高中5-1交變電流-交變電流學(xué)案教案

1、、交變電流 TOC o 1-5 h z 【 要點(diǎn)導(dǎo)學(xué)】交變電流的產(chǎn)生. 變化規(guī)律和基本物理量：交變電流：強(qiáng)度和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流為交變電流. 正弦電流、鋸齒波電流都屬于交變電流.2、交變電流的產(chǎn)生：矩形線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線(xiàn)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生正弦交變電流. 若線(xiàn)圈繞平行于磁感線(xiàn)的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，則不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).矩形線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，將經(jīng)過(guò)兩個(gè)特殊位置，其特點(diǎn)分別是：中性面：與勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感線(xiàn)垂直的平面叫中性面. 線(xiàn)圈平面處于跟中性面重合的位置時(shí)；線(xiàn)圈各邊都不切割磁感線(xiàn)，即感應(yīng)電流等于零； TOC o 1-5 h z 磁感線(xiàn)垂直于該時(shí)刻的線(xiàn)圈平面，所以磁通量最大，磁通量的

2、變化率為零.交變電流的方向在中性面的兩側(cè)是相反的.線(xiàn)圈平面處于跟中性面垂直的位置時(shí)，線(xiàn)圈平面平行于磁感線(xiàn)，磁通量為零，磁通量的變化率最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流均最大，電流方向不變.3、交變電流的變化規(guī)律：如圖5 1 1 所示為矩形線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的四個(gè)過(guò)程：當(dāng)以線(xiàn)圈通過(guò)中性面對(duì)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)時(shí)，交變電流的函數(shù)表達(dá)式：e=Em sin cot ,其中Em=2NBlv=NBw S; i =I m sin cot,其中 I m=E/R。當(dāng)以線(xiàn)圈通過(guò)中性面對(duì)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)時(shí)，交變電流的函數(shù)表達(dá)式：e=Em sin cot ,其中Em=2NBlv=NBw S; i =I m sin cot,其中 Im=

3、E/R。圖 5 1 2 所示為以線(xiàn)圈通過(guò)中性面時(shí)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)的交變電流的e t 和 i -t 圖象：【 范例精析】例 1、 矩形線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，在線(xiàn)圈平面經(jīng)過(guò)中性面瞬間：()A. 線(xiàn)圈平面與磁感線(xiàn)平行；B.通過(guò)線(xiàn)圈的磁通量最大；C. 線(xiàn)圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大；D.線(xiàn)圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向突變。解析： 在線(xiàn)圈平面垂直于磁感線(xiàn)時(shí)，各邊都不切割磁感線(xiàn)，線(xiàn)圈中沒(méi)有感應(yīng)電流，這樣的位置叫做中性面。根據(jù)這一定義，線(xiàn)圈平面經(jīng)過(guò)中性面瞬間，通過(guò)線(xiàn)圈的磁通量最大，線(xiàn)圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，此后，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向(即感應(yīng)電流方向)將與原方向相反。所以正確選項(xiàng)為。例 2、 矩形線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)e

4、-t 圖像如圖5 1 3， 則在時(shí)刻 ()， t 3 線(xiàn)圈通過(guò)中性面， t 4線(xiàn)圈中磁通量最大， t 3 線(xiàn)圈中磁通量變化率最大， t 4線(xiàn)圈平面與中性面垂直解析： 對(duì)于線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)的模型, 要能夠把圖線(xiàn)和實(shí)物聯(lián)系在一起, 弄清轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中兩個(gè)特殊位置和特征: 通過(guò)中性面時(shí)磁通量最大, 但磁通量變化率為零, 產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也為零 ; 通過(guò)與中性面垂直的位置時(shí)磁通量為零, 但磁通量變化率最大, 產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也最大 , 結(jié)合圖象可以判斷A、 D 正確。拓展： 本題是考查交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律等基礎(chǔ)內(nèi)容的題目。線(xiàn)圈經(jīng)過(guò)的中性面位置是線(xiàn)圈在磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生交變電流的特殊位置，是

5、掌握交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律的一個(gè)關(guān)鍵。例3、一矩形線(xiàn)圈，面積為s,匝數(shù)為N,在場(chǎng)強(qiáng)為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞著軸oo做勻速轉(zhuǎn)動(dòng),角速度為3,磁場(chǎng)方向與轉(zhuǎn)軸垂直，當(dāng)線(xiàn)圈轉(zhuǎn)到中性面位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，求：( 1 )線(xiàn)圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值？寫(xiě)出線(xiàn)圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的表達(dá)式？(2)若線(xiàn)圈中的電阻為R,則線(xiàn)圈中的電流的最大值為多少？寫(xiě)出線(xiàn)圈中的電流瞬時(shí)表達(dá)式。解析：(1)對(duì)于單匝線(xiàn)圈 eab=ecd=Blv sin w t=Bl 1 w 12/2 sin w te=2eab=日 il 23 sin w t=BS w sin w t當(dāng)線(xiàn)圈為 N匝時(shí)e=N BS co sin cot感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值 Em=N

6、 BSco( 2)根據(jù)閉合電路的歐姆定律i =e/R= N BS 3 sin 3 t/R拓展： 本題考查的是表征交變電流的物理量和表達(dá)式，能否正確寫(xiě)出交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式，關(guān)鍵在于找出交變電流的最大值. 角速度 ，并明確計(jì)時(shí)起點(diǎn)線(xiàn)圈平面所處的位置。又如：一臺(tái)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的按正弦規(guī)律變化的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為311V,線(xiàn)圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度是100兀rad/s 。( 1 )寫(xiě)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式(2)若該發(fā)電機(jī)只與含電阻的負(fù)載組成閉合電路，電路中的總電阻為100，試寫(xiě)出通過(guò)負(fù)載的電流強(qiáng)度的瞬時(shí)表達(dá)式，在t=1/120 時(shí)電流強(qiáng)度的瞬時(shí)值為多少？解析： 本題中沒(méi)有規(guī)定線(xiàn)圈平面在什么位置為計(jì)時(shí)

7、起點(diǎn)，一般取線(xiàn)圈平面在中性面時(shí)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)。(1)由題意有Em=311V , 3 =100兀rad/s ,所以，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為：e=Em sin w t =311sin100 兀 t(V)( 2)由歐姆定律得，電流最大值為：I m=Em/R=通過(guò)負(fù)載的電流強(qiáng)度的瞬時(shí)表達(dá)式為：i =I m sin w t= sin100 兀 t(A)當(dāng) t=1/120 時(shí)，電流的瞬時(shí)值為：i = sin(100 兀 x 1/120) (A尸【能力訓(xùn)練】1、圖5-1-4所示各的電流中不是交流電的是：（AD）2、如圖5-1-5所示，一線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)圖所示位置時(shí)，（ C ）A.穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通

8、量最大，磁通量的變化率最小B.穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量最大，磁通量的變化率最大C.穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量最小，磁通量的變化率最大D.穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量最小，磁通量的變化率最小3、交流發(fā)電機(jī)在工作時(shí)的電動(dòng)勢(shì)為e=Esint,若將其線(xiàn)框的轉(zhuǎn)速提高到原來(lái)的兩倍，其他條件不變，則其電動(dòng)勢(shì)變?yōu)椋?D ）t/ 2t/ 2 tt4、如圖5-1-6所示，若線(xiàn)框abcd不閉合，當(dāng)磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，下列說(shuō)法中正確的是（ C ） A.線(xiàn)框中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，可跟隨磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)B線(xiàn)框中不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，可跟隨磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)C.線(xiàn)框中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，不跟隨磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)i =Tt t,從t=0到第一次出現(xiàn)通過(guò)線(xiàn)圈的磁通量變化率最大值的時(shí)間為(C )50 si

9、 =Tt t,從t=0到第一次出現(xiàn)通過(guò)線(xiàn)圈的磁通量變化率最大值的時(shí)間為(C )50 s100 s200產(chǎn)生的交變電流如圖 面與磁場(chǎng)垂直 圈的磁通量最大 電流改變方向5-1-8所示，從圖中可知：（B ）D.產(chǎn)生的交變電流如圖 面與磁場(chǎng)垂直 圈的磁通量最大 電流改變方向5-1-8所示，從圖中可知：（B ）D.若從O時(shí)刻到D時(shí)刻的時(shí)間為，則在 1s8、矩形線(xiàn)圈，繞與勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直的中心軸內(nèi)交變電流的方向改變 50次OO按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn).引出線(xiàn)的兩端與互相D1/400 s6、矩形線(xiàn)圈的面積為 S,匝數(shù)為n,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，繞垂直于磁場(chǎng)的軸。以角速度少勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)到線(xiàn)圈平面與磁場(chǎng)垂直的圖

10、5-1-7示位置時(shí)（AD）A.線(xiàn)圈中的電動(dòng)勢(shì)為 0B.線(xiàn)圈中的電動(dòng)勢(shì)為C.穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量為 D.線(xiàn)圈不受安培力作用 7、線(xiàn)圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) A.在A和C時(shí)刻線(xiàn)圈平 B.在B和D時(shí)刻穿過(guò)線(xiàn) C.在A和C時(shí)刻，感應(yīng)5-1-9絕緣的半圓銅環(huán)連接，兩個(gè)半圓環(huán)分別與固定電刷滑動(dòng)接觸，電刷間接有電阻，如圖 所示，在線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)電阻的電流：（5-1-9A.大小和方向都不斷變?nèi)誃.大小和方向都不變C.大小不斷變化，方向D.大小不斷變化，方向入 TOC o 1-5 h z 9、一個(gè)交變電流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為e=200sin100兀tV,如果把線(xiàn)圈和一個(gè)阻值為100的電阻組成閉合回路，線(xiàn)圈的電阻可略去

11、不計(jì)，那么，流過(guò)電阻的電流瞬時(shí)表達(dá)式為i=A ,電阻兩端電壓瞬時(shí)表達(dá)式u=V 。2sin100 nt 200sin100% t10、某交變電流發(fā)電機(jī)模型，矩形線(xiàn)圈邊長(zhǎng)為20cmx 10cm,共100匝，勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1T,轉(zhuǎn)速為300/兀轉(zhuǎn)/分，則線(xiàn)圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值為多少？若從中性面開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，寫(xiě)出交變電動(dòng)勢(shì) e隨時(shí)間t變化的表達(dá)式。20 20sin10 Tit11、距離足夠大的金屬板A、B間有一電子(不計(jì)重力影響)，在A、B間接有如圖5-1-10所示的正弦式電壓 U, t =0時(shí)電子從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，則(BQA.電子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)B.在足夠長(zhǎng)的時(shí)間后，電子一定要碰到某個(gè)金屬板上= T72時(shí)，電子速度達(dá)到最大值=T時(shí)，電子將回到原出發(fā)點(diǎn)12、如