高中物理人教版2第五章交變電流1交變電流【省一等獎】

人教版選修3－2第五章第1節(jié)交變電流導學案1【教學目標】1．理解交變電流的產(chǎn)生原理，掌握交變電流的變化規(guī)律．2．知道正弦式電流的圖象．3．知道交流發(fā)電機的構造和分類．重點：交變電流的變化規(guī)律難點：交變電流的產(chǎn)生原理【自主預習】1．定義：和隨時間作周期性變化的電流，叫做交變電流，簡稱交流．說明：隨時間周期性變化是交變電流的最重要的特征．如圖中均為交變電流，而就不是交變電流．2．正弦式電流（1）定義：隨時間按規(guī)律變化的電流叫做正弦式電流．說明：①在我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生活中使用的交變電流都是正弦式電流，但并非只有按正弦規(guī)律變化的電流才叫交變電流．②正弦式交變電流的圖象是曲線（2）正弦式電流產(chǎn)生：當線圈在磁場中繞于磁場方向的軸做轉動時，線圈中就產(chǎn)生正弦式電流．（3）正弦式電流的規(guī)律：假定線圈從跟磁感線垂直的平面（也叫中性面）開始轉動，則產(chǎn)生的交變電流的瞬時值表達式為i＝Imsinωt；電動勢瞬時值的表達式為e＝；電壓瞬時值表達式為u＝二、中性面1．定義：與磁感線的平面叫做中性面．2．中性面特點：（1）穿過線圈的磁通量Φ最；（2）磁通量的變化率最；（3）電動勢e及電流I均為；（4）線圈經(jīng)此位置電流方向改變．說明：除中性面之外，在交流電產(chǎn)生過程中還有一個特殊位置，那就是與磁感線平行的平面（或叫與中性面垂直的平面）．該平面的特點：（1）穿過線圈的磁通量最（Φ＝0）；（2）磁通量的變化率最；【典型例題】一、中性面的概念解讀【例1】一矩形線圈在勻強磁場中勻速轉動，當線圈通過中性面時()A．線圈平面與磁感線方向平行B．通過線圈的磁通量達到最大值C．通過線圈的磁通量變化率達到最大值D．線圈中的電動勢達到最大值二、磁通量與交變電流的產(chǎn)生【例2】某線圈在勻強磁場中勻速轉動，穿過它的磁通量Φ隨時間的變化規(guī)律可用圖5－1－7表示，則()A．t1和t2時刻，穿過線圈磁通量的變化率最大B．t2時刻，穿過線圈的磁通量變化率為零C．t3時刻，線圈中的感應電動勢為零D．t4時刻，線圈中的感應電動勢達最大值三、交變電流圖象的應用【例3】大小和方向都隨時間做周期性變化的電流叫做交變電流．如圖3所示都屬于交變電流．下列幾個圖中哪個是正弦式交流電，哪個是方波，說法正確的是()A．a(chǎn)是正弦式交流電，c是方波B．b是正弦式交流電，d是方波C．a(chǎn)是正弦式交流電，b是方波D．d是正弦式交流電，b是方波四、交變電流的產(chǎn)生【例4】使線圈在勻強磁場中做勻速轉動而切割磁感線所產(chǎn)生的交變電流是正弦交變電流，如圖1所示線圈從中性面O1O2位置開始轉動，轉動的角速度為ω，經(jīng)過時間t轉動到圖中實線位置．試分析圖中實線位置處感應電動勢的大?。菊n后練習】1.矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉動，下列說法中正確的是()A．在中性面時，通過線圈的磁通量最大B．在中性面時，感應電動勢最大C．穿過線圈的磁通量為零時，感應電動勢也為零D．穿過線圈的磁通量為零時，磁通量的變化率也為零2．交流發(fā)電機在工作時電動勢為e＝Emsinωt，若將發(fā)電機的轉速提高一倍，同時將電樞所圍面積減小一半，其他條件不變，則其電動勢變?yōu)?)A．e′＝Emsineq\f(ωt,2)B．e′＝2Emsineq\f(ωt,2)C．e′＝Emsin2ωtD．e′＝eq\f(Em,2)sin2ωt3．一束帶電粒子沿著通有交流電的螺線管的軸線射入管內(nèi)，則粒子在管內(nèi)的運動狀態(tài)是()A．往復運動B．勻速直線運動C．勻加速直線運動D．勻速圓周運動4.如圖4所示，矩形線圈abcd在勻強磁場中可以分別繞垂直于磁場方向的軸P1和P2以相同的角速度勻速轉動，當線圈平面轉到與磁場方向平行時()A．線圈繞P1或P2轉動時電流的方向相同，都是a→d→c→b→aB．線圈繞P1轉動時的電動勢小于繞P2轉動時的電動勢C．線圈繞P1轉動時的電流等于繞P2轉動時的電流D．線圈繞P1轉動時dc邊受到的安培力大于繞P2轉動時dc邊受到的安培力5．如圖5所示，一矩形閉合線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的轉軸OO′以恒定的角速度ω轉動，從線圈平面與磁場方向平行時開始計時，則在0～eq\f(π,2ω)這段時間內(nèi)()A．線圈中的感應電流一直在減小B．線圈中的感應電流先增大后減小C．穿過線圈的磁通量一直在減小D．穿過線圈的磁通量的變化率一直在減小6.如圖6所示，一單匝閉合線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的轉軸勻速轉動，轉動過程中線框中產(chǎn)生的感應電動勢的瞬時值為e＝20tV，由該表達式可推知以下哪些物理量()A．勻強磁場的磁感應強度B．線框的面積C．穿過線框的磁通量的最大值D．線框轉動的角速度7.線框在勻強磁場中繞OO′軸勻速轉動(由上向下看是逆時針方向)，當轉到如圖7所示位置時，磁通量和感應電動勢大小的變化情況是()A．磁通量和感應電動勢都在變大B．磁通量和感應電動勢都在變小C．磁通量在變小，感應電動勢在變大D．磁通量在變大，感應電動勢在變小8．如圖8甲所示，“匚”形金屬框?qū)к壦椒胖茫畬к壣峡缃右唤饘侔鬭b，與導軌構成閉合回路，并能在導軌上自由滑動，在導軌左側與ab平行放置的導線cd中通以如圖乙所示的交變電流，規(guī)定電流方向自c向d為正，則ab棒受到向左的安培力的作用時間是()A．0→t1B．t1→t2C．t2→t3D．t3→t49．如下圖所示，能夠產(chǎn)生交變電流的情況是()10．如圖所示，表示交變電流的圖象是11有一10匝正方形線框，邊長為20cm，線框總電阻為1Ω，線框繞OO′軸以10πrad/s的角速度勻速轉動，如圖9垂直于線框平面向里的勻強磁場的磁感應強度為T．問：(1)該線框產(chǎn)生的交變電流電動勢最大值、電流最大值分別是多少？(2)線框從圖示位置轉過60°時，感應電動勢的瞬時值是多大？(3)寫出感應電動勢隨時間變化的表達式．12．如圖11所示，總電阻為r的n匝矩形線圈abcd置于磁感應強度為B的勻強磁場中，一邊ab＝l1，另一邊ad＝l2，繞垂直于磁場方向的對稱軸OO′以角速度ω勻速轉動．線圈通過電刷與外電阻R組成閉合電路．(1)求線圈中產(chǎn)生的電動勢的最大值．(2)從線圈處于中性面開始計時，寫出閉合電路中瞬時電流隨時間變化的表達式，并畫出電流變化的圖象．答案：例1.解析中性面是磁通量最大的位置，也是磁通量變化率為零的位置，在該位置上磁通量最大，感應電動勢為零，無感應電流．答案B例2.解析磁通量隨時間變化的規(guī)律的圖象不是電流時間變化的規(guī)律，磁通量變化的越快，產(chǎn)生的感應電動勢越大，所以磁通量最大時感應電流最小，磁通量最小時感應電流最大．答案CD例3.答案C例4.答案e＝Bl1l2ωsin解析設線圈的邊長分別為ab＝l1，bc＝l2的矩形線圈，繞其對稱軸在磁感強度為B的勻強磁場中以角速度ω做勻速轉動，當線圈平面轉過時間t后，其轉過的角度為ωt.速度的大小是eq\f(l1ω,2)，速度在垂直于磁場方向的分量為eq\f(l1ω,2)sinωt，所以長度為l2的切割磁感線的邊產(chǎn)生的感應電動勢為e＝Bl2eq\f(l1ω,2)sinωt，兩條邊切割磁感線產(chǎn)生的總的感應電動勢為e＝Bl1l2ωsinωt.課后練習：1.答案A解析中性面和磁場垂直，磁通量最大，磁通量的變化率為零．2.答案C解析由Em＝NBSω知，當發(fā)電機的轉速提高一倍，電樞所圍面積減小一半后，Em不會變化，所以e′＝Emsin2ωt.3.答案B4.答案AC解析電流方向的判斷方法可以根據(jù)右手定則進行判斷，雖然兩次所圍繞的軸不相同，但是其表達式都是NBSωsinωt.5.答案AD解析在現(xiàn)在這個位置上，線圈平面與磁場平行，感應電流最大，在0～eq\f(π,2ω)時間內(nèi)線圈轉過四分之一個圓周，感應電流從最大減小為零，磁通量逐漸增大．6.答案CD解析根據(jù)正弦式交變電流的表達式：e＝BSωsinωt，可得ω＝20rad/s，而磁通量的大小的表達式為Φ＝BS，所以可以根據(jù)BSω＝求出磁通量的最大值．7.答案D解析由圖可知，Φ＝Φmcosθ，e＝Emsinθ，所以磁通量變大，感應電動勢變小．8.答案AC解析在0→t1時間內(nèi)，電流i由c→d且逐漸增大，由安培定則及楞次定律可判定：閉合回路中的磁場方向垂直紙面向里，金屬棒ab中的電流方向由a→b，再由左手定則可判定，此時ab棒所受安培力向左，A正確．同理可判斷出在t1→t2時間內(nèi)，在t3→t4時間內(nèi)ab棒所受安培力向右．在t2→t3時間內(nèi)ab棒所受安培力向左，C正確．9．答案BCD10．答案CD11答案(1)V6.28A(2)V(3)10πtV解析(1)交變電流電動勢最大值為Em＝nBSω＝10×××10πV＝V電流的最大值為Im＝Em/R＝1A＝6.28A(2)線框轉過60°時，感應電動勢E＝Emsin60°＝V(3)由于線框轉動是從中性面開始計時的，所以瞬時值表達式為e＝Emsinωt＝10πtV12．答案(1)nBωl1l2(2)i＝eq\f(nBl1l