3.1交變電流導學案-高二下學期物理人教版選擇性2

物理選必二第一章安培力與洛倫茲力自學探究學案學習內(nèi)容：3.1交變電流主備:閑云時間：1月23日班級姓名教學目標科學素養(yǎng)物理觀念：1.知道交變電流和直流電的特點及區(qū)別2．理解交變電流的產(chǎn)生原理3.掌握交變電流的變化規(guī)律及表示方法。4.理解交變電流的瞬時值和最大值及中性面的準確含義。科學思維：引導學生建立正弦交變電流的模型，會用右手定則和法拉第電磁感應定律推理分析正弦交變電流的方向和大小，培養(yǎng)學生建模的能力與推理分析的思維能力?？茖W探究:引導學生推導交變電流的表達式，培養(yǎng)學生利用已有知識探究物理規(guī)律的能力?？茖W態(tài)度與價值觀：培養(yǎng)學生將所學知識與科學技術(shù)、生產(chǎn)實踐和生活實際聯(lián)系起來的學以致用的思想。自主學習（認真閱讀課本，獨立思考，相信你一定行﹗）一．交變電流（1）認識交變電流1.觀察示波器顯示的電壓、電流波形。思考：上面三個波形與下面兩個波形有何不同？____________________________________________________________________2.交變電流：電壓、電流的_______和_______隨時間做周期性變化的電流叫作交變電流，簡稱交流。3.直流：_______不隨時間變化的電流稱為直流。4.恒定電流：電壓、電流的_______和______都不隨時間變化的電流叫作恒定電流。強調(diào)：電流方向隨時間做周期性變化，是交流電最主要的特征，也是交流電與直流電最主要的區(qū)別。（2）演示交變電流的產(chǎn)生把兩個發(fā)光顏色不同的發(fā)光二極管并聯(lián)，注意使兩者正、負極的方向不同，然后連接到教學用發(fā)電機的兩端。轉(zhuǎn)動手柄，兩個磁極之間的線圈隨著轉(zhuǎn)動。觀察發(fā)光二極管的發(fā)光情況。實驗現(xiàn)象說明了什么？現(xiàn)象：_____________________。說明：_____________________。二．交變電流的產(chǎn)生（1）交流發(fā)電機的基本構(gòu)造①固定的兩磁極之間產(chǎn)生的磁場可近似為勻強磁場。②線圈ABCD可繞固定軸（虛線所示）自由轉(zhuǎn)動。為了便于觀察，圖中畫出了其中的一匝線圈。③兩個滑環(huán)K、L。線圈的AB邊連在金屬滑環(huán)K上，CD邊連在滑環(huán)L上；④兩個電刷E、F。導體做的兩個電刷A、B分別壓在兩個滑環(huán)上，線圈在轉(zhuǎn)動時可以通過滑環(huán)和電刷保持與外電路的連接。(2)思考討論：定性分析交變電流的產(chǎn)生假定線圈沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，如圖所示。請大家考慮下面幾個問題：1.線圈在圖甲所示位置有沒有電流？______。AB邊中電流方向？______2.線圈由圖甲所示位置轉(zhuǎn)到圖乙所示位置的過程中，AB邊中電流向方向？______3.線圈由圖乙所示位置轉(zhuǎn)到圖丙所示位置的過程中，AB邊中電流向方向？______4.線圈在圖丙所示位置有沒有電流？______。AB邊中電流方向？______5.線圈由圖丙所示位置轉(zhuǎn)到圖丁所示位置的過程中，AB邊中電流向方向？______6.線圈在圖丁所示位置轉(zhuǎn)到圖甲所示位置的過程中，AB邊中電流向方向？______7.轉(zhuǎn)到什么位置時線圈中沒有電流？______8.轉(zhuǎn)到什么位置時線圈中的電流最大？______（3）兩個特殊位置的特點:1.中性面：(線框平面與磁感線垂直的位置)。線圈處于中性面位置時:①磁通量?=______，______;磁通量的變化率???t______②感應電動勢最小emin=______③線圈越過中性面，線圈中感應電流的方向______;線圈轉(zhuǎn)動一周，感應電流的方向改變______次。2.與中性面垂直的面（峰值面）①磁通量?=______，______;磁通量的變化率???t②感應電動勢最大Em=_________③線圈越過峰值面，線圈中感應電流的方向______;（4）嘗試畫出感應電流隨時間變化的曲線假設電流從E經(jīng)過負載流向F的方向記為正，反之為負，在橫坐標軸上標出線圈到達甲、乙、丙、丁幾個位置時對應的時刻，大致畫出感應電流隨時間變化的曲線。三、交變電流的變化規(guī)律（1）推導線圈中的感應電動勢與時間t的關系：設N匝線圈旋轉(zhuǎn)的角速度為ω，AB和CD的長度為l，AD和BC的長度為d，從中性面開始計時經(jīng)過時間t，磁感應強度為B，如圖所示。1.線圈轉(zhuǎn)過的角度為多少?______2.AB（CD）邊的速度v多大？______

3.AB（CD）邊速度方向與磁感線夾角是多大？______4.AB（CD）邊的速度v與磁感線的垂直分量v⊥多大？

5.AB邊中的感應電動勢eAB多大？6.線圈中的感應電動勢e多大？____________7.線圈中的感應電動勢的最大值Em多大？如果線圈兩端連接一個純電阻用電器，電阻為R,則：8.線圈中的感應電流的最大值Im=______,感應電流i的表達式i電阻R兩端電壓的最大值Um=______,R兩端電壓u的表達式思考：如果計時起點是垂直中性面的位置，交變電流的表達式是怎樣的？(2)正弦式交變電流1.正弦式交變電流:按正弦規(guī)律變化的交變電流叫作正弦式交變電流，簡稱正弦式電流。2.表達式：。3、圖像：4、幾種常見的交變電流波形課堂練習5.感應電動勢的峰值與線圈的形狀和轉(zhuǎn)軸的位置的關系？若線圈匝數(shù)N、轉(zhuǎn)動角速度ω及線圈面積S、磁感應強度B都相同線圈的形狀的變化對交變電動勢的峰值有影響嗎？____________②線圈轉(zhuǎn)軸的位置變化對交變電動勢的峰值有影響嗎？____________四．交流發(fā)電機（1）主要構(gòu)造：_________和_________。（2）分類1.旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機：_________轉(zhuǎn)動，_________不動。2.旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機：_________轉(zhuǎn)動，_________不動。例．一矩形線圈，面積是0.05m2，共100匝，線圈電阻為1Ω，外接電阻為R=4Ω，線圈在磁感應強度為T的勻強磁場中以300r/min的轉(zhuǎn)速繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動，如圖所示，若從中性面開始計時，求：（1）線圈中感應電動勢的最大值。（2）線圈中感應電動勢的瞬時值表達式。（3）線圈從開始計時經(jīng)s時，線圈中電流的瞬時值。強化練習A組1.下列幾個電流變化圖像中，屬于交變電流的是2．如圖所示，屬于交變電流電的是(

)A．B．C． D．3．如圖所示，在水平勻強磁場中一矩形閉合線圈繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動，若要使線圈中的電流峰值減半，不可行的方法是()A．只將線圈的轉(zhuǎn)速減半B．只將線圈的匝數(shù)減半C．只將勻強磁場的磁感應強度減半D．只將線圈的邊長減半4.(科學思維命題)如圖所示，一半徑r＝10cm的圓形線圈共100匝，在磁感應強度B＝eq\f(5,π2)T的勻強磁場中，繞垂直于磁場方向的中心軸線OO′以n＝600r/min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動，當線圈轉(zhuǎn)至中性面位置(圖中位置)時開始計時。(1)寫出線圈內(nèi)所產(chǎn)生的交變電動勢的瞬時值表達式；(2)求線圈從圖示位置開始在t＝eq\f(1,60)s時的電動勢的瞬時值；(3)求線圈從圖示位置開始在t＝eq\f(1,60)s時間內(nèi)的電動勢的平均值。5．如圖所示，KLMN是一個豎直的矩形導線框，全部處于磁感應強度為B的水平方向的勻強磁場中，線框面積為S，MN邊水平，線框繞某豎直固定軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動。在MN邊與磁場方向的夾角達到30°的時刻（圖示位置），導線框中產(chǎn)生的瞬時電動勢e的大小和線框此時電流的方向分別為（已知線框按俯視的逆時針方向轉(zhuǎn)動）（

）A．BSω，電流方向為KNMLK B．BSω，電流方向為KNMLKC．BSω，電流方向為KLMNK D．BSω，電流方向為KLMNK6．如圖甲所示為一臺小型發(fā)電機的構(gòu)造示意圖，線圈逆時針轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的電動勢隨時間按圖乙所示的正弦規(guī)律變化。發(fā)電機線圈內(nèi)阻為1Ω，外接燈泡的電阻為9Ω(恒定不變)，電表均為理想交流電表，則下列說法中正確的是()A．在t＝0.5×10－2s時刻，線圈處于中性面B．在t＝0時刻，線圈中的磁通量為零C．在t＝1.0×10－2s時刻，穿過線圈的磁通量最大D．在t＝1.0×10－2s時刻，穿過線圈的磁通量變化率最大7．如圖甲所示，一個矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向且與線圈共面的軸勻速轉(zhuǎn)動，從某個時刻開始計時，穿過線圈的磁通量隨時間的變化如圖乙所示，則下列說法中正確的是（）A．時刻線圈平面垂直中性面B．、時刻線圈中的感應電流最大且方向相同C．、時刻穿過矩形線圈的磁通量最大，但感應電流卻為零D．時刻穿過線圈的磁通量為零，電流改變方向8.如圖所示，下列四種情況均表示閉合線圈在勻強磁場中繞軸勻速轉(zhuǎn)動，在下列情況下線圈中不能產(chǎn)生交流電的是（）（從左側(cè)看線圈繞OO′順時針轉(zhuǎn)動）OO′OBωO′OBωO′OBωO′OBωADCB9.如圖所示，單匝直角三角形導線框OMN在勻強磁場中以ON所在的直線為軸勻速轉(zhuǎn)動，角速度為ω，已知OM邊長為l，，勻強磁場垂直于ON向右，磁感應強度大小為B，則下列說法正確的是(

)A．導線框OMN內(nèi)產(chǎn)生大小恒定的電流B．截掉導線MN，則電動勢最大值變小C．導線框OMN產(chǎn)生的電流方向為OMNOD．導線框OMN內(nèi)產(chǎn)生的電動勢最大值為10．如圖所示，形狀或轉(zhuǎn)軸位置不同，但面積均為S的單匝線圈處在同一個磁感應強度為B的勻強磁場中，以相同的角速度勻速轉(zhuǎn)動，從圖示位置開始計時，則下列正確的說法是A．感應電動勢的最大值都相同B．感應電動勢的瞬時值不同C．感應電動勢的最大值不同D．感應電動勢的瞬時值都相同11．如下圖中各圖面積均為S的線圈均繞其對稱軸或中心軸在勻強磁場B中以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，以圖示位置為計時的起點，能產(chǎn)生正弦交變電動勢的圖是（）A． B．C．D．B組12．如圖甲所示，一單匝矩形線圈abcd放置在勻強磁場中，并繞過ab、cd中點的軸OO′以角速度ω逆時針勻速轉(zhuǎn)動。若以線圈平面與磁場方向間的夾角θ＝45°時(如圖乙所示)為計時起點，并規(guī)定當電流自a流向b時，電流方向為正。則下圖所示的四幅圖中正確的是()13．某發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖如圖，其中N、S是永久磁鐵的兩個磁極，M是圓柱形鐵芯，鐵芯外套有一矩形導線圈，線圈在繞過鐵芯M中心的固定轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動。磁極與鐵芯之間的縫隙中形成方向沿半徑的輻向磁場，磁感應強度大小處處相等。若從線圈處于圖示位置開始計時，設此時電動勢為正值，圖中能正確反映線圈中感應電動勢e隨時間t變化規(guī)律的是（）A．B．C．D．14.在垂直紙面向里的有界勻強磁場中放置了矩形線圈abcd.線圈cd邊沿豎直方向且與磁場的右邊界重合．線圈平面與磁場方向垂直．從t＝0時刻起，線圈以恒定角速度ω＝2π/T繞cd邊沿如圖所示方向轉(zhuǎn)動，規(guī)定線圈中電流沿abcda方向為正方向，則從t＝0到t＝T時間內(nèi)，線圈中的電流I隨時間t變化關系圖象為()15.如圖所示,單匝矩形線圈的一半，放在具有理想邊界的勻強磁場中,線圈軸線OO'與磁場邊界重合,線