3.1交變電流導(dǎo)學(xué)案-高二下學(xué)期物理人教版選擇性2

物理選必二第一章安培力與洛倫茲力自學(xué)探究學(xué)案學(xué)習(xí)內(nèi)容：3.1交變電流主備:閑云時(shí)間：1月23日班級(jí)姓名教學(xué)目標(biāo)科學(xué)素養(yǎng)物理觀念：1.知道交變電流和直流電的特點(diǎn)及區(qū)別2．理解交變電流的產(chǎn)生原理3.掌握交變電流的變化規(guī)律及表示方法。4.理解交變電流的瞬時(shí)值和最大值及中性面的準(zhǔn)確含義?？茖W(xué)思維：引導(dǎo)學(xué)生建立正弦交變電流的模型，會(huì)用右手定則和法拉第電磁感應(yīng)定律推理分析正弦交變電流的方向和大小，培養(yǎng)學(xué)生建模的能力與推理分析的思維能力?？茖W(xué)探究:引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)交變電流的表達(dá)式，培養(yǎng)學(xué)生利用已有知識(shí)探究物理規(guī)律的能力。科學(xué)態(tài)度與價(jià)值觀：培養(yǎng)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)與科學(xué)技術(shù)、生產(chǎn)實(shí)踐和生活實(shí)際聯(lián)系起來的學(xué)以致用的思想。自主學(xué)習(xí)（認(rèn)真閱讀課本，獨(dú)立思考，相信你一定行﹗）一．交變電流（1）認(rèn)識(shí)交變電流1.觀察示波器顯示的電壓、電流波形。思考：上面三個(gè)波形與下面兩個(gè)波形有何不同？____________________________________________________________________2.交變電流：電壓、電流的_______和_______隨時(shí)間做周期性變化的電流叫作交變電流，簡(jiǎn)稱交流。3.直流：_______不隨時(shí)間變化的電流稱為直流。4.恒定電流：電壓、電流的_______和______都不隨時(shí)間變化的電流叫作恒定電流。強(qiáng)調(diào)：電流方向隨時(shí)間做周期性變化，是交流電最主要的特征，也是交流電與直流電最主要的區(qū)別。（2）演示交變電流的產(chǎn)生把兩個(gè)發(fā)光顏色不同的發(fā)光二極管并聯(lián)，注意使兩者正、負(fù)極的方向不同，然后連接到教學(xué)用發(fā)電機(jī)的兩端。轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，兩個(gè)磁極之間的線圈隨著轉(zhuǎn)動(dòng)。觀察發(fā)光二極管的發(fā)光情況。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明了什么？現(xiàn)象：_____________________。說明：_____________________。二．交變電流的產(chǎn)生（1）交流發(fā)電機(jī)的基本構(gòu)造①固定的兩磁極之間產(chǎn)生的磁場(chǎng)可近似為勻強(qiáng)磁場(chǎng)。②線圈ABCD可繞固定軸（虛線所示）自由轉(zhuǎn)動(dòng)。為了便于觀察，圖中畫出了其中的一匝線圈。③兩個(gè)滑環(huán)K、L。線圈的AB邊連在金屬滑環(huán)K上，CD邊連在滑環(huán)L上；④兩個(gè)電刷E、F。導(dǎo)體做的兩個(gè)電刷A、B分別壓在兩個(gè)滑環(huán)上，線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以通過滑環(huán)和電刷保持與外電路的連接。(2)思考討論：定性分析交變電流的產(chǎn)生假定線圈沿逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖所示。請(qǐng)大家考慮下面幾個(gè)問題：1.線圈在圖甲所示位置有沒有電流？______。AB邊中電流方向？______2.線圈由圖甲所示位置轉(zhuǎn)到圖乙所示位置的過程中，AB邊中電流向方向？______3.線圈由圖乙所示位置轉(zhuǎn)到圖丙所示位置的過程中，AB邊中電流向方向？______4.線圈在圖丙所示位置有沒有電流？______。AB邊中電流方向？______5.線圈由圖丙所示位置轉(zhuǎn)到圖丁所示位置的過程中，AB邊中電流向方向？______6.線圈在圖丁所示位置轉(zhuǎn)到圖甲所示位置的過程中，AB邊中電流向方向？______7.轉(zhuǎn)到什么位置時(shí)線圈中沒有電流？______8.轉(zhuǎn)到什么位置時(shí)線圈中的電流最大？______（3）兩個(gè)特殊位置的特點(diǎn):1.中性面：(線框平面與磁感線垂直的位置)。線圈處于中性面位置時(shí):①磁通量?=______，______;磁通量的變化率???t______②感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小emin=______③線圈越過中性面，線圈中感應(yīng)電流的方向______;線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，感應(yīng)電流的方向改變______次。2.與中性面垂直的面（峰值面）①磁通量?=______，______;磁通量的變化率???t②感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大Em=_________③線圈越過峰值面，線圈中感應(yīng)電流的方向______;（4）嘗試畫出感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的曲線假設(shè)電流從E經(jīng)過負(fù)載流向F的方向記為正，反之為負(fù)，在橫坐標(biāo)軸上標(biāo)出線圈到達(dá)甲、乙、丙、丁幾個(gè)位置時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，大致畫出感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的曲線。三、交變電流的變化規(guī)律（1）推導(dǎo)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與時(shí)間t的關(guān)系：設(shè)N匝線圈旋轉(zhuǎn)的角速度為ω，AB和CD的長(zhǎng)度為l，AD和BC的長(zhǎng)度為d，從中性面開始計(jì)時(shí)經(jīng)過時(shí)間t，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，如圖所示。1.線圈轉(zhuǎn)過的角度為多少?______2.AB（CD）邊的速度v多大？______

3.AB（CD）邊速度方向與磁感線夾角是多大？______4.AB（CD）邊的速度v與磁感線的垂直分量v⊥多大？

5.AB邊中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)eAB多大？6.線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e多大？____________7.線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Em多大？如果線圈兩端連接一個(gè)純電阻用電器，電阻為R,則：8.線圈中的感應(yīng)電流的最大值Im=______,感應(yīng)電流i的表達(dá)式i電阻R兩端電壓的最大值Um=______,R兩端電壓u的表達(dá)式思考：如果計(jì)時(shí)起點(diǎn)是垂直中性面的位置，交變電流的表達(dá)式是怎樣的？(2)正弦式交變電流1.正弦式交變電流:按正弦規(guī)律變化的交變電流叫作正弦式交變電流，簡(jiǎn)稱正弦式電流。2.表達(dá)式：。3、圖像：4、幾種常見的交變電流波形課堂練習(xí)5.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值與線圈的形狀和轉(zhuǎn)軸的位置的關(guān)系？若線圈匝數(shù)N、轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω及線圈面積S、磁感應(yīng)強(qiáng)度B都相同線圈的形狀的變化對(duì)交變電動(dòng)勢(shì)的峰值有影響嗎？____________②線圈轉(zhuǎn)軸的位置變化對(duì)交變電動(dòng)勢(shì)的峰值有影響嗎？____________四．交流發(fā)電機(jī)（1）主要構(gòu)造：_________和_________。（2）分類1.旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)：_________轉(zhuǎn)動(dòng)，_________不動(dòng)。2.旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)：_________轉(zhuǎn)動(dòng)，_________不動(dòng)。例．一矩形線圈，面積是0.05m2，共100匝，線圈電阻為1Ω，外接電阻為R=4Ω，線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度為T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以300r/min的轉(zhuǎn)速繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖所示，若從中性面開始計(jì)時(shí)，求：（1）線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值。（2）線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式。（3）線圈從開始計(jì)時(shí)經(jīng)s時(shí)，線圈中電流的瞬時(shí)值。強(qiáng)化練習(xí)A組1.下列幾個(gè)電流變化圖像中，屬于交變電流的是2．如圖所示，屬于交變電流電的是(

)A．B．C． D．3．如圖所示，在水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)中一矩形閉合線圈繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，若要使線圈中的電流峰值減半，不可行的方法是()A．只將線圈的轉(zhuǎn)速減半B．只將線圈的匝數(shù)減半C．只將勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度減半D．只將線圈的邊長(zhǎng)減半4.(科學(xué)思維命題)如圖所示，一半徑r＝10cm的圓形線圈共100匝，在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝eq\f(5,π2)T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，繞垂直于磁場(chǎng)方向的中心軸線OO′以n＝600r/min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)線圈轉(zhuǎn)至中性面位置(圖中位置)時(shí)開始計(jì)時(shí)。(1)寫出線圈內(nèi)所產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式；(2)求線圈從圖示位置開始在t＝eq\f(1,60)s時(shí)的電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值；(3)求線圈從圖示位置開始在t＝eq\f(1,60)s時(shí)間內(nèi)的電動(dòng)勢(shì)的平均值。5．如圖所示，KLMN是一個(gè)豎直的矩形導(dǎo)線框，全部處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線框面積為S，MN邊水平，線框繞某豎直固定軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。在MN邊與磁場(chǎng)方向的夾角達(dá)到30°的時(shí)刻（圖示位置），導(dǎo)線框中產(chǎn)生的瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)e的大小和線框此時(shí)電流的方向分別為（已知線框按俯視的逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)）（

）A．BSω，電流方向?yàn)镵NMLK B．BSω，電流方向?yàn)镵NMLKC．BSω，電流方向?yàn)镵LMNK D．BSω，電流方向?yàn)镵LMNK6．如圖甲所示為一臺(tái)小型發(fā)電機(jī)的構(gòu)造示意圖，線圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間按圖乙所示的正弦規(guī)律變化。發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為1Ω，外接燈泡的電阻為9Ω(恒定不變)，電表均為理想交流電表，則下列說法中正確的是()A．在t＝0.5×10－2s時(shí)刻，線圈處于中性面B．在t＝0時(shí)刻，線圈中的磁通量為零C．在t＝1.0×10－2s時(shí)刻，穿過線圈的磁通量最大D．在t＝1.0×10－2s時(shí)刻，穿過線圈的磁通量變化率最大7．如圖甲所示，一個(gè)矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向且與線圈共面的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從某個(gè)時(shí)刻開始計(jì)時(shí)，穿過線圈的磁通量隨時(shí)間的變化如圖乙所示，則下列說法中正確的是（）A．時(shí)刻線圈平面垂直中性面B．、時(shí)刻線圈中的感應(yīng)電流最大且方向相同C．、時(shí)刻穿過矩形線圈的磁通量最大，但感應(yīng)電流卻為零D．時(shí)刻穿過線圈的磁通量為零，電流改變方向8.如圖所示，下列四種情況均表示閉合線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，在下列情況下線圈中不能產(chǎn)生交流電的是（）（從左側(cè)看線圈繞OO′順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)）OO′OBωO′OBωO′OBωO′OBωADCB9.如圖所示，單匝直角三角形導(dǎo)線框OMN在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以O(shè)N所在的直線為軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度為ω，已知OM邊長(zhǎng)為l，，勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于ON向右，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，則下列說法正確的是(

)A．導(dǎo)線框OMN內(nèi)產(chǎn)生大小恒定的電流B．截掉導(dǎo)線MN，則電動(dòng)勢(shì)最大值變小C．導(dǎo)線框OMN產(chǎn)生的電流方向?yàn)镺MNOD．導(dǎo)線框OMN內(nèi)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)最大值為10．如圖所示，形狀或轉(zhuǎn)軸位置不同，但面積均為S的單匝線圈處在同一個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，以相同的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從圖示位置開始計(jì)時(shí)，則下列正確的說法是A．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值都相同B．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值不同C．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值不同D．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值都相同11．如下圖中各圖面積均為S的線圈均繞其對(duì)稱軸或中心軸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，以圖示位置為計(jì)時(shí)的起點(diǎn)，能產(chǎn)生正弦交變電動(dòng)勢(shì)的圖是（）A． B．C．D．B組12．如圖甲所示，一單匝矩形線圈abcd放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，并繞過ab、cd中點(diǎn)的軸OO′以角速度ω逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。若以線圈平面與磁場(chǎng)方向間的夾角θ＝45°時(shí)(如圖乙所示)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，并規(guī)定當(dāng)電流自a流向b時(shí)，電流方向?yàn)檎?。則下圖所示的四幅圖中正確的是()13．某發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖，其中N、S是永久磁鐵的兩個(gè)磁極，M是圓柱形鐵芯，鐵芯外套有一矩形導(dǎo)線圈，線圈在繞過鐵芯M中心的固定轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。磁極與鐵芯之間的縫隙中形成方向沿半徑的輻向磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小處處相等。若從線圈處于圖示位置開始計(jì)時(shí)，設(shè)此時(shí)電動(dòng)勢(shì)為正值，圖中能正確反映線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t變化規(guī)律的是（）A．B．C．D．14.在垂直紙面向里的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中放置了矩形線圈abcd.線圈cd邊沿豎直方向且與磁場(chǎng)的右邊界重合．線圈平面與磁場(chǎng)方向垂直．從t＝0時(shí)刻起，線圈以恒定角速度ω＝2π/T繞cd邊沿如圖所示方向轉(zhuǎn)動(dòng)，規(guī)定線圈中電流沿abcda方向?yàn)檎较?，則從t＝0到t＝T時(shí)間內(nèi)，線圈中的電流I隨時(shí)間t變化關(guān)系圖象為()15.如圖所示,單匝矩形線圈的一半，放在具有理想邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,線圈軸線OO'與磁場(chǎng)邊界重合,線