江蘇省東臺(tái)市高中物理 第五章 交變電流 5.1 交變電流導(dǎo)學(xué)案新人教版選修3-2.doc

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5.1 交變電流 班級(jí) 姓名 ， 1課時(shí) 使用時(shí)間 一． 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1．理解交變電流的產(chǎn)生原理，掌握交變電流的變化規(guī)律． 2．知道正弦式電流的圖像． 3．知道交流發(fā)電機(jī)的構(gòu)造和分類． 2．掌握用圖像描述交變電流 重點(diǎn) 交變電流產(chǎn)生的物理過程的分析。 難點(diǎn) 交變電流的變化規(guī)律及應(yīng)用。 二、自學(xué)檢測(cè) （一）．交變電流 （1）________隨時(shí)間做_________變化的電流叫做交變電流，簡(jiǎn)稱交流； （2）________不隨時(shí)間變化的電流稱為直流； （3）________和_______都不隨時(shí)間變化的電流叫做_________電流； （二）．交變電流的產(chǎn)生 （1）在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，磁通量最大時(shí)，磁通量的變化率__________；磁通量為0時(shí)，磁通量變化率_______；感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小由_____________________決定，與___________無關(guān)。 （2）線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，感應(yīng)電流方向改變______次 （3）中性面：_______________________________，如圖有________、_________位置；中性面的相關(guān)特點(diǎn)：磁通量___________，磁通量的變化率____________，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e＝________，________感應(yīng)電流 （4）峰值面： ，如圖有________、_________位置；峰值面的相關(guān)特點(diǎn)：磁通量___________，磁通量的變化率____________，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e＝________，________感應(yīng)電流 三、合作探究 出示單相交流發(fā)電機(jī)，引導(dǎo)學(xué)生首先觀察它的主要構(gòu)造。演示：將手搖發(fā)電機(jī)模型與小燈泡組成閉合電路。當(dāng)線框快速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，觀察到什么現(xiàn)象? 這種大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化電流，叫做交變電流。 1、交變電流的產(chǎn)生 為什么矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)線圈里能產(chǎn)生交變電流？ 當(dāng)abcd線圈在磁場(chǎng)中繞OO′軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，哪些邊切割磁感線? 當(dāng)ab邊向右、cd邊向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，線圈中感應(yīng)電流的方向 ？ 當(dāng)ab邊向左、cd邊向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，線圈中感應(yīng)電流的方向如何? 平面與磁感線平行時(shí)，ab邊與cd邊線速度方向都跟磁感線方向垂直，即兩邊都垂直切割磁感線，此時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大。 線圈轉(zhuǎn)到什么位置時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小? 歸納小結(jié)：（1）中性面——線框平面與磁感線垂直的位置。 （2）線圈處于中性面位置時(shí)，穿過線圈Φ最大，但=0。 （3）線圈越過中性面，線圈中I感方向要改變。線圈轉(zhuǎn)一周，感應(yīng)電流方向改變兩次。2．交變電流的變化規(guī)律 設(shè)線圈平面從中性面開始轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度是ω。經(jīng)過時(shí)間t，線圈轉(zhuǎn)過的角度是ωt，ab邊的線速度v的方向跟磁感線方向間的夾角也等于ωt，如右圖所示。設(shè)ab邊長(zhǎng)為L(zhǎng)1，bc邊長(zhǎng)L2，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，這時(shí)ab邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)多大? 此時(shí)整個(gè)線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)多大? 若線圈有N匝時(shí)，相當(dāng)于N個(gè)完全相同的電源串聯(lián)，e=NBL1L2ωsinωt，令Em=NBL1L2ω，叫做感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值，e叫做感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值。 根據(jù)部分電路歐姆定律，電壓的最大值Um=ImR，電壓的瞬時(shí)值U=Umsinωt。 電動(dòng)勢(shì)、電流與電壓的瞬時(shí)值與時(shí)間的關(guān)系可以用正弦曲線來表示 3．幾種常見的交變電波形 歸納小結(jié) 1．矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈中產(chǎn)生正弦式交變電流。 2．從中性面開始計(jì)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的表達(dá)式為e=NBSωsinωt，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為Em=NBSω。 3．中性面的特點(diǎn)：磁通量最大為Φm，但e=0。 例1：如圖所示的的幾種電流隨時(shí)間變化的圖線中，屬于交變電流的是_______，屬于正弦式交變電流的是______。 例2、交流發(fā)電機(jī)中，如果ab邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，bc邊長(zhǎng)為L(zhǎng)‘，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為ω，線圈匝數(shù)為n，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，線圈電阻為r，外電路電阻為R，求： （1）交變電動(dòng)勢(shì)的峰值Em； （2）路端電壓最大值Um 。 例3、 如圖所示，有一閉合的正方形線圈，匝數(shù)N=100匝，邊長(zhǎng)為10 cm，線圈總電阻為10 Ω．線圈繞OO′軸在B=0．5 T 的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，每分鐘轉(zhuǎn)1500轉(zhuǎn)．求線圈平面從圖示位置轉(zhuǎn)過30時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的值是多少． 思路：（1）確定線圈轉(zhuǎn)動(dòng)是從哪個(gè)位置開始計(jì)時(shí)． （2）確定表達(dá)式是正弦還是余弦． （3）確定轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω及N、B．S等． （4）求出峰值Em，寫出表達(dá)式，代入角速度求瞬時(shí)值． 【當(dāng)堂訓(xùn)練】 1、某交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與時(shí)間的關(guān)系如圖所示。如果其他條件不變，僅使線圈的轉(zhuǎn)速加倍，則交流電動(dòng)勢(shì)的最大值的周期分別為（ ） A．400v 0．02s B．200v 0．02s C．400v 0．08s D．200v 0．08s 2、一矩形線圈繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖所示，下面說法中正確的是（ ） A．T1時(shí)刻通過線圈的磁通量為零； B．T2時(shí)刻通過線圈的磁通量的絕對(duì)值最大； C．T3時(shí)刻通過線圈的磁通量變化率的絕對(duì)值最大； D．每當(dāng)e變換方向時(shí)，通過線圈的磁通量的絕對(duì)值都為最大。 3、一臺(tái)發(fā)電機(jī)在產(chǎn)生正弦式電流。如果發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)的峰值為Em=400V，線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω=314rad/s，試寫出電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的表達(dá)式。如果這個(gè)發(fā)電機(jī)的外電路只有電阻元件，總電阻為2000Ω，電路中電流的峰值是多少？寫出電流瞬時(shí)值的表達(dá)式。 四、檢測(cè)清盤 1．矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，下列說法中正確的是（ ） A．在中性面時(shí)，通過線圈的磁通量最大 B．在中性面時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大 C．穿過線圈的磁通量為零時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也為零 D．穿過線圈的磁通量為零時(shí)，磁通量的變化率也為零 2．對(duì)于正弦交流電，下列說法正確的是： （ ） A． 線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，電流方向改變兩次 B．線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，電流大小不變。 C．線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，電流大小隨時(shí)改變 D．線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，電流大小改變四次 3．交流發(fā)電機(jī)在工作時(shí)電動(dòng)勢(shì)為e＝Emsin ωt，若將發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速提高一倍，同時(shí)將電樞所圍面積減小一半，其他條件不變，則其電動(dòng)勢(shì)變?yōu)椋? ） A．e′＝Emsin　 B．e′＝2Emsin C．e′＝Emsin 2ωt D．e′＝sin 2ωt 4．一束帶電粒子沿著通有交流電的螺線管的軸線射入管內(nèi)，則粒子在管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是（ ） A．往復(fù)運(yùn)動(dòng) B．勻速直線運(yùn)動(dòng) C．勻加速直線運(yùn)動(dòng) D．勻速圓周運(yùn)動(dòng) 5．如圖所示，矩形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中可以分別繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸P1和P2以相同的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到與磁場(chǎng)方向平行時(shí)（ ） A．線圈繞P1或P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電流的方向相同，都是a→d→c→b→a B．線圈繞P1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電動(dòng)勢(shì)小于繞P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電動(dòng)勢(shì) C．線圈繞P1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電流等于繞P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電流 D．線圈繞P1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)dc邊受到的安培力大于繞P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)dc邊受到的安培力 6．如圖所示，一矩形閉合線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)軸OO′以恒定的角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)，從線圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)開始計(jì)時(shí)，則在0～這段時(shí)間內(nèi)（ ） A．線圈中的感應(yīng)電流一直在減小 B．線圈中的感應(yīng)電流先增大后減小 C．穿過線圈的磁通量一直在減小 D．穿過線圈的磁通量的變化率一直在減小 7．矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)e-t圖像如圖，則在時(shí)刻（　 ?。? A．t1，t3線圈通過中性面 B．t2，t4線圈中磁通量最大 C．t1，t3線圈中磁通量變化率最大 D．t2，t4線圈平面與中性面垂直 8．閉合線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的交流電瞬時(shí)值的表達(dá)式為i=0．2sin100πt，從t＝0到第一次出現(xiàn)通過線圈的磁通量變化率最大值的時(shí)間為（ ） 　A．1/50 s　　　 B．1/100 s　　　C．1/200 s　　　 D1/400 s 9．如圖所示，一線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過圖所示位置時(shí)，（ ） A．穿過線圈的磁通量最大，磁通量的變化率最小 B．穿過線圈的磁通量最大，磁通量的變化率最大 C．穿過線圈的磁通量最小，磁通量的變化率最大 D．穿過線圈的磁通量最小，磁通量的變化率最小 11．矩形線圈的面積為S，匝數(shù)為n，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，繞垂直于磁場(chǎng)的軸OO以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)到線圈平面與磁場(chǎng)垂直的圖示位置時(shí)（ ） A．線圈中的電動(dòng)勢(shì)為0 B．線圈中的電動(dòng)勢(shì)為 C．穿過線圈的磁通量為0 D．線圈不受安培力作用 五、學(xué)有所得