沂水四中 2011 - 2012 学年度第二学期高二、物理 * 选修3-2* 讲案编写： 审核： 周次上课时间2012-3-1课型新授课课题第1节、交变电流学习目标1. 知道交变电流、直流电的概念.2. 掌握交变电流的产生和变化规律. (难点)3. 知道交变电流的峰值、瞬时值的含义.学习重点交变电流的产生和变化规律. (难点)学习难点交变电流的峰值、瞬时值的含义 教学过程自主研习1大小和方向都_，这样的电流叫做交变电流，例如家庭电路中的电流2下图是交流发电机的示意图为了观察清楚，图中只画出了一匝线圈，它的ab边连在金属滑环K上，cd边连在滑环L上；两个滑环通过金属片做的电刷A、B和外电路相连线圈沿逆时针方向转动我们观察ab这段导线根据右手定则可以判断，当线圈转到图乙的位置时，电流_流动，而当线圈转到图丁的位置时，则_流动；在图丙和图戊的位置，因为_，电路中没有感应电流线圈在不断转动，电路中电流的方向也就_交变电流就是这样产生的 3对正弦式交变电流，线圈的电动势瞬时值表达式e_；用电器两端的电压瞬时值表达式u_；流过用电器的电流瞬时值表达式i_.问题探究一、交变电流的产生 1、交变电流的定义 大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫交变电流，方向不变的电流叫直流，大小不变，方向改变的电流也是交变电流.2、交变电流的产生 按如右图所示，使矩形线圈 abcd在匀强磁场中匀速转动. 可以看到电流表的指针随着线圈的转动而摆动，并且线圈每转一周，指针左右摆动一次，这表明转动的线圈里产生了大小和方向都随时间做周期性变化的交变电流.过程分析：如图 5-2 所示为线圈 abcd在磁场中绕轴 OO/转动时的截面图，ab和cd 两个边切割磁感线，产生电动势，线圈上就有了电流(或者说穿过线圈的磁通量发生变化而产生了感应电流). 具体分析如下图所示，当线圈转动到图位置时，导体不切割磁感线，线圈中无电流；当线圈转动到图位置时，导体垂直切割磁感线，线圈中有电流，且电流从a端流入；线圈在图位置同线圈在图位置，线圈中无电流；线圈在图位置时，电流从 a 端流出，这说明电流方向发生了改变；线圈在图位置同在图位置.线圈这样转动下去，就在线圈中产生了交变电流.3、中性面a、线圈每转一周，电流方向改变两次，电流方向改变的时刻也就是线圈中无电流的时刻(或者说磁通量最大的时刻). 由于线圈转动一周的过程中，线圈的磁通量有两次达到最大，故电流的方向在线圈转动一周的过程中改变两次，我们把线圈平面垂直于磁感线时的位置叫玫中性面.b、线圈垂直中性面时，虽然磁通量等于零，但是磁通量的变化率最大，因此，感应电动势最大，感应电流最大.【典例1】下图中哪些情况线圈中产生了交流电 ()【变式1】如下图所示图象中属于交流电的有 ()问题探究二、交变电流的变化规律1、交变电流的数学表达式如图 5 - 4 甲所示，N匝矩形线圈 abcd。其边长分别为，面积在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的轴以角速度匀速转动，从线圈平面与磁场方向垂直的位置开始计时，经时间 t，转动的角度，作出其侧面图如图 5 - 4 乙所示，在 t 时刻，bc边和ad 边均切割磁感线，其切割速度均为，产生的总感应电动势为 e，则，设线圈的总电阻为R，则感应电流2、交变电流的电动势的峰值 电动势可能达到的最大值叫做电动势的峰值. 一般用 Em来表示，通常情况下是一个常数. 当线圈 abcd绕中心轴线(中点连线)匀速转动时，设角速度为，则，线圈的面积，如果线圈匝数为，则由此可见，交变电流的电动势的最大值由线圈匝数 N、磁感应强度B、转动角速度和线圈面积S决定，与线圈的形状无关，与转动轴的位置无关. 因此在如图 5 - 5所示的几种情况中，如果均相同，则感应电动势的峰值均为 可表示为3、正弦交变电流图象a、正弦交变电流随时间变化情况可以从图象上表示出来，图象描述的是交变电流、电压随时间变化的规律，它们是正弦曲线，如图下图所示.b、从图象中可以解读到以下信息：( 1)交变电流的最大值，周期(2)因线圈在中性面时感应电动势、感应电流均为零通量最大，所以可确定线圈位于中性面的时刻.(3)找出线圈平行于磁感线的时刻. (4)判断线圈中磁通量的变化情况.(5)分析判断随时间的变化规律.四、几种不同类型的交变电流在实际应用中，交变电流有不同的变化规律，如图 5 - 7所示是常见的几种交变电流.五、线圈转动过程中的平均电动势和瞬时电动势线圈在转动过程中，某一段时间内或从一个位置到另一个位置的过程中所产生的电动势，称为平均电动势，它不等于始、末两时刻瞬时值的算术平均值，平均电动势要用法拉第电磁感应定律来计算，即，同理，计算交变电流在某段时间内通过导体横截面的电荷量，也必须用平均值，即，所以，瞬时电动势是线圈在某一时刻或某一位置时的电动势.【典例2】如图所示，匀强磁场B0.1T，所用矩形线圈的匝数N100，边长ab0.2m，bc0.5m，以角速度100rad/s绕OO轴匀速转动当线圈平面通过中性面时开始计时，试求：(1)线圈中感应电动势的大小(2)由t0至t过程中的平均电动势值疑难、不懂记录处:课后作业：1、进一步巩固本节知识 2、预习下一节学案第1节、 交变电流课后检测1一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图甲所示，则下列说法中正确的是()At0时刻线圈平面与中性面垂直Bt0.01s时刻的变化率最大C0.02s时刻感应电动势达到最大D该线圈相应的感应电动势图象如图乙所示2一线圈在匀强磁场中匀速转动，在如图所示位置时()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3一个矩形线圈在匀强磁场中转动，产生的感应电动势e220sin100t，则()A交流电的频率是100Bt0时，线圈位于中性面C交流电的周期是0.02sDt0.05s时，e有最大值4矩形线圈在磁场中匀速转动时，产生的感应电动势最大值为50V，那么该线圈由图所示位置转过30，线圈中的感应电动势大小为()A50V B25VC25V D10V5一闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴OO匀速转动，线圈平面位于如图2甲所示的匀强磁场中通过线圈的磁通量随时间t的变化规律如图乙所示，下列说法正确的是()At1、t3时刻通过线圈的磁通量变化率最大Bt1、t3时刻线圈中感应电流方向改变Ct2、t4时刻线圈中磁通量最大Dt2、t4时刻线圈中感应电动势最小6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转动时的电流等于绕P2转动时的电流B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和P2转动时的电流的方向相同，都是abcdD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7一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8在两块金属板上加交变电压UUmsint，当t0时，板间有一个电子正好处于静止状态，下面关于电子以后运动情况的判断哪些是正确的()AtT时，电子回到原出发点B电子始终向一个方向运动Ct时，电子将有最大速度Dt时，电子的位移最大9一个面积为S的矩形线圈在匀强磁场中以一条边为轴做匀速转动，磁场方向与转轴垂直，线圈中的感应电动势e与时间t的关系如图所示，感应电动势的最大值和周期可由图中读出，则磁感强度B_，在t时刻，线圈平面与磁感线的夹角等于_10发电机的转子是匝数为100匝，边长为20cm的正方形线圈，将它置于磁感应强度B0.05T的匀强磁场中，绕着垂直于磁场方向的轴以100rad/s的角速度转动，当线圈平面跟磁场方向垂直时开始计时线圈和外电路的总电阻R10.(1)写出交变电流瞬时值表达式；(2)线圈从计时开始，转过过程中通过线圈某一截面的电荷量为多少？11、有一10匝正方形线框，边长为20cm，线框总电阻为1，线框绕OO轴以10rad/s的角速度匀速转动，如图所示垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5T.问：(1)该线框产生的交变电流电动势最大值、电流最大值分别是多少？(2)线框从图示位置转过60时，感应电动势的瞬时值是多大？(3)写出感应电动势随时间变化的表达式1第 页