《交變電流的產(chǎn)生和描述》導(dǎo)學(xué)案3.doc

交變電流的產(chǎn)生和描述學(xué)習(xí)目標(biāo)（一）知識與技能1使學(xué)生理解交變電流的產(chǎn)生原理，知道什么是中性面。2掌握交變電流的變化規(guī)律及表示方法。3理解交變電流的瞬時值和最大值及中性面的準(zhǔn)確含義。（二）過程與方法1掌握描述物理量的三種基本方法（文字法、公式法、圖象法）。2培養(yǎng)學(xué)生觀察能力，空間想象能力以及將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖形的能力。3培養(yǎng)學(xué)生運用數(shù)學(xué)知識解決物理問題的能力。（三）情感、態(tài)度與價值觀通過實驗觀察，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，體會運用數(shù)學(xué)知識解決物理問題的重要性。教學(xué)重點：1、交變電流的產(chǎn)生、規(guī)律及應(yīng)用.2、描述交變電流的物理量及“四值”的比較.教學(xué)難點：1、交變電流的變化規(guī)律及其應(yīng)用. 2、對有效值的理解.教學(xué)方法：多媒體輔助、歸納總結(jié)、講練結(jié)合教學(xué)用具： 多媒體教學(xué)過程：一、雙基梳理與考點突破：【教師活動】：檢查學(xué)生學(xué)案完成情況，并實物投影一位同學(xué)學(xué)案,更正個別錯誤.【多媒體展示】：導(dǎo)練?！緦W(xué)生活動】：回答導(dǎo)練所列問題。【教師活動】：根據(jù)學(xué)生回答情況，加以點評?！緦W(xué)生活動】：根據(jù)上面的問題總結(jié)這個題考查了哪些知識點。【過渡引入】：下面我們一起復(fù)習(xí)這一節(jié)所涉及知識點?！編熒餐顒印浚豪枚嗝襟w，復(fù)習(xí)回顧各個知識點?！咀灾鲗W(xué)習(xí)】想一想：我們的生活用電就是交流電，怎樣才能產(chǎn)生這樣的生活用電呢？填一填：大小和方向都隨時間做周期性變化的電流稱為交變電流，方向不隨時間變化的電流稱為直流。點一點：如右圖所示，在線圈轉(zhuǎn)動過程中，ab邊和cd邊切割磁感線運動，圖示位置感應(yīng)電流為零，轉(zhuǎn)過90時感應(yīng)電流最大，轉(zhuǎn)過180時感應(yīng)電流為零，轉(zhuǎn)過270時感應(yīng)電流最大，轉(zhuǎn)過360時感應(yīng)電流為零，由此可知：此過程產(chǎn)生的是交變電流，且每次經(jīng)過感應(yīng)電流為零的位置，感應(yīng)電流的方向都會變向。填一填：由法拉第電磁感應(yīng)定律可導(dǎo)出感應(yīng)電動勢e=，則電動勢按正弦規(guī)律變化，我們稱為正弦式交變電流，我們生活用電就是這樣的電流，故負(fù)載兩端的電壓u=，流過負(fù)載的電流i=。議一議：正弦式電流是最簡單又最基本的交變電流，它有怎樣的變化規(guī)律呢？【典例剖析】【例1】一矩形線圈，繞垂直于勻強磁場并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動，線圈中的感應(yīng)電動勢e隨時間t的變化如圖所示。下面說法中正確的是 （ ）At1時刻通過線圈的磁通量為零Bt2時刻通過線圈的磁通量的絕對值最大Ct3時刻通過線圈的磁通量變化率的絕對值最大D每當(dāng)e轉(zhuǎn)換方向時，通過線圈的磁通量的絕對值都為最大解析：t1、t3時刻線圈中的感應(yīng)電動勢e=0，即為線圈經(jīng)過中性面的時刻，此時線圈的磁通量為最大，但磁通量的變化率卻為零，所以選項A、C不正確。t2時刻e=-Em，線圈平面轉(zhuǎn)至與磁感線平行，此時通過線圈的磁通量為零，磁通量的變化率卻最大，故B也不正確。每當(dāng)e變換方向時，也就是線圈通過中性面的時刻，通過線圈的磁通量的絕對值為最大，故D正確。答案：D。點評：磁通量、磁通量的變化 及磁通量的變化率屬于有關(guān)聯(lián)但內(nèi)涵完全不同的三個物理量，必須注意區(qū)分。另外，由法拉第電磁感應(yīng)定律可知E，E與和沒有直接的對應(yīng)關(guān)系?！纠?】在勻強磁場中有一矩形線圈，從中性面開始繞垂直于磁感線的軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生的交變電動勢可以表示為e=Emsint?，F(xiàn)在把線圈的轉(zhuǎn)速增為原來的2倍，試分析并寫出現(xiàn)在的交變電動勢的峰值、交變電動勢的瞬時值表達(dá)式，畫出與其相對應(yīng)的交變電動勢隨時間變化的圖象。解析：當(dāng)線圈的轉(zhuǎn)速增為2倍時，角速度變?yōu)閮杀?，?2，據(jù)交變電動勢的峰值表達(dá)式Em=BS，因B、S不變，此時最大值 Em=BS2=2Em?，F(xiàn)在的交變電動勢的瞬時值表達(dá)式為：e=Emsint=2Emsin2t該交變電動勢隨時間變化的圖象如圖所示。 點評：圖象能應(yīng)用數(shù)學(xué)方法表示物理量之間函數(shù)關(guān)系，要畫出交變電動勢隨時間變化的圖象，需要依據(jù)一個正確的交變電動勢隨時間變化的數(shù)學(xué)表達(dá)式，要寫出正確的交變電動勢瞬時值表達(dá)式，需要知道交變電動勢的最大值和角速度，而這兩個量都與給出的“改變轉(zhuǎn)速”這一條件是相關(guān)的。分析物理圖象的要點：一看：看“軸”、看“線”、看“斜率”、看“點”、看“截距”、看“面積”、看“拐點”，并理解其物理意義。二變：掌握“圖與圖”“圖與式”和“圖與物”之間的變通關(guān)系。三判：在此基礎(chǔ)上進(jìn)行正確的分析和判斷?！纠?】 如圖所示，勻強磁場的磁感應(yīng)強度B=2 T，匝數(shù)n=6的矩形線圈abcd繞中心軸OO勻速轉(zhuǎn)動，角速度=200 rad/s。已知ab=0.1 m，bc=0.2 m，線圈的總電阻R=40，試求：（1）感應(yīng)電動勢的最大值，感應(yīng)電流的最大值；（2）設(shè)時間t=0時線圈平面與磁感線垂直，寫出線圈中感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式；（3）畫出感應(yīng)電流的瞬時值i隨t變化的圖象；（4）當(dāng)t=30時，穿過線圈的磁通量和線圈中的電流的瞬時值各是多大？（5）線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過的過程中，感應(yīng)電動勢的平均值是多大？解析：（1）因為線圈勻速轉(zhuǎn)動，感應(yīng)電動勢的最大值就出現(xiàn)在圖示位置Em=nBS=620.10.2200 V=48 V感應(yīng)電流最大值Im= A=1.2 A（2）感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式：e=Emsint=48sin200t V（3）i-t圖象如圖所示。（4）當(dāng)線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過30角時，穿過線圈的磁通量和感應(yīng)電動勢e分別為：=BL1L2sin30=20.10.2Wb=0.02 Wbe=48sin30V=48V=24 V由歐姆定律可得此時電流瞬時值為：i= A=0.6 A（5）線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過的過程中，磁通量的變化為=BS線圈轉(zhuǎn)過所用的時間t=此過程中交變電動勢的平均值 =n48 V30.6 V。點評：本題信息量大，求解內(nèi)容多，（1）（2）（3）問的解答抓住最大值、瞬時表達(dá)式的組成的特點。第（4）問中磁通量與匝數(shù)是無關(guān)的，通過解第（5）問注意，交變電動勢的平均值不等于最大電動勢的一半?！菊n堂訓(xùn)練】1如圖所示各圖線中表示交變流電的是 （ ） 答案：BCD點評：交流電的大小和方向作周期性變化2交流發(fā)電機的線圈轉(zhuǎn)到線圈平面與中性面重合時，下列說法中正確的是 （ ）A電流將改變方向 B磁場方向和線圈平面平行C線圈的磁通量最大 D線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大答案：AC3矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生交變電流，當(dāng)線圈平面與磁感線方向垂直時穿過線圈的磁通量與產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢e的大小正確的是 （ ）A最大，e最大 B最小，e最小C最小，e最大 D最大，e最小答案：D點評：中性面是線圈平面與磁感線垂直4關(guān)于線圈在勻強磁場中轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的交變電流，以下說法中正確的是 （ ）A線圈平面每經(jīng)過中性面一次，感應(yīng)電流方向就改變一次，感應(yīng)電動勢方向不變B線圈每轉(zhuǎn)動一周，感應(yīng)電流方向就改變一次C線圈平面經(jīng)過中性面一次，感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流的方向都要改變一次D線圈轉(zhuǎn)動一周，感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流方向都要改變一次答案：C點評：將線圈在勻強磁場中轉(zhuǎn)動一周進(jìn)行判斷5一束帶電粒子沿著通有交流電的螺線管中心軸射入管內(nèi)，則粒子在管內(nèi)的運動狀態(tài)是A往復(fù)運動 B勻速直線運動C勻加速直線運動 D勻速圓周運動解析：盡管有交流電通過螺線管導(dǎo)致管內(nèi)的磁場強弱、方向做周期性變化，但是管內(nèi)的磁感線始終與中心軸平行，因此，帶電粒子在管內(nèi)不受洛倫茲力的作用。答案：B點評：管內(nèi)的磁感線平行于軸線6如圖所示，一個位于xOy平面內(nèi)的矩形線圈abcd，處在勻強磁場中，線圈的四個邊分別與x、y軸平行，當(dāng)線圈繞Ox軸勻速轉(zhuǎn)動到與xOy平面重合時，線圈中感應(yīng)電流方向為abcda，并且電流最大.那么關(guān)于磁場方向及線圈轉(zhuǎn)動方向（沿x軸負(fù)方向觀察），下述說法中正確的是A.磁場方向沿x軸正方向，線圈順時針轉(zhuǎn)動B.磁場方向沿y軸正方向，線圈逆時針轉(zhuǎn)動C.磁場方向沿z軸正方向，線圈逆時針轉(zhuǎn)動D.磁場方向沿y軸正方向，線圈順時針轉(zhuǎn)動解析：線圈繞Ox軸勻速轉(zhuǎn)動，且有最大值出現(xiàn)，故磁感應(yīng)強度B方向必定不是沿x軸方向（若是，無感應(yīng)電流產(chǎn)生）；也不是沿z軸方向（若是，此時感應(yīng)電流最小）；只能是沿y軸方向，可根據(jù)楞次定律（或右手定則）判定磁感應(yīng)強度方向為y軸正方向.答案：B7如圖（a）所示，U形金屬導(dǎo)軌水平放置，導(dǎo)軌上跨接一金屬棒ab，與導(dǎo)軌構(gòu)成閉合回路，并能在導(dǎo)軌上自由滑動，在導(dǎo)軌左側(cè)與ab平行放置的導(dǎo)線cd中通以如圖（b）所示的交流電流，規(guī)定電流方向自c向d為正，則ab棒受到向左的安培力的作用時間是 （ ）A0t1 Bt1t2Ct2t3Dt3t4 解析：0t1時間內(nèi)，電流I由cd且逐漸增大，由安培定則知，穿過abEF回路的磁感應(yīng)強度垂直紙面向里，且逐漸增強，因此磁通量增大，由楞次定律判定金屬棒ab中的電流方向由ab；再由左手定則可判定，此過程中ab棒所受安培力向左，選項 A正確.同理，可判定出t1t2時間、t3t4時間內(nèi)ab棒所受安培力向右，t2t3時間內(nèi)ab棒所受安培力向左.答案：AC點評：應(yīng)用安培定則、楞次定律、左手定則與交變電流變化規(guī)律的綜合判斷，分析時從cd中電流的變化規(guī)律出發(fā)，分段就各時段內(nèi)的電流變化引起的磁通量變化、感應(yīng)電流的產(chǎn)生、電流在磁場中的受力方向逐一作出判斷8圖為演示用的手搖發(fā)電機模型，勻強磁場磁感應(yīng)強度B= 0.5 T，線圈匝數(shù)N=50匝，每匝線圈面積為0.48 m2，轉(zhuǎn)速為150 r/min，在勻速轉(zhuǎn)動過程中，從圖示位置線圈轉(zhuǎn)過90開始計時.（1）寫出交流感應(yīng)電動勢瞬時值的表達(dá)式；（2）畫出e-t圖線。解析：從線圈平面經(jīng)過中性面開始計時，則線圈在時間t內(nèi)轉(zhuǎn)過角度t，于是瞬時感應(yīng)電動勢e=Emsint，其中Em=2NBLv=NBS.根據(jù)交流電的方程畫圖線時，最大值是正弦圖線的峰值，由縱軸上的刻度值標(biāo)出，交流電的角頻率與正弦圖線的周期相對應(yīng)，=2/T，而周期由時間軸上的刻度值標(biāo)出。由題意知：N=50，B=0.5 T，=5 rad/sS=0.48 m2，e=Emsint，Em=NBS=500.50.485 V=188 V所以（1）e=188sin5t V （2）T=2/=0.4 s，e-t圖線如圖所示點評：算出最大值Em=NBS，寫瞬時值表達(dá)式時要注意計時時刻。9如圖所示，正方形線圈abcd繞對稱軸OO在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動次數(shù)n=120 min-1，若已知ab=bc=20 cm，匝數(shù)=20，磁感應(yīng)強度B=0.2 T，求：（1