人教版選修32 交變電流 第1課時(shí) 學(xué)案.docx

交變電流的產(chǎn)生及描述一、交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律1交變電流：大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流2正弦交流電(1)產(chǎn)生：在勻強(qiáng)磁場里，線圈繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)(2)中性面定義：與磁場垂直的平面特點(diǎn)：線圈位于中性面時(shí)，穿過線圈的磁通量最大，磁通量的變化率為零，感應(yīng)電動(dòng)勢為零線圈每經(jīng)過中性面一次，電流的方向就改變一次(3)變化規(guī)律(線圈在中性面位置開始計(jì)時(shí))電動(dòng)勢(e)：eemsin t.電壓(u)：uumsin_t.電流(i)：iimsin_t.(4)圖象(如圖所示)二、描述交變電流的物理量1交變電流的周期和頻率的關(guān)系：t.2峰值和有效值(1)峰值：交變電流的峰值是它能達(dá)到的最大值(2)有效值：讓交變電流與恒定電流分別通過大小相同的電阻，如果在交流的一個(gè)周期內(nèi)它們產(chǎn)生的熱量相等，則這個(gè)恒定電流i、恒定電壓u就是這個(gè)交變電流的有效值(3)正弦式交變電流的有效值與峰值之間的關(guān)系i，u，e.3平均值：n.自我診斷1判斷正誤(1)交變電流的主要特征是電流的方向隨時(shí)間周期性變化()(2)大小變化而方向不變的電流也叫交變電流()(3)線圈經(jīng)過中性面時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢最大()(4)在一個(gè)周期內(nèi)，正弦交流電的方向改變兩次()(5)最大值和有效值之間的倍關(guān)系只適用于正弦(余弦)交流電()(6)交流電壓表及交流電流表的讀數(shù)均為峰值()2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)磁場中，繞垂直于磁場的軸oo以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)當(dāng)轉(zhuǎn)到線圈平面與磁場垂直的圖示位置時(shí)()a線圈中的電動(dòng)勢為nbsb線圈中的電動(dòng)勢為0c穿過線圈的磁通量為0d穿過線圈的磁通量變化率最大解析：選b.圖示時(shí)刻線框的四邊都不切割磁感線，不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，即線圈中的電動(dòng)勢為0，故選項(xiàng)a錯(cuò)誤，選項(xiàng)b正確；圖示時(shí)刻線框與磁場垂直，磁通量最大，為bs，故選項(xiàng)c錯(cuò)誤；圖示位置線圈中的電動(dòng)勢為0，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律en可知穿過線圈的磁通量變化率為0，故選項(xiàng)d錯(cuò)誤3(多選)某小型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢為e50sin 100t(v)對此電動(dòng)勢，下列表述正確的有()a最大值是50 vb頻率是100 hzc有效值是25 v d周期是0.02 s解析：選cd.由eemsin t50sin 100 t(v)可知，em50 v，e有效25 v，100 rad/s，t0.02 s，f50 hz，c、d正確4一個(gè)小型電熱器若接在輸出電壓為10 v的直流電源上，消耗電功率為p；若把它接在某個(gè)正弦交流電源上，其消耗的電功率為.如果電熱器電阻不變，則此交流電源輸出電壓的最大值為()a5 v b5 vc10 v d10 v解析：選c.電熱器接到直流電源上，由功率表達(dá)式p可知，p.當(dāng)其接到交流電源時(shí)，有，則u2u1，u2為正弦交流電的有效值，則此交流電的最大值umu210 v，c正確5某手搖交流發(fā)電機(jī)，其線圈繞垂直于勻強(qiáng)磁場方向的軸(位于線圈平面內(nèi))勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的交變電流i隨時(shí)間t變化的圖象如圖，由圖象可知()a該交變電流頻率是0.4 hzb該交變電流有效值是0.8 ac該交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式是i0.8sin(5t)adt0.1 s時(shí)穿過線圈平面的磁通量最大解析：選c.根據(jù)電流隨時(shí)間變化的圖象知，交流電的周期為0.4 s，故交流電的頻率為2.5 hz，a錯(cuò)誤；交變電流的最大值為0.8 a，有效值為0.4 a，b錯(cuò)誤；把5 rad/s代入正弦式交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式得i0.8sin(5t)a，c正確；t0.1 s時(shí)，電流最大，此時(shí)穿過線圈平面的磁通量為零，d錯(cuò)誤考點(diǎn)一正弦交變電流的產(chǎn)生與瞬時(shí)值表達(dá)式1正弦式交變電流的變化規(guī)律及對應(yīng)圖象(線圈在中性面位置開始計(jì)時(shí))函數(shù)圖象磁通量mcos tbscos t電動(dòng)勢eemsin tnbssin t電壓uumsin tsin t電流iimsin t sin t2.兩個(gè)特殊位置的特點(diǎn)(1)線圈平面與中性面重合時(shí)，sb，最大，0，e0，i0，電流方向發(fā)生改變(2)線圈平面與中性面垂直時(shí)，sb，0，最大，e最大，i最大，電流方向不改變考向1：正弦交變電流的產(chǎn)生(1)解決此類問題的關(guān)鍵在于把線圈在勻強(qiáng)磁場中的具體位置與轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)刻對應(yīng)好，也就是電流的變化規(guī)律與線圈在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)的具體情境對應(yīng)好(2)交變電動(dòng)勢的最大值emnbs，與轉(zhuǎn)軸位置無關(guān)，與線圈形狀無關(guān)典例1如圖所示，矩形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場中可以分別繞垂直于磁場方向的軸p1和p2以相同的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到與磁場方向平行時(shí)()a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b線圈繞p1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電動(dòng)勢小于繞p2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電動(dòng)勢c線圈繞p1和p2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電流的方向相同，都是abcdad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邊受到的安培力解析線圈繞垂直于磁場方向的軸轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生交變電流，產(chǎn)生的電流、電動(dòng)勢及線圈各邊所受安培力大小與轉(zhuǎn)軸所在位置無關(guān)，故a對，b、d錯(cuò)；圖示時(shí)刻產(chǎn)生電流的方向?yàn)閍dcba，故c錯(cuò)答案a考向2：交變電流的圖象(1)由圖象可讀出交變電流的電壓或電流的最大值，進(jìn)而利用正弦式交變電流最大值與有效值的關(guān)系得到有效值(2)由圖象可讀出交變電流的變化周期t，然后計(jì)算得出角速度.(3)根據(jù)最大值、角速度等信息可以寫出交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式典例2 (多選)如圖甲所示，在勻強(qiáng)磁場中，一矩形金屬線圈兩次分別以不同的轉(zhuǎn)速繞與磁感線垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢如圖乙中曲線a、b所示，則下列說法正確的是()a曲線a表示的交變電動(dòng)勢瞬時(shí)值ea36 sin 25t vb曲線b表示的交變電動(dòng)勢最大值為28.8 vct5102 s時(shí)，曲線a、b對應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢大小之比為32dt6102 s時(shí)，曲線a對應(yīng)線框的磁通量最大，曲線b對應(yīng)線框的磁通量為0解析由圖乙可知，ema36 v，a rad/s25 rad/s，則曲線a表示的交變電動(dòng)勢瞬時(shí)值eaemasin at36 sin 25t v，故a正確；由圖乙知曲線a、b表示的交變電流的周期之比為tatb(8102)(12102)23，由可知abtbta32，所以曲線a、b表示的交變電動(dòng)勢的最大值之比emaembnbsanbsbab32，又知ema36 v，則emb24 v，故b錯(cuò)誤；曲線a表示的交變電動(dòng)勢瞬時(shí)值ea36 sin 25t v，曲線b表示的交變電動(dòng)勢瞬時(shí)值eb24 sint v，將t5102 s代入，得ea18 v，eb12 v，|ea|eb32，故c正確；由圖乙知t6102 s時(shí)，a的電動(dòng)勢最大，對應(yīng)線框的磁通量為0，b的電動(dòng)勢為0，對應(yīng)線框的磁通量最大，故d錯(cuò)誤答案ac考向3：交變電流瞬時(shí)值的書寫交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式的推導(dǎo)思路(1)先求電動(dòng)勢的最大值emnbs；(2)求出角速度，；(3)明確從哪一位置開始計(jì)時(shí)，從而確定是正弦函數(shù)還是余弦函數(shù)；(4)寫出瞬時(shí)值的表達(dá)式典例3圖甲是交流發(fā)電機(jī)模型示意圖在磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場中，有一矩形線圈abcd可繞線圈平面內(nèi)垂直于磁感線的軸oo轉(zhuǎn)動(dòng)，由線圈引出的導(dǎo)線ae和df分別與兩個(gè)跟線圈一起繞oo轉(zhuǎn)動(dòng)的金屬圓環(huán)相連接，金屬圓環(huán)又分別與兩個(gè)固定的電刷保持滑動(dòng)接觸，這樣矩形線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)中就可以保持和外電路電阻r形成閉合電路圖乙是線圈的主視圖，導(dǎo)線ab和cd分別用它們的橫截面來表示已知ab長度為l1，bc長度為l2，線圈以恒定角速度逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)(只考慮單匝線圈)(1)線圈平面處于中性面位置時(shí)開始計(jì)時(shí)，試推導(dǎo)t時(shí)刻整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢e1的表達(dá)式；(2)線圈平面處于與中性面成0夾角位置時(shí)開始計(jì)時(shí)，如圖丙所示，試寫出t時(shí)刻整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢e2的表達(dá)式解析(1)矩形線圈abcd在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，ab、cd切割磁感線，且轉(zhuǎn)動(dòng)的半徑為r，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)ab、cd的線速度vr，且與磁場方向的夾角為t，所以，整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢e12bl1vsin tbl1l2sin t.(2)當(dāng)t0時(shí)，線圈平面與中性面的夾角為0，則t時(shí)刻時(shí)，線圈平面與中性面的夾角為t0故此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值e22bl1vsin(t0)bl1l2sin(t0)答案(1)e1bl1l2sin t(2)e2bl1l2sin (t0)(1)交變電流圖象問題的三點(diǎn)注意只有當(dāng)線圈從中性面位置開始計(jì)時(shí)，電流的瞬時(shí)值表達(dá)式才是正弦形式，其變化規(guī)律與線圈的形狀及轉(zhuǎn)動(dòng)軸處于線圈平面內(nèi)的位置無關(guān)注意峰值公式emnbs中的s為有效面積在解決有關(guān)交變電流的圖象問題時(shí)，應(yīng)先把交變電流的圖象與線圈