高中人教物理選擇性必修二3.1 交變電流（導(dǎo)學(xué)案）-同步備課

1、3.1 交變電流1.能理解交流電的定義，掌握交流電與直流電的區(qū)別。2.掌握交流電的產(chǎn)生原理，知道什么是中性面。3.會(huì)推導(dǎo)交流電的表達(dá)式，并理解瞬時(shí)值和峰值的準(zhǔn)確含義。4.掌握交流電表達(dá)式中各物理量的含義并計(jì)算。5.了解交流電動(dòng)機(jī)的工作原理。【重點(diǎn)】交變電流產(chǎn)生的物理過(guò)程，熟悉正弦式交電流各參數(shù)的物理意義?！倦y點(diǎn)】交變電流的變化規(guī)律及正弦式交變電流瞬時(shí)值、峰值的推導(dǎo)過(guò)程。 【課前自主學(xué)習(xí)】交變電流的定義：電流的 和 ，隨 做 變化，這樣的電流叫做“交變電流”簡(jiǎn)稱“交流”。幾種不同的交流電示意圖2、直流電的定義： 方向不隨時(shí)間變化的電流稱為“直流”。恒定電流的定義： 和 不隨時(shí)間變化的電流稱為“恒

2、定電流”。圖中屬于交流電的是 ，屬于直流電的是 ，屬于恒定電流的是 ，4、中性面的概念：線框與 垂直的平面，稱為“中性面”。5、正弦式交流電的定義：矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所產(chǎn)生的交變電流按照 函數(shù)的規(guī)律變化稱為“正弦式交流電”。6、正弦式交流電的瞬時(shí)值可表達(dá)為： ，峰值可表達(dá)為 。7. 的發(fā)電機(jī)叫旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)； ，的發(fā)電機(jī)叫旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)。【課內(nèi)探究】一、探究交流電的特征1、實(shí)驗(yàn)研究背景：出示單相交流發(fā)電機(jī)，按右圖連接電路圖。2、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與反思（1）觀察：當(dāng)線框快速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，觀察到什么現(xiàn)象?思考：為什么發(fā)光二極管會(huì)交替閃爍？二、探究交流電的發(fā)生過(guò)程1.實(shí)驗(yàn)背景：

3、將手搖式發(fā)電機(jī)與定值電阻、電流表串聯(lián)。實(shí)驗(yàn)猜想快速轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電機(jī)，電流表的示數(shù)會(huì)發(fā)生怎樣的變化？實(shí)驗(yàn)方案與反思：讓線框從如圖所示的中性面開(kāi)始沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)；思考：（1）線圈在甲圖位置是否有感應(yīng)電流？線圈在乙圖位置是否有感應(yīng)電流？（3）在線圈由甲轉(zhuǎn)到乙的過(guò)程中，AB邊中電流向哪個(gè)方向流動(dòng)？（由BA） （4）線圈在丙圖位置是否有感應(yīng)電流？（5）線圈在丁圖位置是否有感應(yīng)電流？（6）在線圈由丙轉(zhuǎn)到丁的過(guò)程中，AB邊中電流向哪個(gè)方向流動(dòng)？（由AB）（7）思考：線圈轉(zhuǎn)到什么位置時(shí)線圈中沒(méi)有電流？轉(zhuǎn)到什么位置時(shí)線圈中電流最大？實(shí)驗(yàn)結(jié)論：線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，感應(yīng)電流的方向改變兩次。兩個(gè)特殊位置的各物理量的特征。名稱中

4、性面中性面的垂面位置線圈平面與磁場(chǎng)垂直線面平面與磁場(chǎng)平行磁通量最大零磁通量的變化率零最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)零最大線圈邊框切割磁感線的有效速度零最大感應(yīng)電流零最大電流方向改變不變?nèi)⑻骄拷涣麟姷漠a(chǎn)生規(guī)律1、實(shí)驗(yàn)方案與反思設(shè)線圈從中性面開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度是經(jīng)過(guò)時(shí)間t，AB、CD寬L1，AD、BC長(zhǎng)L2 ，磁感應(yīng)強(qiáng)度是B.（1）思考：ts末線圈與中性面的夾角是 ，此時(shí)AB邊的速度為 ，AB邊切割磁感線的有效速度為 ，AB邊中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 ，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 ，若為N匝線圈，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 。（2）思考：結(jié)合上圖任意時(shí)刻t的磁通量為 ，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律該時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為 。（3）如果計(jì)時(shí)零時(shí)刻

5、線圈較中性面已轉(zhuǎn)過(guò)30度角，線圈在任意位置的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)又如何表示？（4）如果計(jì)時(shí)開(kāi)始時(shí)，線圈從垂直與中性面的位置開(kāi)始，線圈在任意位置的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)又如何表示？2、實(shí)驗(yàn)結(jié)論（1）當(dāng)線圈的匝數(shù)為n，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)到中性面時(shí)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)流大小為 0 ，轉(zhuǎn)過(guò)90時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為 nBSW 。（2）當(dāng)線圈從中性面開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)一周期的時(shí)間內(nèi)，感應(yīng)電流的方向先改變 2 次。（3）當(dāng)線圈的匝數(shù)為n，從中性面開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值為 ，峰值為 ，磁通量的瞬時(shí)值為 ，峰值為 BS 。反思以下問(wèn)題：若該線圈給外電阻R供電，設(shè)線圈本身電阻為r，則負(fù)載兩端的電壓u、流過(guò)的電流i隨時(shí)間變化的規(guī)律是怎樣的？流過(guò)負(fù)載的電流

6、：負(fù)載兩端電壓：正弦式交變電流的圖像（中性面計(jì)時(shí)） 認(rèn)識(shí)不同形式的交流電：認(rèn)識(shí)交流發(fā)電機(jī)交流發(fā)電機(jī)的分類？ 旋轉(zhuǎn)電樞式 （ABCD線圈（電樞）K、L圓環(huán)E 、F電刷） 旋轉(zhuǎn)磁極式旋轉(zhuǎn)電樞式： 旋轉(zhuǎn)磁極式： 說(shuō)明：旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)與旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)的區(qū)別旋轉(zhuǎn)電樞式：旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的電流，經(jīng)過(guò)裸露的滑環(huán)和電刷引到外電路，如果電壓很高，可能發(fā)生火花放電，滑環(huán)和電刷很快會(huì)燒壞。同時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞無(wú)法做得很大，線圈匝數(shù)也不可能很多，所以產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也不能很高。這種發(fā)電機(jī)輸出的電壓一般不超過(guò) V。旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)：旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)克服了上述缺點(diǎn)，能夠產(chǎn)生幾千伏到幾萬(wàn)伏的電壓，輸出功率可達(dá)幾百兆

7、瓦。所以，大多數(shù)發(fā)電機(jī)是 式的。概念：轉(zhuǎn)子定子的概念不論哪種發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)動(dòng)的部分都叫 ，不動(dòng)的部分都叫 ；所以，旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是 ，定子是 ；旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是 ，定子是 。1.(2019內(nèi)蒙古四校發(fā)展聯(lián)盟高二下期中)交流發(fā)電機(jī)發(fā)電示意圖如圖所示，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是()A轉(zhuǎn)到圖甲位置時(shí)，通過(guò)線圈的磁通量變化率最大B轉(zhuǎn)到圖乙位置時(shí)，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零C轉(zhuǎn)到圖丙位置時(shí)，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流最大D轉(zhuǎn)到圖丁位置時(shí)，AB邊感應(yīng)電流方向?yàn)锳B2.某發(fā)電機(jī)的原理簡(jiǎn)圖如圖所示，線圈按圖示方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。以下說(shuō)法正確的是（ ） A線圈經(jīng)過(guò)圖示位置時(shí)穿過(guò)線圈的磁通量為零，磁通量的變

8、化率為零B線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)90后，小燈泡中的電流方向發(fā)生變化電流逐漸變大C線圈轉(zhuǎn)動(dòng)兩周，電流的方向改變2次D從線圈經(jīng)過(guò)圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，則電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間變化的規(guī)律為e=Esint(V)3.(2020河北省張家口第四中學(xué)高二下學(xué)期月考)某交變電流發(fā)電機(jī)正常工作時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)eEmsint。若線圈匝數(shù)減為原來(lái)的一半，而轉(zhuǎn)速增為原來(lái)的2倍，其他條件不變，則產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式為()AeEmsintBe2EmsintCe2Emsin2tDeEmsin2t4.如圖所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)B0.1 T，所用矩形線圈的匝數(shù)N100，邊長(zhǎng)lab0.2 m，lbc0.5 m，以角速度100 rad/s繞OO軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。

9、當(dāng)線圈平面通過(guò)中性面時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，試求：(1)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的表達(dá)式。(2)由t0至teq f(T,4)過(guò)程中的平均電動(dòng)勢(shì)值。 參考答案與解析1.【答案】D【解析】：轉(zhuǎn)到圖甲位置時(shí)，線圈平面與磁感線垂直，磁通量最大，但磁通量變化率最小，故 A錯(cuò)誤；轉(zhuǎn)到圖乙位置時(shí)，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，故B錯(cuò)誤；轉(zhuǎn)到圖丙位置時(shí)，線圈位于中性面位置，此時(shí)感應(yīng)電流為零，故C錯(cuò)誤；轉(zhuǎn)到圖丁位置時(shí)，根據(jù)楞次定律可知AB邊感應(yīng)電流方向?yàn)锳B，故D正確。2.【答案】B【解析】經(jīng)過(guò)圖示位置磁通量為零，變化率最大，故A選項(xiàng)錯(cuò)誤，線圈的起始位置在垂直于中性面的位置，故感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小隨時(shí)間的變化規(guī)律為，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤，在轉(zhuǎn)動(dòng)90-180的過(guò)程中感應(yīng)電流逐漸增大，故B選項(xiàng)正確。線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，感應(yīng)電流的方向改變兩次。轉(zhuǎn)動(dòng)兩圈改變4次，故C選項(xiàng)錯(cuò)誤。故本題選B。3.【答案】D【解析】：由EmNBS知若線圈匝數(shù)減為原來(lái)的一半，而轉(zhuǎn)速增為原來(lái)的2倍時(shí)Em不變；轉(zhuǎn)速變?yōu)?，故電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式為eEmsin2t，D正確；故選D。4.【答案】：(1)e314sin100t(V)(2)200 V【解析】：(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值eNBSsint，由題可知：Slablbc0.20.5 m20.1 m2EmNBS