2017-2018学年高中物理 第五章 交变电流 第1节 交变电流教学案 新人教版选修3-2

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1、第1节交变电流1.交变电流是指大小和方向都随时间周期性变化的电流。2．线圈在磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时可产生正弦式交变电流，与转轴的位置无关。3．正弦式交变电流的瞬时值表达式为e＝Emsinωt,u＝Umsinωt,i＝Imsinωt,式中的Em、Um、Im是指交变电流的最大值，也叫峰值。一、交变电流1．交变电流大小和方向都随时间做周期性变化的电流，简称交流。2．直流方向不随时间变化的电流。二、交变电流的产生1．过程分析图5112．中性面线圈在磁场中转动的过程中，线圈平面与磁场垂直时所在的平面。三、交变电流的变化规律1．从两个特殊位置开始计时的瞬时值表达式15从中

2、性面位置开始计时从与中性面垂直的位置开始计时磁通量Φ＝Φmcosωt＝BScosωtΦ＝Φmsinωt＝BSsinωt感应电动势e＝Emsinωt＝NBSωsinωte＝Emcosωt＝NBSωcosωt电压u＝Umsinωt＝sinωtu＝Umcosωt＝cosωt电流i＝Imsinωt＝sinωti＝Imcosωt＝cosωt2．交变电流的图像(1)正弦式交变电流的图像图512(2)其他几种不同类型的交变电流图5131．自主思考——判一判(1)方向周期性变化，大小不变的电流也是交变电流。(√)(2)在匀强磁场中线圈绕垂直磁场的转轴匀速转动通过中性面时，感应电流为零，

3、但感应电流为零时，不一定在中性面位置。(×)15(3)表达式为e＝Emsinωt的交变电流为正弦式交变电流，表达式为e＝Emsin的交变电流也是正弦式交变电流。(√)(4)线圈绕垂直磁场的转轴匀速转动的过程中产生了正弦交变电流，峰值越大，则瞬时值也越大。(×)(5)交变电流的图像均为正弦函数图像或余弦函数图像。(×)(6)线圈绕垂直磁场的转轴匀速转动的过程中产生了正弦交变电流，感应电动势的图像、感应电流的图像形状是完全一致的。(√)2．合作探究——议一议(1)中性面是任意规定的吗？提示：不是。中性面是一个客观存在的平面，即与磁感线垂直的平面。(2)如何理解线圈平面转到中

4、性面时感应电动势为零，而线圈平面与中性面垂直时感应电动势最大呢？提示：根据法拉第电磁感应定律E＝n可知，感应电动势的大小不是与磁通量Φ直接对应，而是与磁通量的变化率成正比。虽然线圈经过中性面时磁通量最大，但磁通量的变化率为零，所以感应电动势为零；虽然线圈平面与中性面垂直时磁通量为零，但磁通量的变化率最大，所以感应电动势最大。(3)交流发电机输出的电流都可以表示为i＝Imsinωt吗？提示：不一定。如果线圈从中性面的垂面开始计时，则输出的电流表示为i＝Imcosωt。正弦交变电流的产生1．两个特殊位置的特点中性面中性面的垂面位置线圈平面与磁场垂直线圈平面与磁场平行磁通量最

5、大零磁通量变化率零最大感应电动势零最大15感应电流零最大电流方向改变不变2．正弦交变电流的产生条件(1)匀强磁场。(2)线圈匀速转动。(3)线圈的转轴垂直于磁场方向。1．一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，当线圈通过中性面时(　　)A．线圈平面与磁感线方向平行B．通过线圈的磁通量达到最大值C．通过线圈的磁通量的变化率达到最大值D．线圈中的感应电动势达到最大值解析：选B　通过中性面时，线圈平面与磁感线方向垂直，磁通量最大，选项A错误，B正确；此时通过线圈的磁通量的变化率为零，则感应电动势为零，选项C、D错误。2．关于线圈在匀强磁场中转动时产生的交变电流，以

6、下说法中正确的是(　　)A．线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，感应电动势方向不变B．线圈每转动一周，感应电流方向就改变一次C．线圈平面每经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向都要改变一次D．线圈转动一周，感应电动势和感应电流方向都要改变一次解析：选C　线圈转至中性面时，线圈平面垂直于磁感线，磁通量最大，但磁通量的变化率、感应电动势、感应电流均为零，电流方向恰好发生变化。因此，线圈在匀强磁场中转动产生交变电流时，每经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向都要改变一次，线圈每转动一周，两次经过中性面，感应电动势和感应电流的方向都改变两次，所以C正确。3

7、．(多选)下图中哪些情况，线圈中产生了正弦交变电流(均匀速转动)(　　)解析：选BCD　根据正弦交变电流产生的条件可知，B、C、D正确。交变电流瞬时值表达式的书写15[典例]　如图514所示为演示用的手摇发电机模型，匀强磁场磁感应强度B＝0.5T，线圈匝数N＝50，每匝线圈面积为0.48m2，转速为150r/min，线圈在匀速转动过程中，从图示位置开始计时。写出交变感应电动势瞬时值的表达式。图514[思路点拨][解析]　当线圈平面经过中性面时开始计时，则线圈在时间t内转过的角度为ωt，于是瞬时感应电动势e＝Emsinωt。其中Em＝NBS