3.1 交变电流（导学案）-【新教材精创】2020-2021学年高中物理新教材同步备课（人教版选择性必修第二册).docx

1、3.1 交变电流1.能理解交流电的定义，掌握交流电与直流电的区别。2.掌握交流电的产生原理，知道什么是中性面。3.会推导交流电的表达式，并理解瞬时值和峰值的准确含义。4.掌握交流电表达式中各物理量的含义并计算。5.了解交流电动机的工作原理。【重点】交变电流产生的物理过程，熟悉正弦式交电流各参数的物理意义。【难点】交变电流的变化规律及正弦式交变电流瞬时值、峰值的推导过程。 【课前自主学习】、 交变电流的定义：电流的 和 ，随 做 变化，这样的电流叫做“交变电流”简称“交流”。几种不同的交流电示意图2、直流电的定义： 方向不随时间变化的电流称为“直流”。3、 恒定电流的定义： 和 不随时间变化的电

2、流称为“恒定电流”。图中属于交流电的是 ，属于直流电的是 ，属于恒定电流的是 ，4、中性面的概念：线框与 垂直的平面，称为“中性面”。5、正弦式交流电的定义：矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动时，所产生的交变电流按照 函数的规律变化称为“正弦式交流电”。6、正弦式交流电的瞬时值可表达为： ，峰值可表达为 。7. 的发电机叫旋转电枢式发电机； ，的发电机叫旋转磁极式发电机。【课内探究】一、探究交流电的特征1、实验研究背景：出示单相交流发电机，按右图连接电路图。2、实验现象与反思（1）观察：当线框快速转动时，观察到什么现象?思考：为什么发光二极管会交替闪烁？二、探究交流电的发生过程1.

3、实验背景：将手摇式发电机与定值电阻、电流表串联。2、 实验猜想快速转动发电机，电流表的示数会发生怎样的变化？3、 实验方案与反思：让线框从如图所示的中性面开始沿逆时针方向转动；思考：（1）线圈在甲图位置是否有感应电流？（2） 线圈在乙图位置是否有感应电流？（3）在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？（由BA） （4）线圈在丙图位置是否有感应电流？（5）线圈在丁图位置是否有感应电流？（6）在线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？（由AB）（7）思考：线圈转到什么位置时线圈中没有电流？转到什么位置时线圈中电流最大？4、 实验结论：（1） 线圈转动一周，感应电流的方向改

4、变两次。（2） 两个特殊位置的各物理量的特征。名称中性面中性面的垂面位置线圈平面与磁场垂直线面平面与磁场平行磁通量最大零磁通量的变化率零最大感应电动势零最大线圈边框切割磁感线的有效速度零最大感应电流零最大电流方向改变不变三、探究交流电的产生规律1、实验方案与反思设线圈从中性面开始转动，角速度是经过时间t，AB、CD宽L1，AD、BC长L2 ，磁感应强度是B.（1）思考：ts末线圈与中性面的夹角是 ，此时AB边的速度为 ，AB边切割磁感线的有效速度为 ，AB边中的感应电动势为 ，线圈中的感应电动势为 ，若为N匝线圈，则感应电动势为 。（2）思考：结合上图任意时刻t的磁通量为 ，根据法拉第电磁感应

5、定律该时刻感应电动势的大小为 。（3）如果计时零时刻线圈较中性面已转过30度角，线圈在任意位置的感应电动势又如何表示？（4）如果计时开始时，线圈从垂直与中性面的位置开始，线圈在任意位置的感应电动势又如何表示？2、实验结论（1）当线圈的匝数为n，线圈转动到中性面时线圈中产生的感应流大小为 0 ，转过90时的感应电动势大小为 nBSW 。（2）当线圈从中性面开始转动一周期的时间内，感应电流的方向先改变 2 次。（3）当线圈的匝数为n，从中性面开始转动，感应电动势的瞬时值为 ，峰值为 ，磁通量的瞬时值为 ，峰值为 BS 。反思以下问题：若该线圈给外电阻R供电，设线圈本身电阻为r，则负载两端的电压u、

6、流过的电流i随时间变化的规律是怎样的？流过负载的电流：负载两端电压：正弦式交变电流的图像（中性面计时） 认识不同形式的交流电：四、 认识交流发电机交流发电机的分类？ 旋转电枢式 （ABCD线圈（电枢）K、L圆环E 、F电刷） 旋转磁极式旋转电枢式： 旋转磁极式： 说明：旋转电枢式发电机与旋转磁极式发电机的区别旋转电枢式：旋转电枢式发电机转子产生的电流，经过裸露的滑环和电刷引到外电路，如果电压很高，可能发生火花放电，滑环和电刷很快会烧坏。同时，转动的电枢无法做得很大，线圈匝数也不可能很多，所以产生的感应电动势也不能很高。这种发电机输出的电压一般不超过 V。旋转磁极式发电机：旋转磁极式发电机克服了

7、上述缺点，能够产生几千伏到几万伏的电压，输出功率可达几百兆瓦。所以，大多数发电机是 式的。概念：转子定子的概念不论哪种发电机，转动的部分都叫 ，不动的部分都叫 ；所以，旋转电枢式发电机的转子是 ，定子是 ；旋转磁极式发电机的转子是 ，定子是 。1.(2019内蒙古四校发展联盟高二下期中)交流发电机发电示意图如图所示，线圈转动过程中，下列说法正确的是()A转到图甲位置时，通过线圈的磁通量变化率最大B转到图乙位置时，线圈中产生的感应电动势为零C转到图丙位置时，线圈中产生的感应电流最大D转到图丁位置时，AB边感应电流方向为AB2.某发电机的原理简图如图所示，线圈按图示方向匀速转动。以下说法正确的是（

8、 ） A线圈经过图示位置时穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率为零B线圈从图示位置转过90后，小灯泡中的电流方向发生变化电流逐渐变大C线圈转动两周，电流的方向改变2次D从线圈经过图示位置开始计时，则电动势e随时间变化的规律为e=Esint(V)3.(2020河北省张家口第四中学高二下学期月考)某交变电流发电机正常工作时产生的电动势eEmsint。若线圈匝数减为原来的一半，而转速增为原来的2倍，其他条件不变，则产生的电动势的表达式为()AeEmsintBe2EmsintCe2Emsin2tDeEmsin2t4.如图所示，匀强磁场B0.1 T，所用矩形线圈的匝数N100，边长lab0.2 m，lb

9、c0.5 m，以角速度100 rad/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)线圈中感应电动势随时间变化的表达式。(2)由t0至t过程中的平均电动势值。 参考答案与解析1.【答案】D【解析】：转到图甲位置时，线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大，但磁通量变化率最小，故 A错误；转到图乙位置时，线圈中产生的感应电动势最大，故B错误；转到图丙位置时，线圈位于中性面位置，此时感应电流为零，故C错误；转到图丁位置时，根据楞次定律可知AB边感应电流方向为AB，故D正确。2.【答案】B【解析】经过图示位置磁通量为零，变化率最大，故A选项错误，线圈的起始位置在垂直于中性面的位置，故感应电

10、动势的大小随时间的变化规律为，故D选项错误，在转动90-180的过程中感应电流逐渐增大，故B选项正确。线圈每转动一圈，感应电流的方向改变两次。转动两圈改变4次，故C选项错误。故本题选B。3.【答案】D【解析】：由EmNBS知若线圈匝数减为原来的一半，而转速增为原来的2倍时Em不变；转速变为2，故电动势的表达式为eEmsin2t，D正确；故选D。4.【答案】：(1)e314sin100t(V)(2)200 V【解析】：(1)感应电动势的瞬时值eNBSsint，由题可知：Slablbc0.20.5 m20.1 m2EmNBS1000.10.1100 V314 V所以e314sin100t(V)(2)用EN计算t0至t过程中的平均电动势ENN即ENBS代入数值得E200 V