《粵教高中物理選修(3-2)第二章《認識交變電流交變電流的描述》學案》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《粵教高中物理選修(3-2)第二章《認識交變電流交變電流的描述》學案（14頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、11 / 132019最新粵教版高中物理選修（3-2）第二章認識交變電流 交變電流的描述學案學習目標定位1.會觀察電流（或電壓）的波形圖，理解交變電流和直流的概念 .2.理解交變電 流的產生過程，會分析電動勢和電流方向的變化規(guī)律.3.知道交變電流的變化規(guī)律及表示方法知道交變電流的瞬時值、峰值的物理含義.媼故追本湖謖 推陣方可知新知識儲備區(qū)X知識鏈接1 .感應電動勢的大小基本式：E = n:（法拉第電磁感應定律）導出式：E=BLv（導體切割磁感線時的感應電動勢 ）2 .感應電動勢的方向基本規(guī)律：楞次定律導出規(guī)律：右手定則X新知呈現一、觀察交變電流的圖象電流或電壓隨時間變化的圖象叫做波形圖.我們通

2、常利用示波器觀察波形圖.二、交變電流的產生1 .交變電流是由交流發(fā)電機產生的，圖1是交流發(fā)電機的原理圖.交流發(fā)電機的最基本結構是線圈和磁極，線圈可繞中心軸轉動.線圈兩端連接在彼此絕緣的兩個滑環(huán)上，固定的電刷A、B壓在，t環(huán)K、L上,由電刷把電流引出.交流發(fā)電機庫理圖圖12 .中性面：當線圈轉到線圈平面與磁感線垂直的位置時，ab邊和cd邊不切割磁感線，線圈中不產生感應電動勢，感應電動勢為0,這個位置叫中性面.三、用函數表達式描述交變電流若線圈從中性面開始計時，感應電動勢e的變化規(guī)律為e=Em- sin_式中e叫做電動勢的瞬 時值,Em叫做電動勢的峰值,Em = nBSxo .四、用圖象描述交變電

3、流1 .圖2表示正弦式電流的電動勢 e隨時間變化的圖象.圖22 .線圈轉動一周的過程中，出現兩次最大值，電流方向改變兩次.3 .圖3表示幾種常見的交變電流的波形(b)電子計算機中的矩形脈沖(c)激光通信中的尖脈沖圖3學習,探究區(qū)基礎自學落實重點三就探究一、交變電流的產生 問題設計圖4假定線圈沿逆時針方向勻速轉動，如圖4甲至丁所示.請分析判斷:(1)在線圈由甲轉到乙的過程中，AB邊中電流向哪個方向？(2)在線圈由丙轉到丁的過程中，AB邊中電流向哪個方向？(3)線圈轉到什么位置時線圈中沒有電流，轉到什么位置時線圈中的電流最大？(4)大致畫出通過電流表的電流隨時間變化的曲線，從E經過負載流向F的電流

4、記為正，反之記為負.在橫坐標上標出線圈到達甲、乙、丙、丁幾個位置時對應的時刻.答案由B到A (2)由A到B(3)線圈轉到甲或丙位置日線圈中沒有電流，稱為中性面.線圈轉到乙或丁位置時線圈中的電流最大.4 4)要點提煉1 .正弦式交變電流的產生：將閉合矩形線圈置于勻強磁場中，并繞垂直磁場方向的軸勻速轉動.2 .中性面一一線圈平面與磁感線垂直時的位置.線圈處于中性面位置時，穿過線圈的 最大，但線圈中的電流為零.(填 最大”或 為零”)(2)線圈每次經過中性面時，線圈中感應電流方向都要改變.線圈轉動一周，感應電流方向改變兩次.二、用函數表達式描述交變電流 問題設計如圖5是圖4中線圈ABCD在磁場中繞軸

5、 OO轉動時的截面圖.設 AB邊長為L1,BC邊長為L2,線圈面積S= L1L2,磁感應弓雖度為B,線圈轉動角速度為乙丙(1)甲、乙、丙位置 AB邊產生的感應電動勢各為多大？(2)甲、乙、丙位置整個線圈中的感應電動勢各為多大？(3)若線圈有N匝,則甲、乙、丙中整個線圈的感應電動勢各為多大?答案 (1)甲：eAB =0乙：eAB = BL1vsin «BL1 L2-sin cot(1) t1113 = 2BS3= 2BL1L2 a sin g'BSco sin丙：eAB = BL1v = BL1 gL2= 2BL1L2(2)整個線圈中的感應電動勢由AB和CD兩部分組成，且eAB

6、 = eCD,所以甲：e= 0乙：e= eAB + eCD=BS« sin cot丙：e= BSw(3)若線圈有N匝，則相當于N個完全相同的電源串聯(lián)，所以甲：e= 0乙：e= NBSwsin cot丙：e= NBSL>要點提煉1 .正弦式交變電流瞬時值表達式：(1)當從中性面開始計時：e= Emsin_ w t.(2)當從與中性面垂直的位置開始計時：e= Emcos_w t.2 .正弦式交變電流的峰值表達式：Em = nBSco與線圈的形狀及轉動軸的位置無關.(填 宥關”或 無關”)3 .兩個特殊位置：(1)中性面：線圈平面與磁場垂直.e為0,i為0,迎大，蕓為0.(填&quo

7、t;0或最大”)線圈每次經過中性面時，線圈中感應電流白方向要改變，線圈轉動一周，感應電流方向改變兩 次.(2)垂直中性面：線圈平面與磁場平行.e為最大，i最大，為0,券大.(填“°或最大”)三、用圖象描述交變電流要點提煉1 .正弦式交變電流的圖象及應用：從中性面計時從垂直中性面(B / S)計時圖6(1)線圈繞垂直于磁場白軸勻速轉動時，開始計時時線圈所處的位置不同，得到的i t圖象也就不同(如圖6);(2)要注意從圖象中找出兩個特殊位置所對應的時刻.2 .對直流電流和交變電流的區(qū)分主要是看電流方向是否變化.(1)交變電流：方向隨時間做周期性變化的電流，簡稱交流.(2)直流：方向不隨時

8、間變化的電流.(3)圖象特點恒定電流的圖象是一條與時間軸平行的直線.交變電流的圖象有時會在時間軸的上方，有時會在時間軸的下方，隨時間做周期性變化.為典例精正一、交變電流的判斷【例1】（雙選）如下圖所示圖象中屬于交流電的有 （）解析根據交變電流的定義分析，是否屬于交變電流關鍵是看電流方向是否發(fā)生變化，而不是看大小.答案 AC二、正弦式交變電流的產生【例2 （雙選）矩形線框繞垂直于勻強磁場且在線框平面內的軸勻速轉動時產生了交變電流 下列說法正確的是 （）A.當線框位于中性面時，線框中感應電動勢最大B.當穿過線框的磁通量為零時，線框中的感應電動勢也為零C.每當線框經過中性面時，感應電動勢或感應電流方

9、向就改變一次D.線框經過中性面時，各邊有效切割磁感線的速度為零解析線框位于中性面時，線框平面與磁感線垂直，穿過線框的磁通量最大，但此時切割磁感 線的兩邊的速度與磁感線平行，即不切割磁感線，所以電動勢等于零，也應該知道此時穿過線 框的磁通量的變化率等于零，感應電動勢或感應電流的方向也就在此時刻變化.線框垂直于 中性面時，穿過線框的磁通量為零，但切割磁感線的兩邊都垂直切割，有效切割速度最大，所以 感應電動勢最大，也可以說此時穿過線框的磁通量的變化率最大.故 C、D選項正確.答案 CD三、交變電流的規(guī)律【例3】 有一個正方形線圈的匝數為10匝,邊長為20 cm,線圈總電阻為1 線圈繞OO軸以10兀r

10、ad/S勺角速度勻速轉動，如圖7所示，勻強磁場的磁感應強度為 0.5 T,問：圖7（1）該線圈產生的交變電流電動勢的峰值、電流的峰值分別是多少.（2）若從中性面位置開始計時，寫出感應電動勢隨時間變化的表達式.（3）線圈從中性面位置開始，轉過30。時，感應電動勢的瞬時值是多大.解析（1）交變電流電動勢的峰值為Em=2nBLv = nBSco= 10X0.5X0.22X10 兀 V = 6.28 V電流的峰值為Im = ERm6.28 A.（2）從中性面位置開始計時，感應電動勢的瞬時值表達式為e= Emsin 3 t = 6.28 sin 10.% t V（3）線圈從中性面位置開始轉過30 :感應

11、電動勢e= Emsin 30 ° 3科4 V.答案 （1）6.28 V 6.28 A （2）e= 6.28sin 10 % t V（3）3.14 V四、交變電流的圖象【例4 （單選）線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的轉軸勻速轉動，產生交變電流的圖象如圖8所示，由圖中信息可以判斷（）圖8A.在A和C時刻線圈處于中性面位置B.在B和D時刻穿過線圈的磁通量為零C.從AD線圈轉過的角度為 2兀D.若從。D時刻歷時0.02 s,則在1 s內交變電流的方向改變100次解析根據題圖，首先判斷出交變電流的瞬時值表達式i=Imsin cot其中Im是交變電流的最大值，3是線圈旋轉的角速度.另外 ，應該進一

12、步認識到線圈是從中性面開始旋轉，而且線圈每旋轉一周，兩次經過中性面，經過中性面的位置時電流改變方向，從題圖可以看出，在O、B、D時刻電流為零，所以此時線圈恰好在中性面的位置，且穿過線圈的磁通量最大；在 A、C時刻電流最大，線圈處于和中性面垂直的位置 ，此時磁通量為零；從 A到D,線圈旋轉3/4周, 轉過的角度為3兀/2如果從。至ij D歷時0.02 s,恰好為一個周期，所以1 s內線圈轉過50個 周期，100次經過中性面，電流方向改變100次.綜合以上分析可得，只有選項D正確.答案 D課堂要點小結,宅義:大小和方向荒灌時間I衣用期性支化卜產生才在勾強鎏場中*綾圈繞垂宜于施場方向 交三二三 的主

13、工參”廣三臼三三二屋亙小二的文 電流:占變電流 花三寸值表達式”=Eiin山4或f= Ecos業(yè) m圖象:正蘢（或余弦）函數自我檢測區(qū)1.（交變電流的產生）（單選）下列各圖中，線圈中不能產生交變電流的有（）/IAIB答案 A2.（交變電流的規(guī)律）（雙選）如圖9所示，矩形線圈abcd放在勻強磁場中，ad=bc= l1,ab=cd =12.從圖示位置起該線圈以角速度3繞不同轉軸勻速轉動，則（）圖9A.以。為轉軸時，感應電動勢e=B1112 3 sin cotB.以O1OT為轉軸時，感應電動勢 e= B1112 w sin cotC.以。為轉軸時，感應電動勢 e=B1112 co cos co t

14、一 兀D.以OO為轉軸跟以ab為轉軸一樣，感應電動勢e=B1112 w sin （ + 2） t答案 CD解析 以O1O1為軸轉動時，磁通量不變，不產生交變電流.無論是以OO為軸還是以ab為軸轉動，感應電動勢的最大值都是B1112由于是從與磁場平行的面開始計時，產生的是余弦式交變電流，故C、D正確.3 .（交變電流的圖象）（單選）一只矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉動，穿過線圈的磁通量隨時間變化的圖象如圖10甲所示，則下列說法中正確的是（）圖10A. t=0時刻，線圈平面與中性面垂直B. t = 0.01 s時刻，的變化率最大C. t=0.02 s時刻,感應電動勢達到最大D.該線圈

15、產生的相應感應電動勢的圖象如圖乙所示答案 B解析 由題圖甲可知t= 0時刻，線圈的磁通量最大，線圈處于中性面.t= 0.01 s時刻，磁通量 為零,但變化率最大，所以A項錯誤，B項正確.t=0.02 s時，感應電動勢應為零，C、D項均錯 誤.4 .（交變電流的規(guī)律）如圖11所示，線圈的面積是0.05 m2,共100匝，勻強磁場的磁感應強度 B=； T,當線圈以300 r/min的轉速勻速旋轉時，求：乂 ;火X i X圖11(1)若從線圈的中性面開始計時，寫出線圈中感應電動勢的瞬時值表達式.(2)從中性面開始計時，線圈車t過 2s時電動勢瞬時值多大？30答案 (1)e=50sin(10 兀 t)

16、V (2)43.3 V解析 (1)n = 300 r/min = 5 r/s,因為從中性面開始轉動，并且求的是瞬時值，故e=Emsin g NBS- 2 兀 nsin (2 = 75®iS)n (10兀 t)V,1.1(2)當 t= 30 s 時,e= 50sin (10 擊加心 43.3 V40分鐘課時作業(yè)題組一交變電流的產生1 .(單選)一矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉動，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.線圈中的感應電動勢達到最大值答案 B解析 中性面是通過磁通量最大的位置，也

17、是磁通量變化率為零的位置，即在該位置通過線圈的磁通量最大，線圈中的感應電動勢為零，無感應電流.B正確.2.(單選)關于線圈在勻強磁場中轉動產生的交變電流，以下說法中正確的是()A.線圈平面每經過中性面一次 ，感應電流方向就改變一次，感應電動勢方向不變B.線圈每轉動一周，感應電流方向就改變一次C.線圈平面每經過中性面一次 ，感應電動勢和感應電流的方向都要改變一次D.線圈轉動一周，感應電動勢和感應電流方向都要改變一次答案 C解析 根據交流電的變化規(guī)律可得 ，如果從中性面開始計時有 e= Emsint和i= Imsin w t;如果從垂直于中性面的位置開始計時有e= Emcost和i= Imcos

18、cot不難看出：線圈平面每經過中性面一次，感應電流方向就改變一次，感應電動勢方向也改變一次；線圈每轉動一周，感應電流和感應電動勢方向都改變兩次.C正確.3.(單選)如圖1所示，一矩形線圈繞與勻強磁場垂直的中心軸OO沿順時針方向轉動，引出線的兩端分別與相互絕緣的兩個半圓形銅環(huán) M和N相連.M和N又通過固定的電刷 P和Q 與電阻R相連.在線圈轉動過程中，通過電阻R的電流()圖1A.大小和方向都隨時間做周期性變化B.大小和方向都不隨時間做周期性變化C.大小不斷變化，方向總是P R-D.大小不斷變化，方向總是CH RfP答案 C解析 半圓環(huán)交替接觸電刷，從而使輸出電流方向不變 ，這是一個直流發(fā)電機模型

19、 ，由右手定 則知，外電路中電流方向是 RQ.題組二交變電流的圖象4 .（單選）處在勻強磁場中的矩形線圈abcd,以恒定的角速度繞 ab邊轉動，磁場方向平行于紙面并與ab邊垂直.在t=0時刻，線圈平面與紙面重合，如圖2所示，線圈的cd邊離開紙面向 外運動.若規(guī)定沿 a一b-c一d-a方向的感應電流為正，則能反映線圈中感應電流i隨時間t變化的圖象是（）答案 C解析線圈在磁場中從題圖位置開始勻速轉動時可以產生按余弦規(guī)律變化的交流電.對于 題圖起始時刻，線圈的cd邊離開紙面向外運動，速度方向和磁場方向垂直，產生的電動勢的瞬 時值最大；用右手定則判斷出電流方向為逆時針方向，與規(guī)定的正方向相同，所以C對

20、.5 .（雙選）矩形線圈在勻強磁場中勻速轉動，所產生的交變電流的波形圖如圖3所示,下列說法中正確的是（）A.在t1時刻穿過線圈的磁通量達到峰值B.在t2時刻穿過線圈的磁通量達到峰值C.在t3時刻穿過線圈的磁通量的變化率達到峰值D.在t4時刻穿過線圈的磁通量的變化率達到峰值答案 BC解析 從題圖中可知，t1、t3時刻線圈中感應電流達到峰值 ，磁通量變化率達到峰值，而磁通量 最小,線圈平面與磁感線平行；t2、t4時刻感應電流等于零，磁通量變彳t率為零，線圈處于中性 面位置，磁通量達到峰值，正確答案為B、C.6.（雙選）如圖4甲所示為一個矩形線圈abcd在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉動.線圈

21、內磁通量隨時間t變化的圖象如圖乙所示，則下列說法中正確的是 （）圖4A. t1時刻線圈中的感應電動勢最大B. t2時刻ab的運動方向與磁場方向垂直C. t3時刻線圈平面與中性面重合D. t4、t5時刻線圈中感應電流的方向相同答案 BC解析 t1時刻通過線圈的 最大，磁通量變化率 半疆小,此時感應電動勢為零，A錯；在t2、 A tt4時刻感應電動勢為Em,此時ab、cd的運動方向垂直于磁場方向,B正確；t1、t3、t5時刻，最大,4 0,此時線圈平面垂直于磁場方向，與中性面重合，C正確；t5時刻感應電流為零,D錯.故正確答案為 B、C.7.（雙選）如圖5甲所示，一矩形閉合線圈在勻強磁場中繞垂直于

22、磁場方向的轉軸OO以恒定的角速度3轉動.從線圈平面與磁場方向平行時開始計時，線圈中產生的交變電流按照圖乙所示的余弦規(guī)律變化，則在t=/時刻（）2 wO'甲乙圖5A.線圈中的電流最大B.穿過線圈的磁通量為零C.線圈所受的安培力為零D.線圈中的電流為零答案 CD.，21解析 線圈轉動的角速度為3則轉過一圈用時一,當t= -時說明轉過了圈,此時線圈位于w'2 co4中性面位置，所以穿過線圈的磁通量最大，B錯誤，由于此時感應電動勢為零，所以線圈中電流為零,線圈所受的安培力為零，A錯誤,C、D正確.題組三交變電流的規(guī)律8.（單選）一矩形線圈在勻強磁場中轉動產生的感應電動勢為e= 10j2

23、sin （20兀tV,則下列說法正確的是（）A. t=0時，線圈位于中性面B. t=0時，穿過線圈的磁通量為零C. t=0時，線圈切割磁感線的有效速度最大D. t=0.4 s時，電動勢第一次出現最大值答案 A解析 由電動勢e= 10/2sin （20兀t）V知，計時從線圈位于中性面時開始 ，所以t=0時,線圈位 于中性面，磁通量最大，但此時線圈切割磁感線的線速度方向與磁感線平行，切割磁感線的有效速度為零，A正確，B、C錯誤.當t = 0.4 s時,e=10«2sin（20兀x 0.4）=V0,D錯誤.13 /1350 V,那么該線圈9.(單選)矩形線圈在勻強磁場中勻速轉動時，產生的感

24、應電動勢最大值為由圖6所示位置轉過30。,線圈中的感應電動勢大小為()圖6A. 50 VB. 25噩 VC. 25VD. 10V答案 B解析 由題給條件知：交變電流瞬時值表達式為e= 50cos cot V= 50cos 0 V1 0= 30°時,e=25V3 V，B 對.10 .(單選)交流發(fā)電機在工作時電動勢為e=Emsin借將發(fā)電機的轉速提高一倍，同時將線圈所圍面積減小一半，其他條件不變則其電動勢變?yōu)?),w tA. e = Emsin -B. e = 2Emsin寸C. e = Emsin 2 cot ,EmD. e = sin 2 w t答案 C解析 交變電動勢瞬時值表達式

25、e= Emsin cot而Em=nBSw .當加倍而S減半時，Em不變,故正確答案為C選項.11 .如圖7所示，勻強磁場的磁感應強度為 B = 0.50 T,矩形線圈的匝數 N = 100匝，邊長Lab = 0.20 m,Lbc =0.10 m,以3 000 r/min的轉速勻速轉動，若從線圈平面通過中性面時開始計時 ，R圖7(1)交變電動勢的瞬時值表達式；(2)若線圈總電阻為2 線圈外接電阻為8 寫出交變電流的瞬時值表達式;(3)線圈由圖示位置轉過 兀/2勺過程中，交變電動勢的平均值.答案 (1)e=314sin 314t V (2)i = 31.4sin 314t A (3)200 V解析

26、 (1)線圈的角速度co= 2兀-314 rad/s線圈電動勢的最大值 Em= NBSd =314 V故交變電動勢的瞬時值表達式：e= Emsin g 314sin 314t VEm(2)Im = R+? = 31.4 A所以交變電流的瞬時值表達式：i = 31.4sin 314t A A BS _L(3) E =N-=N一=4NBSn=200 V t4T12.如圖8甲所示，矩形線圈匝數 N = 100匝,ab=30 cm,ad=20 cm,勻強磁場磁感應強度0.8 T,繞軸OO從圖示位置開始勻速轉動，角速度3= 100兀rad/就求：甲乙圖8(1)穿過線圈的磁通量最大值m為多大？線圈轉到什么位置時取得此值？(2)線圈產生的感應電動勢最大值Em為多大？線圈轉到什么位置時取得此值？寫出感應電動勢e隨時間變化的表達式，并在圖乙中作出圖象.答案見解析Wb =解析 (1)當線圈平面轉至與磁感線垂直時，磁通量有最大值.m = BS= 0.8 >0.3 >0.20.048 Wb(2)線圈平面與磁感線平行時，感應電動勢有最大值Em= NBSco =480 兀 V(3)表達式 e= Emcos * 480 兀 cos (100 兀 t) V圖象如圖所示