高中物理第五章交变电流5.1交变电流学案新人教版选修

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1、1　交变电流[学习目标]1.会观察电流(或电压)的波形图，理解交变电流和直流的概念.2.理解交变电流的产生过程，会分析电动势和电流方向的变化规律.3.知道交变电流的变化规律及表示方法，知道交变电流的瞬时值、峰值的物理含义．一、交变电流1．交变电流：大小和方向随时间做周期性变化的电流叫交变电流，简称交流．2．直流：方向不随时间变化的电流称为直流．3．正弦式交变电流：按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流，简称正弦式电流．二、交变电流的产生闭合线圈置于匀强磁场中，并绕垂直于磁场方向的轴匀速转动．三、交变电流的变化规律线圈从垂直磁场方向计时产生电动势的瞬时

2、值表达式：e＝Emsinωt，Em叫做电动势的峰值．[即学即用]1．判断下列说法的正误．(1)只要线圈在磁场中转动，就可以产生交变电流．(　×　)(2)线圈在通过中性面时磁通量最大，电流也最大．(　×　)(3)线圈在通过垂直中性面的平面时电流最大，但磁通量为零．(　√　)(4)线圈在通过中性面时电流的方向发生改变．(　√　)2．有一个正方形线圈的匝数为10匝，边长为20cm，线圈总电阻为1Ω，线圈绕垂直磁场方向的OO′轴以10πrad/s的角速度匀速转动，如图1所示，匀强磁场的磁感应强度为0.5T，该线圈产生的感应电动势的峰值为__________，感

3、应电流的峰值为________，若从中性面位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为________．图1答案　6.28V　6.28A　e＝6.28sin10πt(V)解析　电动势的峰值为Em＝nBSω＝10×0.5×0.22×10πV＝6.28V电流的峰值为Im＝＝6.28A感应电动势的瞬时值表达式为e＝Emsinωt＝6.28sin10πt(V).一、交变电流的产生[导学探究]　假定线圈绕OO′轴沿逆时针方向匀速转动，如图2甲至丁所示．请分析判断：图2(1)线圈转动一周的过程中，线圈中的电流方向的变化情况．(2)线圈转动过程中，当产生的感应电流有最大

4、值和最小值时线圈分别在什么位置？答案　(1)转动过程电流方向甲→乙B→A→D→C乙→丙B→A→D→C丙→丁A→B→C→D丁→甲A→B→C→D(2)线圈转到乙或丁位置时线圈中的电流最大．线圈转到甲或丙位置时线圈中电流最小，为零，此时线圈所处的平面称为中性面．[知识深化]　两个特殊位置1．中性面(S⊥B位置，如图2中的甲、丙)线圈平面与磁场垂直的位置，此时Φ最大，为0，e为0，i为0.线圈经过中性面时，电流方向发生改变，线圈转一圈电流方向改变两次．2．垂直中性面位置(S∥B位置，如图2中的乙、丁)此时Φ为0，最大，e最大，i最大．例1　(多选)矩形线框绕垂

5、直于匀强磁场且在线框平面内的轴匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是(　　)A．当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大B．当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零C．每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流的方向就改变一次D．线框经过中性面时，各边切割磁感线的速度为零答案　CD解析　线框位于中性面时，线框平面与磁感线垂直，穿过线框的磁通量最大，但此时切割磁感线的两边的速度与磁感线平行，即不切割磁感线，所以感应电动势等于零，此时穿过线框的磁通量的变化率也等于零，感应电动势或感应电流的方向也就在此时刻发生变化．线框垂直于中性面时，穿过线框

6、的磁通量为零，但切割磁感线的两边都垂直切割，有效切割速度最大，所以感应电动势最大，也可以说此时穿过线框的磁通量的变化率最大，故C、D选项正确．二、交变电流的变化规律[导学探究]　如图3所示，线圈平面绕bc边的中点从中性面开始转动，角速度为ω.经过时间t，线圈转过的角度是ωt，ab边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于ωt.设ab边长为L1，bc边长为L2，线圈面积S＝L1L2，磁感应强度为B，则：图3(1)ab边产生的感应电动势为多大？(2)整个线圈中的感应电动势为多大？(3)若线圈有N匝，则整个线圈的感应电动势为多大？答案　(1)eab＝BL1

7、vsinωt＝BL1sinωt＝BL1L2ωsinωt＝BSωsinωt.(2)整个线圈中的感应电动势由ab和cd两边产生的感应电动势组成，且eab＝ecd，所以e总＝eab＋ecd＝BSωsinωt.(3)若线圈有N匝，则相当于N个完全相同的电源串联，所以e＝NBSωsinωt.[知识深化]1．峰值表达式Em＝nBSω，Im＝＝，Um＝ImR＝2．峰值决定因素：由线圈匝数n、磁感应强度B、转动角速度ω和线圈面积S决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关．如图4所示的几种情况中，如果n、B、ω、S均相同，则感应电动势的峰值均为Em＝nBSω.图43．正

8、弦交变电流的瞬时值表达式(1)从中性面位置开始计时e＝Emsinωt，i＝Imsinωt，u＝