2019-2020年高中物理 5.1 交变电流学案新人教版选修3-2(I)

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1、2019-2020年高中物理5.1交变电流学案新人教版选修3-2(I)【学习目标】1．理解交变电流的产生原理，掌握交变电流的变化规律．2．知道正弦式电流的图象．【学习重点和难点】重点：交变电流的变化规律。难点：交变电流的产生原理。【自主学习】一、交变电流1．交变电流：都随时间做周期性变化的电流．2．直流：不随时间变化的电流．二、交变电流的产生1．典型模型：在匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈里产生的是交变电流．实验装置如课本图5.1-3所示．2．中性面：平面线圈在匀强磁场中旋转，当线圈平面于磁感线时，各边都不切割磁感线，线圈中没有，这个位置叫做。线圈位于中性面

2、时，穿过线圈的磁通量，磁通量的变化率为，感应电动势为，线圈经过中性面时，内部的感应电流方向要说明：除中性面之外，在交流电产生过程中还有一个特殊位置，那就是与磁感线平行的平面（或叫与中性面垂直的平面）．该平面的特点：（1）穿过线圈的磁通量最（Φ＝0）；（2）磁通量的变化率最；3.规律：假定线圈从跟磁感线垂直的平面（也叫中性面）开始转动，则产生的电动势瞬时值的表达式为e＝；交变电流的瞬时值表达式为i＝；电压瞬时值表达式为u＝。三、交变电流的变化规律1．正弦式交变电流(1)定义：按规律变化的交变电流，简称(2)函数和图象【精讲点拨】一、正弦交变电流的产生过程1．产生方法：闭合线

3、圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动．2．过程分析：二、两个特定位置的特点概念中性面位置与中性面垂直的位置特点B⊥SB∥SΦm＝BS最大Φ＝0最小e＝0最小e＝Em＝NBSω最大导体不切割，不产生电动势导体垂直切割，产生电动势最大＝0最小瞬时值＝　最大瞬时值i＝0　方向改变i＝Im最大，方向不变三、正弦式交变电流瞬时值、峰值表达式的推导1．瞬时值表达式的推导若线圈平面从中性面开始转动，如上图，则经时间t：2．峰值表达式Em＝NBSω＝2NBLv＝NΦmω①Im＝②Um＝ImR′③四、如何理解正弦交变电流的图象？正弦交变电流随时间变化情况可以从图象上表示出来，图象描述的是

4、交变电流随时间变化的规律，它是一条正弦曲线，如下图所示．从图象中可以解读到以下信息：1．交变电流的最大值Im、Em、周期T.2．因线圈在中性面时感应电动势、感应电流均为零，磁通量最大，所以可确定线圈位于中性面的时刻．3．找出线圈平行磁感线的时刻．4．判断线圈中磁通量的变化情况．5．分析判断i、e随时间的变化规律．例、矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的电动势的e－t图象如图所示，则在下列时刻，表述正确的是(　　)A．t1、t3线圈通过中性面B．t2、t4线圈中磁通量最大C．t1、t3线圈中磁通量变化率最大D．t2、t4线圈平面与中性面垂直【典例剖析】例1、有一个10匝正方形

5、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，如右图所示．垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5T．以线框转至图中位置时开始计时，问：(1)该线框产生的交变电流的电动势最大值、电流最大值分别是多少？(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少？【跟踪发散】如图所示，一半径为r＝10cm的圆形线圈共100匝，在磁感应强度B＝T的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的中心轴线OO′以n＝600r/min的转速匀速转动，当线圈转至中性面位置(图中位置)时开始计时．(1)写出线圈内

6、所产生的交变电动势的瞬时值表达式；(2)求线圈从图示位置开始在1/60s时的电动势的瞬时值．例2、如图所示，匀强磁场B＝0.1T，所用矩形线圈的匝数N＝100，边长lab＝0.2m，lbc＝0.5m，以角速度ω＝100πrad/s绕OO′轴匀速转动．当线圈平面通过中性面时开始计时，试求：(1)线圈中感应电动势的大小；(2)由t＝0至t＝过程中的平均电动势；(3)若线圈平面平行磁感线时开始计时，求线圈在t＝时刻的电动势大小．【跟踪发散】如图所示，边长为a的单匝正方形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中，以OO′为轴匀速转动，角速度为ω.转轴与磁场方向垂直，线圈电阻为R，求线圈从

7、图示位置转过的过程中通过线圈某截面的电荷量q.例3、一交流发电机产生的感应电动势随时间变化的图象如下图所示，求：(1)当t＝100s时，电动势的瞬时值．(2)当线圈第一次转到什么位置时，感应电动势的瞬时值为最大值的一半．(3)已知线圈面积为16cm2，共25匝，那么匀强磁场的磁感应强度B为多少？【跟踪发散】一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴以恒定的角速度ω转动．从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈中产生的交变电流按照右图所示的余弦规律变化，则在t＝时刻(　　)A．线圈平面与磁场方向平行　　　B．线圈中的电流最