高中物理第五章交变电流（第1课时）交变电流教师用书新人教版选修3_2

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1、第1课时　交变电流研究学考·把握考情]知识内容交变电流考试要求加试c教学要求1.知道交变电流，能区分直流和交变电流2．知道交流发电机的基本结构与工作原理，了解中性面的概念3．知道正弦式交变电流的图象描述4．知道正弦式交变电动势、电压、电流的瞬时值表达式，理解峰值的意义5．区分特殊位置的磁通量与磁通量变化率，理解磁通量变化率与电动势之间的关系说明1.不要求知道交流发电机各部分的名称2．不要求推导交流电动势的瞬时值表达式3．不要求计算线圈在磁场中转动时的电动势基础梳理]　1．交变电流：大小和方向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

2、流。3．图象特点：(1)恒定电流的图象是一条与时间轴平行的直线。(2)交变电流的图象随时间做周期性变化，如正弦交变电流的图象：即学即练]如图所示的各电流中不是交变电流的是________。解析　由于交变电流的大小和方向随时间做周期性的变化，故B、C为交变电流的图象，A、D不是。答案　AD基础梳理]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1．正弦式交变电流的产生：将闭合矩形线圈置于匀强磁场中，并绕垂直磁场方向的轴匀速转动。2．中性面——线圈平面与磁感线垂直时的位置。(1)线圈处于中性面位置时，穿过线圈的Φ最大，但线圈中的电流为零。(2)线圈每次经过中性面时，线

3、圈中感应电流方向都要改变。线圈转动一周，感应电流方向改变两次。要点精讲]1．正弦式交变电流的产生过程分析如图1所示图1为线圈ABCD在磁场中绕轴OO′转动时的截面图，AB和CD两个边切割磁感线，产生电动势，线圈中就有了电流(或者说穿过线圈的磁通量发生变化而产生了感应电流)。具体分析如图2所示，当线圈转动到图甲位置时，导体不切割磁感线，线圈中无电流；当线圈转动到图乙位置时，导体垂直切割磁感线，线圈中有电流，且电流从A端流入；线圈在图丙位置同线圈在图甲位置；线圈在图丁位置时，电流从A端流出，这说明电流方向发生了改变；线圈在图戊位置同在图甲位置。线圈这样转动下去

4、，就在线圈中产生了交变电流。图22．交变电流产生过程中的两个特殊位置图示概念中性面位置与中性面垂直的位置特点B⊥SB∥SΦ＝BS，最大Φ＝0，最小e＝n＝0，最小e＝n＝nBSω，最大感应电流为零，方向改变感应电流最大，方向不变【例1】下列各图中哪些情况线圈中产生了交变电流(　　)解析　由交变电流的产生条件可知，轴必须垂直于磁感线，但对线圈的形状及转轴的位置没有特别要求。故选项B、C、D正确。答案　BCD基础梳理]1．正弦式交变电流瞬时值表达式：(1)当从中性面开始计时：e＝Emsin_ωt。(2)当从与中性面垂直的位置开始计时：e＝Emcos_ωt。2．

5、正弦式交变电流的峰值表达式：Em＝nBSω与线圈的形状及转动轴的位置无关。(填“有关”或“无关”)要点精讲]1．交变电动势的峰值和交变电流的峰值交变电动势最大值，由线圈匝数n、磁感应强度B、转动角速度ω及线圈面积S决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关，因此如图3所示的几种情况，若n、B、S、ω相同，则电动势的最大值相同。图3由欧姆定律得交变电流的峰值可表示为Im＝。2．交变电流的瞬时值变化规律若线圈给外电阻R供电，设线圈本身的电阻为r，由闭合电路的欧姆定律得i＝＝sinωt，可写成i＝Imsinωt。即线圈中的交变电流按正弦函数规律变化，这种交变电流叫

6、正弦式交变电流。【例2】有一10匝正方形线框，边长为20cm，线框总电阻为1Ω，线框绕OO′轴以10πrad/s的角速度匀速转动，如图4所示，垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5T。图4(1)该线框产生的交变电流电动势的最大值、电流的最大值分别是多少？(2)写出感应电动势随时间变化的表达式。(3)线框从图示位置转过60°时，感应电动势的瞬时值是多大？解析　(1)交变电流电动势的最大值为Em＝2nBlv＝＝nBSω＝10×0.5×0.22×10πV＝6.28V，电流的最大值为Im＝＝A＝6.28A。(2)由于线框转动是从中性面开始计时的，所以瞬时

7、值的表达式为e＝Emsinωt＝6.28sin10πtV。(3)线框从图示位置转过60°时，感应电动势的瞬时值为E＝Emsin60°≈5.44V。答案　(1)6.28V　6.28A　(2)e＝6.28sin10πtV(3)5.44V名师点睛　交变电流瞬时值表达式的书写技巧(1)确定正弦交变电流的峰值，根据已知图象读出或由公式Em＝nBSω求出相应峰值。(2)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式。①线圈从中性面位置开始转动，则i－t图象为正弦函数图象，函数式为i＝Imsinωt。图5②线圈从垂直中性面位置开始转动，则i－t图象为余弦函数图象，函数式为i＝

8、Imcosωt。(3)线圈在匀强磁场中匀速转动产生正弦式交变电流，