高中人教物理選擇性必修二3.1 交變電流（導學案）-同步備課

1、3.1 交變電流1.能理解交流電的定義，掌握交流電與直流電的區(qū)別。2.掌握交流電的產(chǎn)生原理，知道什么是中性面。3.會推導交流電的表達式，并理解瞬時值和峰值的準確含義。4.掌握交流電表達式中各物理量的含義并計算。5.了解交流電動機的工作原理?！局攸c】交變電流產(chǎn)生的物理過程，熟悉正弦式交電流各參數(shù)的物理意義。【難點】交變電流的變化規(guī)律及正弦式交變電流瞬時值、峰值的推導過程。 【課前自主學習】交變電流的定義：電流的 和 ，隨 做 變化，這樣的電流叫做“交變電流”簡稱“交流”。幾種不同的交流電示意圖2、直流電的定義： 方向不隨時間變化的電流稱為“直流”。恒定電流的定義： 和 不隨時間變化的電流稱為“恒

2、定電流”。圖中屬于交流電的是 ，屬于直流電的是 ，屬于恒定電流的是 ，4、中性面的概念：線框與 垂直的平面，稱為“中性面”。5、正弦式交流電的定義：矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動時，所產(chǎn)生的交變電流按照 函數(shù)的規(guī)律變化稱為“正弦式交流電”。6、正弦式交流電的瞬時值可表達為： ，峰值可表達為 。7. 的發(fā)電機叫旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機； ，的發(fā)電機叫旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機?！菊n內(nèi)探究】一、探究交流電的特征1、實驗研究背景：出示單相交流發(fā)電機，按右圖連接電路圖。2、實驗現(xiàn)象與反思（1）觀察：當線框快速轉(zhuǎn)動時，觀察到什么現(xiàn)象?思考：為什么發(fā)光二極管會交替閃爍？二、探究交流電的發(fā)生過程1.實驗背景：

3、將手搖式發(fā)電機與定值電阻、電流表串聯(lián)。實驗猜想快速轉(zhuǎn)動發(fā)電機，電流表的示數(shù)會發(fā)生怎樣的變化？實驗方案與反思：讓線框從如圖所示的中性面開始沿逆時針方向轉(zhuǎn)動；思考：（1）線圈在甲圖位置是否有感應電流？線圈在乙圖位置是否有感應電流？（3）在線圈由甲轉(zhuǎn)到乙的過程中，AB邊中電流向哪個方向流動？（由BA） （4）線圈在丙圖位置是否有感應電流？（5）線圈在丁圖位置是否有感應電流？（6）在線圈由丙轉(zhuǎn)到丁的過程中，AB邊中電流向哪個方向流動？（由AB）（7）思考：線圈轉(zhuǎn)到什么位置時線圈中沒有電流？轉(zhuǎn)到什么位置時線圈中電流最大？實驗結(jié)論：線圈轉(zhuǎn)動一周，感應電流的方向改變兩次。兩個特殊位置的各物理量的特征。名稱中

4、性面中性面的垂面位置線圈平面與磁場垂直線面平面與磁場平行磁通量最大零磁通量的變化率零最大感應電動勢零最大線圈邊框切割磁感線的有效速度零最大感應電流零最大電流方向改變不變?nèi)?、探究交流電的產(chǎn)生規(guī)律1、實驗方案與反思設(shè)線圈從中性面開始轉(zhuǎn)動，角速度是經(jīng)過時間t，AB、CD寬L1，AD、BC長L2 ，磁感應強度是B.（1）思考：ts末線圈與中性面的夾角是 ，此時AB邊的速度為 ，AB邊切割磁感線的有效速度為 ，AB邊中的感應電動勢為 ，線圈中的感應電動勢為 ，若為N匝線圈，則感應電動勢為 。（2）思考：結(jié)合上圖任意時刻t的磁通量為 ，根據(jù)法拉第電磁感應定律該時刻感應電動勢的大小為 。（3）如果計時零時刻

5、線圈較中性面已轉(zhuǎn)過30度角，線圈在任意位置的感應電動勢又如何表示？（4）如果計時開始時，線圈從垂直與中性面的位置開始，線圈在任意位置的感應電動勢又如何表示？2、實驗結(jié)論（1）當線圈的匝數(shù)為n，線圈轉(zhuǎn)動到中性面時線圈中產(chǎn)生的感應流大小為 0 ，轉(zhuǎn)過90時的感應電動勢大小為 nBSW 。（2）當線圈從中性面開始轉(zhuǎn)動一周期的時間內(nèi)，感應電流的方向先改變 2 次。（3）當線圈的匝數(shù)為n，從中性面開始轉(zhuǎn)動，感應電動勢的瞬時值為 ，峰值為 ，磁通量的瞬時值為 ，峰值為 BS 。反思以下問題：若該線圈給外電阻R供電，設(shè)線圈本身電阻為r，則負載兩端的電壓u、流過的電流i隨時間變化的規(guī)律是怎樣的？流過負載的電流

6、：負載兩端電壓：正弦式交變電流的圖像（中性面計時） 認識不同形式的交流電：認識交流發(fā)電機交流發(fā)電機的分類？ 旋轉(zhuǎn)電樞式 （ABCD線圈（電樞）K、L圓環(huán)E 、F電刷） 旋轉(zhuǎn)磁極式旋轉(zhuǎn)電樞式： 旋轉(zhuǎn)磁極式： 說明：旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機與旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機的區(qū)別旋轉(zhuǎn)電樞式：旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的電流，經(jīng)過裸露的滑環(huán)和電刷引到外電路，如果電壓很高，可能發(fā)生火花放電，滑環(huán)和電刷很快會燒壞。同時，轉(zhuǎn)動的電樞無法做得很大，線圈匝數(shù)也不可能很多，所以產(chǎn)生的感應電動勢也不能很高。這種發(fā)電機輸出的電壓一般不超過 V。旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機：旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機克服了上述缺點，能夠產(chǎn)生幾千伏到幾萬伏的電壓，輸出功率可達幾百兆

7、瓦。所以，大多數(shù)發(fā)電機是 式的。概念：轉(zhuǎn)子定子的概念不論哪種發(fā)電機，轉(zhuǎn)動的部分都叫 ，不動的部分都叫 ；所以，旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機的轉(zhuǎn)子是 ，定子是 ；旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機的轉(zhuǎn)子是 ，定子是 。1.(2019內(nèi)蒙古四校發(fā)展聯(lián)盟高二下期中)交流發(fā)電機發(fā)電示意圖如圖所示，線圈轉(zhuǎn)動過程中，下列說法正確的是()A轉(zhuǎn)到圖甲位置時，通過線圈的磁通量變化率最大B轉(zhuǎn)到圖乙位置時，線圈中產(chǎn)生的感應電動勢為零C轉(zhuǎn)到圖丙位置時，線圈中產(chǎn)生的感應電流最大D轉(zhuǎn)到圖丁位置時，AB邊感應電流方向為AB2.某發(fā)電機的原理簡圖如圖所示，線圈按圖示方向勻速轉(zhuǎn)動。以下說法正確的是（ ） A線圈經(jīng)過圖示位置時穿過線圈的磁通量為零，磁通量的變

8、化率為零B線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過90后，小燈泡中的電流方向發(fā)生變化電流逐漸變大C線圈轉(zhuǎn)動兩周，電流的方向改變2次D從線圈經(jīng)過圖示位置開始計時，則電動勢e隨時間變化的規(guī)律為e=Esint(V)3.(2020河北省張家口第四中學高二下學期月考)某交變電流發(fā)電機正常工作時產(chǎn)生的電動勢eEmsint。若線圈匝數(shù)減為原來的一半，而轉(zhuǎn)速增為原來的2倍，其他條件不變，則產(chǎn)生的電動勢的表達式為()AeEmsintBe2EmsintCe2Emsin2tDeEmsin2t4.如圖所示，勻強磁場B0.1 T，所用矩形線圈的匝數(shù)N100，邊長lab0.2 m，lbc0.5 m，以角速度100 rad/s繞OO軸勻速轉(zhuǎn)動。

9、當線圈平面通過中性面時開始計時，試求：(1)線圈中感應電動勢隨時間變化的表達式。(2)由t0至teq f(T,4)過程中的平均電動勢值。 參考答案與解析1.【答案】D【解析】：轉(zhuǎn)到圖甲位置時，線圈平面與磁感線垂直，磁通量最大，但磁通量變化率最小，故 A錯誤；轉(zhuǎn)到圖乙位置時，線圈中產(chǎn)生的感應電動勢最大，故B錯誤；轉(zhuǎn)到圖丙位置時，線圈位于中性面位置，此時感應電流為零，故C錯誤；轉(zhuǎn)到圖丁位置時，根據(jù)楞次定律可知AB邊感應電流方向為AB，故D正確。2.【答案】B【解析】經(jīng)過圖示位置磁通量為零，變化率最大，故A選項錯誤，線圈的起始位置在垂直于中性面的位置，故感應電動勢的大小隨時間的變化規(guī)律為，故D選項錯誤，在轉(zhuǎn)動90-180的過程中感應電流逐漸增大，故B選項正確。線圈每轉(zhuǎn)動一圈，感應電流的方向改變兩次。轉(zhuǎn)動兩圈改變4次，故C選項錯誤。故本題選B。3.【答案】D【解析】：由EmNBS知若線圈匝數(shù)減為原來的一半，而轉(zhuǎn)速增為原來的2倍時Em不變；轉(zhuǎn)速變?yōu)?，故電動勢的表達式為eEmsin2t，D正確；故選D。4.【答案】：(1)e314sin100t(V)(2)200 V【解析】：(1)感應電動勢的瞬時值eNBSsint，由題可知：Slablbc0.20.5 m20.1 m2EmNBS