5.1 交变电流班级 姓名 ， 1课时 使用时间 一 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像3知道交流发电机的构造和分类2掌握用图像描述交变电流重点交变电流产生的物理过程的分析。难点交变电流的变化规律及应用。二、自学检测（一）交变电流（1）_随时间做_变化的电流叫做交变电流，简称交流；（2）_不随时间变化的电流称为直流；（3）_和_都不随时间变化的电流叫做_电流；（二）交变电流的产生（1）在线圈转动时，磁通量最大时，磁通量的变化率_；磁通量为0时，磁通量变化率_；感应电动势的大小由_决定，与_无关。（2）线圈转动一周，感应电流方向改变_次（3）中性面：_，如图有_、_位置；中性面的相关特点：磁通量_，磁通量的变化率_，感应电动势e_，_感应电流（4）峰值面： ，如图有_、_位置；峰值面的相关特点：磁通量_，磁通量的变化率_，感应电动势e_，_感应电流三、合作探究出示单相交流发电机，引导学生首先观察它的主要构造。演示：将手摇发电机模型与小灯泡组成闭合电路。当线框快速转动时，观察到什么现象?这种大小和方向都随时间做周期性变化电流，叫做交变电流。 1、交变电流的产生为什么矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时线圈里能产生交变电流？当abcd线圈在磁场中绕OO轴转动时，哪些边切割磁感线? 当ab边向右、cd边向左运动时，线圈中感应电流的方向 ？当ab边向左、cd边向右运动时，线圈中感应电流的方向如何?平面与磁感线平行时，ab边与cd边线速度方向都跟磁感线方向垂直，即两边都垂直切割磁感线，此时产生感应电动势最大。线圈转到什么位置时，产生的感应电动势最小?归纳小结：（1）中性面线框平面与磁感线垂直的位置。（2）线圈处于中性面位置时，穿过线圈最大，但=0。（3）线圈越过中性面，线圈中I感方向要改变。线圈转一周，感应电流方向改变两次。2交变电流的变化规律设线圈平面从中性面开始转动，角速度是。经过时间t，线圈转过的角度是t，ab边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于t，如右图所示。设ab边长为L1，bc边长L2，磁感应强度为B，这时ab边产生的感应电动势多大?此时整个线框中感应电动势多大?若线圈有N匝时，相当于N个完全相同的电源串联，e=NBL1L2sint，令Em=NBL1L2，叫做感应电动势的峰值，e叫做感应电动势的瞬时值。 根据部分电路欧姆定律，电压的最大值Um=ImR，电压的瞬时值U=Umsint。电动势、电流与电压的瞬时值与时间的关系可以用正弦曲线来表示3几种常见的交变电波形归纳小结1矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生正弦式交变电流。2从中性面开始计时，感应电动势瞬时值的表达式为e=NBSsint，感应电动势的最大值为Em=NBS。3中性面的特点：磁通量最大为m，但e=0。例1：如图所示的的几种电流随时间变化的图线中，属于交变电流的是_，属于正弦式交变电流的是_。例2、交流发电机中，如果ab边长为L，bc边长为L，线圈转动角速度为，线圈匝数为n，磁感应强度为B，线圈电阻为r，外电路电阻为R，求：（1）交变电动势的峰值Em； （2）路端电压最大值Um 。例3、 如图所示，有一闭合的正方形线圈，匝数N=100匝，边长为10 cm，线圈总电阻为10 线圈绕OO轴在B=05 T 的匀强磁场中匀速转动，每分钟转1500转求线圈平面从图示位置转过30时，感应电动势的值是多少思路：（1）确定线圈转动是从哪个位置开始计时（2）确定表达式是正弦还是余弦（3）确定转动的角速度及N、BS等（4）求出峰值Em，写出表达式，代入角速度求瞬时值【当堂训练】1、某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系如图所示。如果其他条件不变，仅使线圈的转速加倍，则交流电动势的最大值的周期分别为（ ） A400v 002s B200v 002s C400v 008s D200v 008s2、一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势随时间的变化规律如图所示，下面说法中正确的是（ ）AT1时刻通过线圈的磁通量为零；BT2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大；CT3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大；D每当e变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大。 3、一台发电机在产生正弦式电流。如果发电机电动势的峰值为Em=400V，线圈匀速转动的角速度为=314rad/s，试写出电动势瞬时值的表达式。如果这个发电机的外电路只有电阻元件，总电阻为2000，电路中电流的峰值是多少？写出电流瞬时值的表达式。 四、检测清盘1矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，下列说法中正确的是（ ）A在中性面时，通过线圈的磁通量最大B在中性面时，感应电动势最大 C穿过线圈的磁通量为零时，感应电动势也为零D穿过线圈的磁通量为零时，磁通量的变化率也为零2对于正弦交流电，下列说法正确的是： （ ）A 线圈转动一周，电流方向改变两次 B线圈转动一周，电流大小不变。 C线圈转动一周，电流大小随时改变 D线圈转动一周，电流大小改变四次3交流发电机在工作时电动势为eEmsin t，若将发电机的转速提高一倍，同时将电枢所围面积减小一半，其他条件不变，则其电动势变为（ ）AeEmsin Be2Emsin CeEmsin 2t Desin 2t4一束带电粒子沿着通有交流电的螺线管的轴线射入管内，则粒子在管内的运动状态是（ ）A往复运动 B匀速直线运动 C匀加速直线运动 D匀速圆周运动5如图所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴P1和P2以相同的角速度匀速转动，当线圈平面转到与磁场方向平行时（ ）A线圈绕P1或P2转动时电流的方向相同，都是adcbaB线圈绕P1转动时的电动势小于绕P2转动时的电动势C线圈绕P1转动时的电流等于绕P2转动时的电流D线圈绕P1转动时dc边受到的安培力大于绕P2转动时dc边受到的安培力6如图所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO以恒定的角速度转动，从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，则在0这段时间内（ ）A线圈中的感应电流一直在减小B线圈中的感应电流先增大后减小C穿过线圈的磁通量一直在减小D穿过线圈的磁通量的变化率一直在减小7矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的电动势e-t图像如图，则在时刻（ ）At1，t3线圈通过中性面 Bt2，t4线圈中磁通量最大Ct1，t3线圈中磁通量变化率最大 Dt2，t4线圈平面与中性面垂直8闭合线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的交流电瞬时值的表达式为i=02sin100t，从t0到第一次出现通过线圈的磁通量变化率最大值的时间为（ ）A1/50 s B1/100 sC1/200 s D1/400 s9如图所示，一线圈在匀强磁场中匀速转动，经过图所示位置时，（ ）A穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最小 B穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最大C穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最大 D穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最小11矩形线圈的面积为S，匝数为n，在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场的轴OO以角速度匀速转动。当转到线圈平面与磁场垂直的图示位置时（ ）A线圈中的电动势为0 B线圈中的电动势为C穿过线圈的磁通量为0 D线圈不受安培力作用五、学有所得