高中物理-交变电流导学案

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高中物理-交变电流导学案

一、学习目标:

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。

二、课前预习

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:

4、预习检测:

1.下列各图中,表示为交变电流的是()

2.如图所示,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。则从该时刻开始,线圈转过90°的过程中()

A.穿过线圈的磁通量逐渐增大,感应电动势逐渐减小

B.穿过线圈的磁通量逐渐增大,感应电动势逐渐增大

C.穿过线圈的磁通量逐渐减小,感应电动势逐渐增大

D.穿过线圈的磁通量逐渐减小,感应电动势逐渐减小

3.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

的轴匀速转动,转动过程中线圈中产生的感应电动势的瞬时值为

e=0.5sin20πt (V),由该表达式可推出的物理量是()

A.匀强磁场的磁感应强度B.线圈转动的角速度

C.线圈产生的感应电动势的最大值D.t=0.025s时线圈中的感应电动势的值

探究案:

探究一:交变电流和直流

把小灯泡分别接在干电池和自制变压器两端,灯泡

都发光,用传感器器分别显示出小灯泡两端的电压随时

间变化的波形如图,请说出两种电压的特点。

说明:交变电流从广义上讲是方向和大小随时间做周期性变化的电动势、电压和电流的统称。

针对

练习

1:下

列各

图中,表示为交变电流的是()

探究二: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?

探究三: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。

思考1:从推导过程看,正弦式交变电流的峰值与线圈的形状、转轴的位置有关吗?

思考2:画出正弦式交变电流(e、u或i)随时间变化的图像,从图像上能获取哪些信息?

结合前面的推导过程,你能猜想出穿过线圈平面的磁通量随时间变化的图像吗(Φ-t图像)?画出这两个图像,并完成表格。若计时起点不同,图像的形状还一样吗?

中性面中性面的

课上练习:1、如图中哪些情况下线圈中产生了交流电( BCD )

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( CD ) 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. 课后练习

1、一单匝闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动,在转动过程中,线框中的最大磁通量为Фm ,最大感应电动势为E m ,则下列说法中正确的是( )

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 磁通量的变化率

感应电动势(电流) 电流方向(改变,不变)

A.当穿过线框的磁通量为零时,感应电动势也为零

B.当穿过线框的磁通量减小时,感应电动势在增大

C.当穿过线框的磁通量等于0.5Фm时,感应电动势等于0.5E m

D.线框转动的角速度ω= E m /Фm

2、线圈在匀强磁场中匀速转动,产生交变电流的图象如图

所示,由图示可知()

A.在A和C时刻线圈处于磁通量变化率最大位置

B.在A和C时刻穿过线圈的磁通量为最大

C.在B时刻到D时刻线圈转过的角度为π弧度

D.若从B时刻到D时刻经过0.01s,则在1s内交变电流的方向改变100次

3、交流发电机在工作时电动势为e=Emsinωt,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 sin ωt

2 B .e′=2E m sin

ωt

2

C.e′=E m sin2ωt D.e′=Em

2sin2ωt

4、如图所示,①、②两个并排放置的共轴

线圈,①中通有如图所示的交流电,则下列

判断正确的是()

A.在t1到t2时间内,①②相吸

B.在t2到t3时间内,①②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

5、如图所示,单匝矩形线圈的一半放在具有理想边界的匀强磁

场中,线圈轴线OO′与磁场边界重合.线圈按图示方向匀速转

动.若从图示位置开始计时,并规定电流方向沿a→b→c→d→a

为正方向,则线圈内感应电流随时间变化的图像是下列图中的( )

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