探究如图甲所示，利用手摇式发电机模型探究交变电流的产生过程。
手摇式发电机和灯泡电流计连接构成闭合回路。
发电机的原理：线圈abcd处在磁场中，线圈的ab边和cd边连在金属滑环上；用导体做的两个电刷分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路连接，如图乙。
2020-2021学年物理人教版选修3-2学案：5.1 交变电流 Word版含解析
第五章交变电流1交变电流1．交变电流(1)交变电流(俗称交流)：大小和方向都随时间做周期性变化的电流．(2)正弦交变电流：随时间按正弦规律变化的交变电流．在日常生活中，手电筒和日光灯是家庭中必备的照明工具，但给两用电器提供电能的电源是不同的，它们产生的电流相同吗？提示：不相同．电源有交流和直流之分．电池是直流电源，它提供的是直流电；家庭照明电路给日光灯提供的是交变电流，其典型特征是电流方向发生变化．2．交变电流的产生(1)两个位置：中性面位置及与中性面垂直的位置图示位置中性面位置与中性面垂直的位置特点B⊥S，Φ＝BS最大，感应电流为0，方向变化B∥S，Φ＝0最小，感应电流最大，方向不变(2)过程分析归纳线圈在匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，产生的感应电流大小、方向都随时间做周期性的变化，即产生了交变流电．3．正弦交变电流的变化规律当闭合线圈由中性面位置(图中O1O2位置)开始在匀强磁场中匀速转动时，根据法拉第电磁感应定律，线圈中产生的感应电动势随时间而变化的函数是正弦函数．(1)函数特点瞬时电动势e＝E m sinωt瞬时电流i＝I m sinωt瞬时电压u＝U m sinωt其中E m、I m、U m分别表示电动势、电流、电压的峰值．(2)图象特点按正弦规律变化的交变电流，其图象是一条正弦曲线，如图所示．给你一块磁铁，你怎样判断白炽灯发光时用的是直流电还是交变电流？提示：把磁极靠近白炽灯，如果用的是直流电，灯丝不会抖动；如果灯丝中通有交变电流，则灯丝受到变化的安培力，灯丝会抖动.考点一交变电流的产生解答本题的关键是掌握中性面的特点．[★答案★] B[解析] 本题的解答思路如下： 中性面⎩⎪⎨⎪⎧ 线圈平面与磁感线垂直的位置→选项A 错误磁通量最大→选项B 正确磁通量的变化率为零→选项C 、D 错误总结提能 对于线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的情况，当穿过线圈的磁通量最大时，磁通量的变化率为零，线圈中的感应电动势为零；当穿过线圈的磁通量为零时，磁通量的变化率最大，线圈中的感应电动势也最大．如图所示的匀强磁场中有一个矩形闭合导线框．在下列四种情况下，线框中会产生感应电流的是( C )A ．如图甲所示，保持线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中左右运动B ．如图乙所示，保持线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中上下运动C ．如图丙所示，线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线AB 转动D ．如图丁所示，线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线CD 转动解析：保持线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中左右运动，磁通量一直为零，故磁通量不变，无感应电流，选项A 错误；保持线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中上下运动，磁通量一直为零，故磁通量不变，无感应电流，选项B 错误；线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线AB 转动，磁通量周期性地改变，故一定有感应电流，故选项C 正确；线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线CD 转动，磁通量一直为零，故磁通量不变，无感应电流，选项D 错误．2．求解线圈转动过程中的平均值(1)线圈在转动过程中某一段时间内或从一个位置到另一个位置的过程中所产生的电动势，称为平均电动势，它不等于始、末两时刻瞬时值的平均值，必须用法拉第电磁感应定律计算，即E ＝n ΔΦΔt. (2)计算交变电流在某段时间内通过导体横截面的电荷量，必须用平均值，即Q ＝I Δt (式中I ＝ER ＋r )． (3)在交变电流的图象中，图象与横轴(t 轴)所围面积跟时间的比值，即为交变电流的平均值．【例2】 如图所示，匀强磁场的磁感应强度B ＝0.1 T ，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 绕垂直于磁感线的对称轴OO ′匀速转动．若从线圈平面通过中性面时开始计时，求：(1)线圈中感应电动势的瞬时值表达式．(2)由t ＝0至t ＝T 4过程中的平均感应电动势E .解答本题时应注意以下两点：(1)本题是从线圈通过中性面时开始计时的，应运用公式e ＝E m sin ωt 求感应电动势的瞬时值表达式；(2)求感应电动势的平均值时应利用公式E ＝n ΔΦΔt进行计算． [★答案★] (1)e ＝100πsin100πt V (2)E ＝200 V[解析] (1)从线圈平面通过中性面时开始计时，线圈中感应电动势的瞬时值e ＝E m sin ωt又E m ＝NBSω＝100×0.1×0.2×0.5×100π V ＝100π V所以e ＝E m sin ωt＝100πsin100πt V(2)由法拉第电磁感应定律，t ＝0至t ＝T 4过程中的平均感应电动势为E ＝N ΔΦΔt ＝N BS π2ω＝2πNBSω 代入数据，解得E ＝200 V .总结提能 (1)求解感应电动势的瞬时值表达式时，一定要注意开始计时时线圈的位置，从不同位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式不同．(2)求解感应电动势的平均值时，应利用法拉第电磁感应定律E ＝n ΔΦΔt进行计算．如图所示，线圈的面积是0.05 m 2，共100匝，匀强磁场的磁感应强度B ＝1πT ，当线圈以300 r/min 的转速匀速旋转时，求：(1)若从线圈的中性面开始计时，写出线圈中感应电动势瞬时值表达式．(2)从中性面开始计时，线圈转过130s 时电动势瞬时值多大？ (3)由图示位置转过60°角的过程产生的平均感应电动势为多少？ ★答案★：(1)e ＝50sin(10πt ) V (2)43.3 V (3)23.9 V解析：(1)n ＝300 r/min ＝5 r/s ，因为从中性面开始转动，并且求的是瞬时值，故e ＝E m sin ωt ＝NBS ·2πn sin(2πnt )＝50sin(10πt ) V (2)当t ＝130 s 时，e ＝50sin(10π×130) V ≈43.3 V (3)平均感应电动势应该根据E ＝N ΔΦΔt计算 E ＝N ΔΦΔt ＝NBS (1－cos60°)16T ≈23.9 V . 考点三 正弦式交变电流图象的应用1．从正弦式交变电流的图象上可以确定的信息从如图所示的交变电流的e －t 图象上可以确定以下信息：(1)可以读出电动势的峰值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(O 、t 2、t 4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(t 1和t 3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．分析图象问题时要注意的问题(1)对物理图象的分析要注意以下要点：一看，看“轴”、看“线”、看“斜率”、看“点”；二变，掌握“图与图”“图与式”和“图与物”之间的变通能力； 三判，在此基础上进行正确的分析、判断．(2)因交变电流i 随时间t 的变化规律不再是简单的正比例(线性)关系，故需借助图象法来分析研究，这比单纯用代数的方法显得更为直观、简捷．(3)对于正弦交变电流的变化规律，不应只从其随时间按正弦规律变化这一点去认识，还应看到交流电动势随线圈在匀强磁场中随空间位置的变化而变化，随线圈的磁通量变化而变化．【例3】[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变化的规律如下图所示，则下列说法正确的是()A．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解答本题的基本思路如下：图象按余弦规律变化→线圈从与中性面垂直的位置开始转动t1和t3时刻电动势为零→线圈处于中性面位置，磁通量最大，磁通量的变化率为零[★答案★]ACD[解析]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正确；t1、t3时刻感应电动势为零，穿过线圈的磁通量的变化率为零，磁通量最大，选项B错误，C正确；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，选项D正确．总结提能解答图象类问题时要注意以下两个方面：(1)注意横、纵坐标轴表示的物理量，以及图象上的特殊位置；(2)要把图象与线圈的转动过程对应起来．电磁脉冲传感器是汽车防抱死刹车(ABS)系统的关键装置，它能测定车轮是否还在转动．如果测出车轮不再转动，就会自动放松制动机构，让轮子仍保持缓慢转动状态．下图甲中，B是一根永久磁铁，外面绕有线圈，左端靠近一个铁质齿轮，齿轮与转动的车轮是同步的．下图乙是车轮转速为n时输出电流随时间变化的图象．若车轮转速变为n2，则其图象应为下图中的(C)解析：车轮转速减慢，角速度减小，根据法拉第电磁感应定律可知，感应电流变小，电流变化的周期变大，故C正确.1．[多选]下图所示图象中属于交变电流的是(ABC)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．正确★答案★为A、B、C.2．[多选]下图中哪些情况，线圈中产生了交变电流(BCD)解析：B、C、D中线圈产生的感应电流方向均发生变化，故产生交变电流，A中不产生感应电流．3．如图所示，一匝数为N的矩形线圈面积为S，在磁感应强度为B 的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω匀速转动，从图示位置转过90°时电动势是(B)A．NBSωB．0C．BSωD．NBSωcos(ωt＋90°)解析：因闭合线圈从图示位置即垂直于中性面的位置开始转动，所以电动势的表达式为e＝E m cosωt，又ωt＝90°，故A、C、D错．4.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方向的感应电流方向为正，则能反映线圈中感应电流I随时间t变化的图象是下图中的(C)解析：分析交变电流的图象问题应注意图线上某一时刻对应线圈在磁场中的位置，将图线描述的变化过程对应到线圈所处的具体位置是分析本题的关键，线圈在图示位置时磁通量为零，但感应电流为最大值；再由楞次定律可判断线圈在转过90°的过程中，感应电流方向为正，故选项C正确．5．利用DIS(数字化信息处理系统)探究手摇发电机(如图所示)的线圈产生的交变电流．实验步骤为：①将电压传感器接入数据采集器；②电压传感器的测量夹与发电机的输出端并联； ③点击“数据采集设置”设定“采样点时间间隔”； ④缓慢摇动发电机的手柄，观察工作界面上的信号．(1)工作界面上出现的电压波形如图所示，从图中可以看出，手摇发电机产生的电压波形不是正弦波，其原因是转子不是在匀强磁场中转动(或发电机的转速不均匀)．(写出一条即可)(2)研究交变电流的波形，发现在用手摇动发电机手柄的2 min 内屏上出现了61个向上的“尖峰”，则交变电流的平均周期为T ＝2 s ；如果发电机手摇大轮的半径是转子小轮半径的2倍，则手摇大轮转动的平均角速度ω＝0.5π rad/s.解析：(1)只有线圈在匀强磁场中匀速转动时，产生的交变电流才是标准的正弦式交变电流，手摇发电机的磁场是由条形磁铁产生的，所以不是匀强磁场；由于是手摇转动，转速难以保持恒定．(2)屏上每出现一次向上尖峰，就代表经过了一个周期，2 min 内屏上出现了61个向上的尖峰，表明周期T ＝2×6061－1 s ＝2 s ；大轮角速度等于小轮角速度的一半，所以大轮角速度ω＝2πT ×12＝0.5π rad/s.感谢您的下载!快乐分享，知识无限！。
物理：5.1《交变电流》导学案(新人教版选修3-2)
一、交变电流【学习重点】重点是交变电流产生分析及变化规律的推导；【学习难点】难点是交变电流的变化规律及应用【学习过程】问题一交变电流（1）________随时间做_________变化的电流叫做交变电流，简称交流；（2）________不随时间变化的电流称为直流；（3）________和_______都不随时间变化的电流叫做_________电流；练习：如图所示的的几种电流随时间变化的图线中，属于交变电流的是_______，属于正弦式交变电流的是______。
问题二交变电流的产生如图5－1－1所示为矩形线圈在匀强磁场中匀速转动的四个过程：1．过程分析2．结论：（1）在线圈转动时，磁通量最大时，磁通量的变化率__________；磁通量为0时，磁通量变化率_______；感应电动势的大小由_____________________决定，与___________无关。
（2）中性面：_______________________________，如图有________、_________位置；磁通量的变化率____________感应电动势e ＝________，_______感应电流感应电流方向________，线圈转动一周，感应电流方向改变______次(3线圈平面处于跟中性面垂直的位置时，线圈平面平行于磁感线，磁通量为 ，磁通量的变化率 ，感应电动势、感应电流均 ，电流方向 . 问题三 交变电流的变化规律● 推导：从中性面计时，t 时刻线圈中的感应电动势e 的推导： 1、 线圈转过的角度为 θ =__________2、 ab 边的线速度跟磁感线方向的夹角为______________3、 ab 边的线速度大小_______________4、 ab 边产生的感应电动势e ab =_____________________________5、 线圈产生的电动势e =_____________________________6、 N 匝线圈产生的电动势e =_____________________________ ● 结论：（1） 交流电的电动势按正弦规律变化；（2） 当θ =90°，即线圈处于__________位置时，电动势最大，即电动势的峰值E m =_____________ （3） 交变电流的电动势随时间变化规律为 （4） 当负载为电灯等纯电阻用电器时：①电流按正弦规律为______________________________ ②电压按正弦规律变化____________________________特点【范例精析】 例1、矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，在线圈平面经过中性面瞬间： A.线圈平面与磁感线平行；B.通过线圈的磁通量最大；C.线圈中的感应电动势最大；D.线圈中感应电动势的方向突变。
高中物理选修3-2 第五章第一节交变电流导学案(无答案)
二、两个特定位置的特点 概念中性面位置 与中性面垂直的位置 特点B ⊥S B ∥S Φm ＝BS 最大Φ＝0最小 e ＝0最小e ＝E m ＝NBSω最大 导体不切割，不产生电动势导体垂直切割，产生电动势最大Δt ΔΦ＝0最小瞬时值 Δt ΔΦ＝N Em最大瞬时值 i ＝0 方向改变i ＝I m 最大，方向不变三、正弦式交变电流瞬时值、峰值表达式的推导 1．瞬时值表达式的推导若线圈平面从中性面开始转动，如上图，则经时间t ： 2．峰值表达式 E m ＝NBSω＝2NBL v ＝NΦm ω ①I m ＝R ＋r Em ②U m ＝I m R ′ ③四、如何理解正弦交变电流的图象？正弦交变电流随时间变化情况可以从图象上表示出来，图象描述的是交变电流随时间变化的规律，它是一条正弦曲线，如下图所示．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 、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i 、e 随时间的变化规律．例、矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的电动势的e －t 图象如图所示，则在下列时刻，表述正确的是( )反思本节课,我之前的预习效果如何呢?找到问题了吗?参与发言了吗?参与合作了吗?这节课你学到了什么?自己学会了什么?还有哪些疑问?分小组进行合作探究A ．t 1、t 3线圈通过中性面B ．t 2、t 4线圈中磁通量最大C ．t 1、t 3线圈中磁通量变化率最大D ．t 2、t 4线圈平面与中性面垂直【典例剖析】例1、有一个10匝正方形线框，边长为20 cm ，线框总电阻为1 Ω，线框绕OO ′轴以10 π rad/s 的角速度匀速转动，如右图所示．垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5 T ．以线框转至图中位置时开始计时，问： (1)该线框产生的交变电流的电动势最大值、电流最大值分别是多少？(2)写出感应电动势随时间变化的表达式；(3)线框从图示位置转过60°时，感应电动势的瞬时值是多少？【跟踪发散】如图所示，一半径为r ＝10 cm 的圆形线圈共100匝，在磁感应强度B ＝π25T 的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的中心轴线OO′以n ＝600 r/min 的转速匀速转动，当线圈转至中性面位置(图中位置)时开始计时．(1)写出线圈内所产生的交变电动势的瞬时值表达式； (2)求线圈从图示位置开始在1/60 s 时的电动势的瞬时值．例2、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l ab ＝0.2 m ，l 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)线圈中感应电动势的大小；反思本节课,我之前的预习效果如何呢?找到问题了吗?参与发言了吗?参与合作了吗?这节课你学到了什么?(2)由t ＝0至t ＝4T过程中的平均电动势；(3)若线圈平面平行磁感线时开始计时，求线圈在t ＝6T时刻的电动势大小．【跟踪发散】如图所示，边长为a 的单匝正方形线圈在磁感应强度为B 的匀强磁场中，以OO ′为轴匀速转动，角速度为ω.转轴与磁场方向垂直，线圈电阻为R ，求线圈从图示位置转过2π的过程中通过线圈某截面的电荷量q .例3、一交流发电机产生的感应电动势随时间变化的图象如下图所示，求： (1)当t ＝100 s 时，电动势的瞬时值． (2)当线圈第一次转到什么位置时，感应电动势的瞬时值为最大值的一半．(3)已知线圈面积为16 cm 2，共25匝，那么匀强磁场的磁感应强度B 为多少？【跟踪发散】一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴以恒定的角速度ω转动．从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈中产生的交变电流按照右图所示的余弦规律变化，则在t ＝2ω3π时刻( )A ．线圈平面与磁场方向平行B ．线圈中的电流最大C ．线圈所受的安培力为零D ．穿过线圈的磁通量最大【5.1 巩固拓展训练】1．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变化2．如图所示，表示交变电流的图象是（）3、在匀强磁场中转动产生电动势e＝10sin 20πt V，则下列说法正确的是()A．t＝0时，线圈平面位于中性面B．t＝0时，穿过线圈的磁通量最大C．t＝0时，导线切割磁感线的有效速率最大D．t＝0.4 s时，e有最大值10 V4．矩形线圈的匝数为50匝，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图所示．下列结论正确的是( )A．在t＝0.1s和t＝0.3s时，电动势最大B．在t＝0.2s和t＝0.4s时，电动势改变方向C．电动势的最大值是157 VD．在t＝0.4 s时，磁通量变化率最大，其值为3.14 Wb/s5．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．t1时刻线圈中的感应电动势最大B．t2时刻ab的运动方向与磁场方向垂直C．t3时刻线圈平面与中性面重合D．t4、t5时刻线圈中感应电流的方向相同6.如图所示为演示用的手摇发电机模型，匀强磁场磁感应强度B＝0.5 T，线圈匝数n＝50，每匝线圈面积为0.48 m2，转速为150 r/min，线圈在匀速转动过程中，从图示位置开始计时.写出交变感应电动势瞬时值的表达式．7、如图所示，总电阻为r的n匝矩形线圈abcd置于磁感应强度为B的匀强磁场中，一边ab＝l1，另一边ad＝l2，绕垂直于磁场方向的对称轴OO′以角速度ω匀速转动．线圈通过电刷与外电阻R组成闭合电路．(1)求线圈中产生的电动势的最大值．(2)从线圈处于中性面开始计时，写出闭合电路中瞬时电流随时间变化的表达式，并画出电流变化的图象．。
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。
高二物理选修3-2第五章交变电流第一节交变电流导学案
高二物理选修3-2第五章交变电流导学案第一节交变电流导学案【教学目标】1．会观察电流（或电压）的波形图，理解交变电流、直流的概念。
2．分析线圈转动一周中电动势和电流方向的变化，能对交变电流的产生有比较清楚的了解，具有运用基本原理解决新情境下问题的能力。
3．知道交变电流的变化规律及表示方法，知道交变电流的峰值、瞬时值的物理意义。
【教学重点】运用电磁感应的基本知识，配合相应的演示实验，分析交变电流的产生过程，认识交变电流的特点。
【教学难点】知道交变电流的变化规律及表示方法，知道交变电流的峰值、瞬时值的物理意义【自主学习】知识复习1．感应电流产生的条件是：2．利用定律可判断感应电流的方向，对于闭合电路一部分导体做切割磁感线的运动情况，判断感应电流的方向，利用判断更方便3．一般情况下，利用公式E= 计算感应电动势，如果导体做切割磁感线运动，则可用E=_____来计算。
知识点一：交变电流演示实验：用电压传感器（或电流传感器）演示电压、电流的波形图1．交变电流：_________和_________都随时间做周期性变化的电流。
简称交流。
2．直流：_________不随时间变化的电流。
3．大小和方向都不随时间变化的电流叫做_________电流。
例1：如图所示的的几种电流随时间变化的图线中，属于交变电流的是_______，属于正弦式交变电流的是______。
知识点二：交变电流的产生如图所示，交流发电机的示意图。
线圈的ab边连在一个金属滑环上，cd边连在另一个滑环上。
导体做的两个电刷分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。
1．假定线圈沿逆时针方向匀速转动，如图从甲至丁。
考虑下面几个问题：（1）在线圈由甲转到乙的过程中，ab边中电流向哪个方向流动？（2）在线圈由丙转到丁的过程中，ab边中电流向哪个方向流动？（3）线圈转到什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置时线圈中的电流最大?（4）大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线，乙图所示电流为正，反之为负。
河北省石家庄二中高中物理5.1交变电流导学案新人教版选修3_2
E m 0 5.1交变流电[学习目标]1、理解交变电流的产生原理及变化规律；2、理解描述交变电流几个物理量以及它们之间的关系；3、理解电感、电容器对交变电流有阻碍作用的原因？ [自主学习]一、交变电流的产生 1、什么是中性面？2、当线圈处于中性面时，穿过线圈的磁通量 ，感应电流为 ，而当线圈垂直于中性面时，穿过线圈的磁通量为 ，感应电流 。
3、线圈每转动一周，电流方向改变 次，电流方向改变时，线圈处于什么位置？我国日常生活中使用的交变电流一秒中电流方向改变 次。
二、交变电流的描述1、写出正弦式交变电流电动势的最大值、瞬时值、有效值以及平均值表达式？2、对于正弦式交变电流其有效值与最大值得关系是： ，是不是对一切交变电流都是如此？3、在我们经常遇到的问题中，那些地方应用有效值？那些地方应用最大值？那些地方应用平均值？三、电感、电容1、试分析电感电容器对交变电流有阻碍作用的原因？感抗与容抗与那些因素有关？有什么关系？2、扼流圈分为低频扼流圈和高频扼流圈：那低频扼流圈的作用是： ，高频扼流圈的作用是： 。
[典型例题]例1：一矩形线圈，绕垂直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，下列说法中正确的是（ ） A 、t 1时刻通过线圈的磁通量为零； B 、t 2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大；C 、t 3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大；D 、每当e 改变方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大RE14 2-3 2例2、如图表示一交变电流的电流随时间而变化的图象，此交变电流的有效值（）A、5 2 AB、5AC、3.5 2 AD、3.5A例3：如图，矩形线圈面积为s，匝数为N，线圈电阻为r，在磁感强度为B的匀强磁场中绕OO`轴以角速度ω匀速转动，外电路电阻为R。
求：⑴、写出线圈在转动中产生的电动势的最大值表达式；⑵、如果线圈从图示位置开始计时，写出电动势的瞬时表达式；⑶、当线圈由图示位置转过900的过程中，电阻R上所产生的热量；⑷、当线圈由图示位置转过900的过程中，通过电阻R的电荷量。
人教版物理 3-2学生版第五单元导学案
第五章交变电流◇学生学案◇【课标要求】1.知道交变电流，能用函数表达式和图像描述交变电流。
2.通过实验，了解电容、电感对交变电流的导通和阻碍作用。
3.通过实验，探究变压器电压与匝数的关系。
4.了解从变电站到用户的输电过程，知道远距离输电时应用高电压的道理。
【本章概览】本章是《选修3-1》第二章“恒定电流”内容的进一步拓展，共有5节，大致可以分为三个单元。
第一单元包括第1、2节，介绍正弦交变电流的产生和描述，这是本章的概念基础；第二单元为第3节，讨论的是在简单的交流电路中，电感、电容元件对交流电路的影响；第三单元包括第4、5节，了解在生产和生活中广泛应用的变压器的原理，及其在电能输送中所起的作用。
【学法指导】类比法类比法是人类认识客观世界的一种基本思维方法。
所谓类比法是根据两个或两类对象之间在某些方面有相同或相似的属性，从而推出他们在其他方面也可能具有相同或相似的属性的一种推理方法，它不同于归纳、演绎，它是从特殊到特殊的推理方法。
历史上，开普勒、麦克斯韦、爱因斯坦等许多著名科学家都曾经对类比法作出过很高的评价。
类比法是一种物理学的研究方法，也是一种科学方法论，还是一种非常好的教学和学习方法，在物理学的教学中具有极为重要的地位。
在物理学的研究和发展中，无论是对单个问题的解决，还是某些新概念的建立，乃至未知领域的探究，都渗透着类比思想与方法。
类比法的独特性，使它对科学的发展起到积极推动作用，在物理学的研究的发展中占重要的地位。
类比法是物理学研究中的一种重要方法。
物理学研究没有固定的模式，只能在已有认识的基础上一步一步摸索前进。
在科学观测和实验手段缺乏，理论指导和感性认识不足，归纳推理和演绎推理不适用的情况下，类比法则可以充分发挥优势，启发思路，提供线索，指明科学研究的方向，使研究工作少走弯路。
例如，1935年日本物理学家汤川秀树把核力与电磁力相类比，提出了核子通过核力场，由一方放出粒子，另一方吸收粒子而相互作用，并且估算出这种粒子的质量。
高中物理选修3-2导学案(含答案)： 5.1 交变电流
§5.1 交变电流制作：_____________审核：______________班级： .组名： . 姓名： .时间：年月日【学习指导】：1兴趣、好奇心、不断尝试、自主性、积极性2动脑思考3听懂是骗人的，看懂是骗人的，做出来才是自己的4独立、限时、满分作答5不仅要去学习，而且要学出效果，还要提高效率。
6保证效果就要每个点都要达标。
达标的标准是能够“独立做（说、写）出来”，不达标你的努力就体现不出来7该记的记，该理解的理解，该练习的练习，该总结的总结，勿懈怠！8费曼学习法：确定一个学习的知识点；假设你在教授别人该知识点；遇到卡壳时回顾相关知识点；简化你的语言，达到通俗易懂的程度。
该法尤其适合概念、定义、定理、定律等的理解和记忆。
9明确在学习什么东西，对其中的概念、定律等要追根溯源，弄清来龙去脉才能理解透彻、应用灵活10总结：10.1每题总结：每做完一道题都要总结该题涉及的知识点和方法10.2题型总结：先会后熟，一种题型先模仿、思考，弄懂后，总结出这类题型的出现特征、解题方法，然后再多做几道同类型的，直到遇到这种题型就条件反射得知道怎么做10.3小节总结：总结该小节的知识结构、常见题型及做法10.4章节总结：总结该章节的知识结构、常见题型及做法11步骤规范，书写整洁，条理清晰12多做多思，孰能生巧，熟到条件反射，这样一是能见到更多的出题方式，二是能提高做题速度13根据遗忘曲线，进行循环复习14错题本的建立：在每次发的试卷资料的右上角写上日期，同一科目的试卷按日期顺序放好。
在做错的题号上画叉号，在不会做的题号上画问号，以后就是一本很好的错题集。
其他资料亦如此处理。
这种方式简单实用。
同时，当你积攒到一定程度，看到自己做过的厚厚的资料，难道不会由衷的产生一种成就感么？！15步骤一步一步的写，最好不要把几个公式合成一个式子来写，因为有步骤分【一分钟德育】记忆曲线学习的过程是同遗忘做斗争的过程，了解自己大脑生理机能，掌握记忆的方法是决胜的基础。
人教版高二物理选修3-2：5.1《交变电流》导学案设计(word无答案)
第五章 第1节《交变电流》导学案班级： 组别： 组名： 姓名： 【学习目标】 1．理解交变电流的产生原理，知道什么是中性面。
2．交变电流产生的物理过程的分析，掌握交变电流的变化规律及表示方法。
（重点）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．交变电流的变化规律及应用。
（难点）【学法指导】演示法、分析法、归纳法。
【知识链接】1、法拉第电磁感应定律的数学表达式是： ；导体在磁场中切割磁感线产生的电动势表达式是： 。
（速度方向与磁场方向夹角为θ）。
2、右手定则：伸开 ，使拇指与其余四个手指 ，并且都与手掌在 ；让 从掌心进入，并且使拇指指向导线 的方向，这时四指所指的方向就是 。
3、楞次定律：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总是要 。
4、闭合电路欧姆定律表达式是 。
【使用说明】1.请同学们阅读书31面～33面，将重点内容标注下划线，学习困惑处标注“？”。
2.将预习中遇到的疑难点问题标识出来在展示课堂上小组讨论、质疑。
【学习过程】一、交变电流1、演示单相交流发电机，引导学生首先观察它的主要构造。
演示：用手摇发电机模型与两个发光颜色不同并联二极管组成闭合电路。
当线框匀速转动时。
观察到的现象是 。
此现象说明 。
2、什么叫交变电流？ 。
什么叫直流？ 。
二、交变电流的产生仔细观察右图，回答下列问题：1、当abcd 线圈在磁场中绕OO ′轴转动时，切割磁感线的是 、 边。
2、当ab 边向右、cd 边向左运动时，线圈中感应电流的方向是 ；当ab 边向左、cd 边向右运动时，线圈中感应电流的方向是 （填a b c d a a d c b a →→→→→→→→,）。
3、如下图所示是交流发电机的示意图，认真阅读课本，分析下图回答下列问题。
假定线圈沿逆时针方向匀速转动，一批等级 二批等级O 'O 图甲 )('o o • (c)θ图乙(d) ⑴ 在图甲、乙、丙、丁、戊状态中用黑笔画出磁场方向，AB 、CD 边的瞬时速度方向。
高中物理 5.1 交变电流导学案 新人教版选修
高中物理 5.1 交变电流导学案新人教版选修5、1 交变电流导学案新人教版选修3-2【学习目标】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、理解表征交变电流的几个物理量的准确含义。
【重点难点】1、交变电流的变化规律及其应用。
2、交流电的最大值、有效值的准确含义。
【使用说明及学法指导】本学案包括《交变电流的产生和变化规律》、《表征交流电的物理量》两节课的内容，中等难度。
建议第一课时在教师的指导下先认真阅读教材，初步理解本学案的有关知识，第二、第三课时通过探究展示课加深对本部分重点和难点知识的理解。
【学习内容】课前自学一、知识点一、交变电流的产生1、交变电流的概念（1）________和_________都随时间做周期性变化的电流叫做_______________，简称_______。
（2）几种常见的交变电流图形2、交变电流的产生矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动时产生正弦交变电流。
矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，将经过两个特殊位置，其特点分别是：(1)中性面（如图a、c、e）：与匀强磁场磁感线垂直的平面叫中性面。
线圈平面处于中性面位置时：A、线圈各边都不切割磁感线，回路产生的感应电动势为______，即感应电流等于______。
B、磁感线垂直于该时刻的线圈平面，所以线圈平面的磁通量_______，磁通量的变化率为____。
(2)线圈平面跟中性面垂直时（如图b、d）：线圈平面与磁感线_______，磁通量为______。
线框的ab、cd边垂直切割磁感线，回路产生的感应电动势_________。
由法拉第电磁感应定律知，线圈的磁通量的变化率___________。
3、正弦交流电表达式如线圈经过中性面位置开始计时，瞬时电动势e= ，瞬时电压u= ，瞬时电流i= 、其中，为线圈产生的交流电动势最大值，为线圈产生的交流电压最大值，为线圈产生的交流电流最大值，w为线圈转动的，wt为线圈转动的。
高中物理选修3-2学案3：5.1交变电流
5.1交变电流[基础梳理]1．交变电流：大小和方向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。
3．图象特点：(1)恒定电流的图象是一条与时间轴平行的直线。
(2)交变电流的图象随时间做周期性变化，如正弦交变电流的图象：知识点二交变电流的产生[基础梳理]1．正弦式交变电流的产生：将闭合矩形线圈置于匀强磁场中，并绕垂直磁场方向的轴匀速转动。
2．中性面——线圈平面与磁感线垂直时的位置。
(1)线圈处于中性面位置时，穿过线圈的Φ最大，但线圈中的电流为零。
(2)线圈每次经过中性面时，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。
[要点精讲]1．正弦式交变电流的产生过程分析如图所示为线圈ABCD在磁场中绕轴OO′转动时的截面图，AB和CD两个边切割磁感线，产生电动势，线圈中就有了电流(或者说穿过线圈的磁通量发生变化而产生了感应电流)。
具体分析如图所示，当线圈转动到图甲位置时，导体不切割磁感线，线圈中无电流；当线圈转动到图乙位置时，导体垂直切割磁感线，线圈中有电流，且电流从A端流入；线圈在图丙位置同线圈在图甲位置；线圈在图丁位置时，电流从A端流出，这说明电流方向发生了改变；线圈在图戊位置同在图甲位置。
线圈这样转动下去，就在线圈中产生了交变电流。
2．交变电流产生过程中的两个特殊位置中性面位置与中性面垂直的位置[例知识点三交变电流的变化规律[基础梳理]1．正弦式交变电流瞬时值表达式：(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。
2．正弦式交变电流的峰值表达式：E m ＝nBSω与线圈的形状及转动轴的位置无关。
[要点精讲]1．交变电动势的峰值和交变电流的峰值交变电动势最大值，由线圈匝数n 、磁感应强度B 、转动角速度ω及线圈面积S 决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关，因此如图所示的几种情况，若n 、B 、S 、ω相同，则电动势的最大值相同。
人教版选修3-2导学案设计：5.1-交变电流(无答案)
5.1交变电流学习目标1．理解交变电流的产生原理，掌握交变电流的变化规律．2．知道正弦式电流的图象．3．知道交流发电机的构造和分类．学习重难点重点：交变电流的变化规律难点：交变电流的产生原理诵读预热备注1．定义：大小和方向随时间作周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流．说明：方向随时间周期性变化是交变电流的最重要的特征．2．正弦式电流（1）定义：随时间按正弦规律变化的电流叫做正弦式电流．说明：①在我国工农业生产及生活中使用的交变电流都是正弦式电流，但并非只有按正弦规律变化的电流才叫交变电流．②正弦式交变电流的图象是正弦曲线（2）正弦式电流产生：当线圈在匀强磁场中绕平行于磁场方向的轴做匀速转动时，线圈中就产生正弦式电流．（3）正弦式电流的规律：假定线圈从跟磁感线垂直的平面（也叫中性面）开始转动，则产生的交变电流的瞬时值表达式为i＝I m sinωt；电动势瞬时值的表达式为e＝E m sinωt；电压瞬时值表达式为u＝U m sinωt。
二、中性面1．定义：与磁感线垂直的平面叫做中性面．2．中性面特点：（1）穿过线圈的磁通量Φ最大；（2）磁通量的变化率最小；（3）电动势e及电流I均为零；（4）线圈经此位置电流方向发生改变．说明：除中性面之外，在交流电产生过程中还有一个特殊位置，那就是与磁感线平行的平面（或叫与中性面垂直的平面）．该平面的特点：（1）穿过线圈的磁通量最小（Φ＝0）；（2）磁通量的变化率最大；展示导入汽车上常用的交流发电机三峡电站大型发电机组思考：大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流，试判断：如图所示，表示交变电流的图象是( )探究准备教材P18：如图矩形线圈在匀强磁场中绕OO'轴转动时，线圈中的感应电动势是否变化：为什么？设线圈的两个边长分别是L1和L2，转动时角速度是ω，磁场的磁感应强度为B。
试证明：在图示位置时，线圈中的感应电动势为E=BSω,式中S= L1L2，为线圈面积。
山东省青岛国开中学高中物理选修3-2学案：5-1 交变电流 精品
选修3-2第五章第1节交变电流导学案一、学习目标1、理解交变电流的产生原理及变化规律；2、理解描述交变电流几个物理量以及它们之间的关系；学习重难点：交变电流的产生原理、变化规律及物理量间的关系 课前预习区1、交变电流________和________随时间做_________变化的电流叫做交变电流，简称交流（ ） ________不随时间变化的电流称为直流（ ）大小和方向都不随时间变化的电流叫做_________电流 2、中性面：_______________________________ 磁通量___________磁通量的变化率____________ 感应电动势e ＝________，_______感应电流感应电流方向________，线圈转动一周，感应电流方向改变______次课堂互动区 二、学习过程1、为什么矩形线框在匀强磁场中匀速转动，线框里能产生交变电流？2、交变电流的产生 （1）过程分析特点a(b) d(c) 甲 戊 丁 丙 乙2、交变电流的产生过程中的两个特殊位置及特点是什么？(1)中性面：与匀强磁场磁感线垂直的平面叫中性面.线圈平面处于跟中性面重合的位置时；(a)线圈各边都不切割磁感线，即感应电流等于零；(b)磁感线垂直于该时刻的线圈平面，所以磁通量最大，磁通量的变化率为零.(c)交变电流的方向在中性面的两侧是相反的.(2)线圈平面处于跟中性面垂直的位置时，线圈平面平行于磁感线，磁通量为零，磁通量的变化率最大，感应电动势、感应电流均最大，电流方向不变.三．交变电流的变化规律如图5－1－1所示为矩形线圈在匀强磁场中匀速转动的四个过程：从中性面计时，t时刻线圈中的感应电动势e的推导：d(c)当以线圈通过中性面为计时起点时，交变电流的函数表达式：e=E m sinωt，其中E m=2NBL v=NBωS；i=I m sinωt，其中I m=E m/R。
图5－1－2所示为以线圈通过中性面时为计时起点的交变电流的e－t和i-t图象：三、反思总结1.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动（绕与磁场垂直的轴）时，线圈中产生正弦交变电流，从中性面开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为：e =NBS ωsin ωt= E m sin ωt e —ωt 图线是一条正弦曲线. 2.中性面特点：Φ最大，而e =0. 四、当堂检测1、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少一半，其它条件不变，则电动势为（ ）A 、e= E m sin （ωt/2）B 、e= 2E m sin （ωt/2）C 、e= E m sin2ωtD 、e=E m /2sin2ωt2、如图是一个正弦交变电流的i —t 图象，根据这一图象，该交流电的瞬时值表达式为-----------A课后练习与提高1、如图甲中所示，一矩形线圈abcd 在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线圈所围面积的磁通量Φ随时间t 变化的规律如图乙所示，下列论述正确的是（ ） A 、t 1时刻线圈中感应电动势最大； B 、t 2时刻导线ad 的速度方向跟磁感线垂直；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方向相同2、如图所示，一交流发电机的线圈在匀强磁场中匀速转动，线圈匝数阻r=3Ω，ab=cd=0.5m ，bc=ad=0.4m ，磁感应强度B=0.5T ， 电阻R=311Ω，当线圈以n=300r/min 的转速匀速转动时，求：⑴感应电动势的最大值；⑵t=0时刻，线圈在图示位置，写出此交变电流电动势的瞬时值表达式；（3）从图示位置开始线圈转过90°的过程中通过电阻R的电荷量。
高中物理选修3-2优质学案：5.1 交变电流
1交变电流[学科素养与目标要求]物理观念：1.理解交变电流和直流的概念.2.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、峰值的物理意义.科学思维：1.从法拉第电磁感应定律和楞次定律分析感应电流的产生过程，会推导电动势和交变电流随时间的变化规律.2.认识交变电流的图象，并根据图象解决具体问题.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1.中性面(1)中性面：与磁感线垂直的平面.(2)当线圈平面位于中性面时，线圈中的磁通量最大，线圈中的电流为零，且线圈平面经过中性面时，电流方向就发生改变，故线圈转动一周电流方向改变两次.2.从中性面开始计时，线圈中产生的电动势的瞬时值表达式：e＝E m sinωt，E m叫做电动势的峰值.1.判断下列说法的正误.(1)如图1所示的电流为交流电.(×)图1(2)如图2所示的电流为交流电.(√)图2(3)只要线圈在磁场中转动，就可以产生交变电流.(×)(4)线圈在通过中性面时磁通量最大，电流也最大.(×)(5)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20cm，线圈总电阻为1Ω，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3所示，匀强磁场的磁感应强度为0.5T，该线圈产生的感应电动势的峰值为__________，感应电流的峰值为________，在图示位置时感应电动势为________，从图示位置转过90°时感应电动势为________.图3[答案] 6.28V 6.28A 6.28V0[解析]电动势的峰值为E m＝nBSω＝10×0.5×0.22×10πV≈6.28V电流的峰值为I m＝E m＝6.28AR题图所示位置线圈中产生的感应电动势最大，为6.28V从题图所示位置转过90°时，位于中性面上，切割磁感线的两边的速度与磁感线平行，感应电动势为0.一、交变电流的产生1.交变电流的产生过程分析假定线圈绕OO′轴沿逆时针方向匀速转动，如图4甲至丁所示，在四个过程中线圈中的电流方向如下表所示.图42.两个特殊位置(1)中性面(S ⊥B 位置，如图中的甲、丙)线圈平面与磁场垂直的位置，此时通过线圈的磁通量Φ最大，磁通量变化率ΔΦΔt 为0，电动势e 为0，电流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，如图中的乙、丁)此时通过线圈的磁通量Φ为0，磁通量变化率ΔΦΔt最大，电动势e 最大，电流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 1.感应电动势随时间的变化规律如图5所示，线圈平面绕OO ′(O 为bc 边的中点，O ′为ad 边的中点)所在直线从中性面开始转动，角速度为ω.ab 边长为L 1，bc 边长为L 2，磁感应强度为B .图5(1)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为ωt ，则ab 边切割磁感线产生的感应电动势 e ab ＝BL 1v sin ωt ＝BL 1L 2ω2sin ωt ＝12BSωsin ωtcd 边切割磁感线产生的感应电动势e cd ＝e ab 整个线圈中的感应电动势e ＝e ab ＋e cd ＝BSωsin ωt .(2)若线圈的匝数为N ，则整个线圈产生的感应电动势e ＝NBSωsin ωt . 2.峰值E m ＝nBSω，I m ＝E m R ＋r ＝nBSωR ＋r ，U m ＝I m R ＝nBSωR R ＋r说明：峰值由线圈匝数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6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.图63.正弦式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 sinωt，i＝I m sinωt，u＝U m sinωt(2)从与中性面垂直的位置开始计时e＝E m cosωt，i＝I m cosωt，u＝U m cosωt.例2 一矩形线圈，面积是0.05m 2，共100匝，线圈电阻r ＝2Ω，外接电阻R ＝8Ω，线圈在磁感应强度B ＝1πT 的匀强磁场中以n ＝300r/min的转速绕垂直于磁感线的轴匀速转动，如图7所示，若从中性面开始计时，求：图7(1)线圈中感应电动势的瞬时值表达式；(2)从开始计时经130s 时线圈中感应电流的瞬时值；(3)外电路R 两端电压瞬时值的表达式.[答案] (1)e ＝50sin10πt (V) (2)532A (3)u ＝40sin10πt (V)[解析] (1)线圈转速n ＝300 r/min ＝5 r/s ， 角速度ω＝2πn ＝10πrad/s ，线圈产生的感应电动势最大值E m ＝NBSω＝50V ，由此得到的感应电动势瞬时值表达式为e ＝E m sin ωt ＝50sin10πt (V). (2)将t ＝130s 代入感应电动势瞬时值表达式中，得e ′＝50sin (10π×130) V ＝253V ，对应的感应电流i ′＝e ′R ＋r＝532 A.(3)由闭合电路欧姆定律得u ＝eR ＋rR ＝40sin10πt (V).提示 注意确定线圈转动从哪个位置开始计时，从而确定表达式是正弦函数还是余弦函数. 三、交变电流的图象如图8甲、乙所示，从图象中可以解读到以下信息：图8(1)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：①e ＝0(或i ＝0)时：线圈位于中性面上，此时ΔΦΔt ＝0，Φ最大.②e 最大(或i 最大)时：线圈平行于磁感线，此时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(2017·海安高级中学高二上学期期中)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 边垂直.在t＝0时刻，线圈平面与纸面重合，如图9所示，线圈的cd边离开纸面向外运动.若规定沿a→b→c→d→a方向的感应电流为正，则图中能反映线圈中感应电流i随时间t变化的图象是()图9[答案] C[解析]线圈在磁场中从题图位置开始匀速转动时可以产生按余弦规律变化的交流电.对于题图起始时刻，线圈的cd边离开纸面向纸外运动，速度方向和磁场方向垂直，产生的电动势的瞬时值最大；用右手定则判断出电流方向为a→b→c→d→a，与规定的正方向相同，所以C 正确.例4(多选)矩形线框在匀强磁场内绕垂直磁场方向的轴匀速转动的过程中，线框输出的交流电压随时间变化的图象如图10所示，下列说法正确的是()图10A.第1s 末线圈平面垂直于磁场，通过线圈的磁通量变化率最大B.第1s 末线圈平面平行于磁场，通过线圈的磁通量变化率最大C.第2s 末线圈平面平行于磁场，通过线圈的磁通量最小D.第2s 末线圈平面垂直于磁场，通过线圈的磁通量最大[答案] BD[解析] 第1s 末，u 最大，e 最大，则ΔΦΔt最大，线圈平面平行于磁感线，A 错，B 对；第2s 末，e ＝0，ΔΦΔt＝0，Φ最大，线圈位于中性面上，C 错，D 对. [学科素养] 通过以上例题，使学生进一步熟悉：1.中性面是线圈平面与磁场垂直的位置.2.当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，且从中性面位置开始计时时，线圈中产生的感应电流是正弦交流电，满足表达式e ＝E m sin ωt ，i ＝I m sin ωt ，u ＝U m sin ωt ，也可用正弦图象表示e －t 、i －t 、u －t 的变化规律.通过这样的提炼和升华，较好地体现了“物理观念”和“科学思维”的学科素养.1.(交变电流的产生)(多选)如图中哪些情况线圈中产生了交变电流()[答案]BCD[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殊要求，故选项B、C、D正确.2.(交变电流的产生和变化规律)(2018·北京市丰台区下学期综合练习)如图11所示，(a)→(b)→(c)→(d)→(e)过程是交流发电机发电的示意图，线圈的ab边连在金属滑环K上，cd 边连在金属滑环L上，用导体制成的两个电刷分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路连接.下列说法正确的是()图11A.图(a)中，线圈平面与磁感线垂直，磁通量变化率最大B.从图(b)开始计时，线圈中电流i随时间t变化的关系是i＝I m sinωtC.当线圈转到图(c)位置时，感应电流最小，且感应电流方向改变D.当线圈转到图(d)位置时，感应电动势最小，ab边感应电流方向为b→a[答案] C[解析]题图(a)中，线圈在中性面位置，故穿过线圈的磁通量最大，磁通量变化率为0，故A 错误；从线圈在中性面位置开始计时的表达式才是i＝I m sinωt，故B错误；当线圈转到题图(c)位置时，线圈在中性面位置，故穿过线圈的磁通量最大，产生的感应电流最小，为零，电流方向将改变，故C正确；当线圈转到题图(d)位置时，穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最大，故感应电动势最大，ab边感应电流方向为b→a，故D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12甲所示，则下列说法中正确的是()图12A.t＝0时刻，线圈平面与中性面垂直B.t＝0.01s时刻，Φ的变化率最大C.t＝0.02s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＝0.01s时刻，穿过线圈的磁通量为零，但变化率最大，故A项错误，B项正确；t＝0.02s时刻，感应电动势应为零，故C、D项错误.4.(交变电流的变化规律)如图13所示，匀强磁场的磁感应强度B＝2πT，边长L＝10cm的正方形线圈abcd共100匝，线圈总电阻r＝1Ω，线圈绕垂直于磁感线的轴OO′匀速转动，角速度ω＝2πrad/s，外电路电阻R＝4Ω.求：图13(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)22V (2)e ＝22cos2πt (V) (3)65A [解析] (1)设转动过程中线圈中感应电动势的最大值为E m ，则E m ＝NBL 2ω＝100×2π×0.12×2πV ＝22V.(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 ＝22cos2πt (V)(3)从图示位置转过30°角时感应电动势的瞬时值e ′＝22cos30°＝6V ，i ＝e ′R ＋r ＝65A.。
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姓名班级组别组内评价教师评价编写人：韩秀琴审核：高二物理组编号：2016-（3-2）-08 日期：2016/02/26
§5.1交变电流
1．能准确说出交变电流的定义，并能区分直流和交变电流。
2．能分析出线圈转动一周过程中电动势和电流方向变化情况，能准确找出中性面。
能推导出正弦式交变电流瞬时值的表达式，知道峰值、瞬时值的物理意义。
【自主学习】
1、交变电流
（1）交变电流（AC）：和随时间做周期性变化的电
流，简称交流。
（2）直流（DC）：不随时间变化的电流。
2．交变电流的产生
（1）产生原理：在匀强磁场中，矩形线圈绕在线圈平面内
且垂直于磁感线的轴匀速转动，线圈中就会产生
电流。
如图所示。
（2）中性面：线圈平面与磁场的位置。
3．交变电流的变化规律
（1）正弦（余弦）式交变电流
①定义：按（余弦）规律变化的交变电流，简称
②函数和图像：
瞬时电动势（电压、电流）：e= ，u= ，i= 。
表达式中E m、U m、I m分别是电动势、电压、电流的，e、u、i则是这几个量的。
（2）其他交变电流：
【合作探究】
探究一：交变电流的产生
如图所示，闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向
的轴OO’（OO’在AD、BC边中点的连线上）匀速转动，
结合课本5.1-3示意图分析、思考并回答下面问题：
1．线圈转动过程中哪些边会产生电动势？请尝试画出线
圈从该位置开始转过π/6、π/2、5π/6、π、4π/3、3π/2、5π/3、
2π角度的正视图（平面图），并标出相应位置时AB、CD
边的电流方向。
2．线圈转到什么位置时线圈中电流方向会发生改变？此位置平面又叫做什么？
3．当线圈转到什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置时线圈中电流最大？
4．这些位置磁通量及磁通量的变化率有什么特点？
探究二：交变电流的变化规律
如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B，一矩形线圈位
于匀强磁场中，线圈AB边长l1，BC边长l2。
现使线圈绕垂
直于磁场方向的轴OO’以角速度ω匀速转动（OO’与AD、
BC中点连线重合），试推导线圈在由图示位置转过θ时产生
的感应电动势表达式。
【当堂检测】
1、如图中哪些情况下线圈中产生了交流电()
2、矩形线圈的匝数为50匝，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图所示.下列结论正确的是（）
A．在t=0.1 s和t=0.3 s时，电动势最大
B．在t=0.2 s和t=0.4 s时，电动势改变方向
C．电动势的最大值是157 V
D．在t=0.4 s时，磁通量变化率最大，其值为3.14 Wb/s
3、如图所示，矩形线圈边长为ab＝20 cm，bc＝10 cm，匝数N＝100匝，磁场的磁感应强度B＝0.01 T．当线圈以n＝50 r/s的转速从图示位置开始逆时针匀速转动时，求(1)线圈中交变电动势瞬时值表达式；(2)从线圈开始计时起，经0.01s时感应电动势的瞬时值．。