高中物理《交变电流》教案7

111交变电流【教学目标】1理解交变电流的产生原理2掌握交变电流的变化规律及表示方法3理解交流电的瞬时值，最大值及中性面的概念4培养观察能力、空间想象能力以及立体图转化为平面图形的能力【教学重难点】1重点是交变电流产生的物理过程分析2难点是交变电流的变化规律及应用【教学过程】一、新课导入 恒定电流：大小和方向都不随时间而改变的电流。 交变电流：方向随时间周期性变化的电流。与直流电相比，交流电有许多优点，如：可以利用变压器升高或降低电压，利于长途传输；可以驱动结构简单，运行可靠的感应电动机。二、新课教学演示实验手摇发电机使小灯泡发亮 课件观察交变电流的产生。（一）交变电流的产生BS，=0，垂直切割，感应电流最大BS，最大，各边不切割磁感应线，无感应电流中性面BS，=0，a（b）d（c）垂直切割，感应电流最大BS，最大，各边不切割磁感应线，无感应电流中性面结论：1线圈转动过程中电流的大小做周期性变化，中性面位置（BS）最小，与中性面垂直的位置（BS）最大。2线圈每经中性面一次，感应电流方向改变一次，线圈转动一周，感应电流方向改变两次。（二）交变电流的变化规律设线圈从中性面以角速度开始转动，经时间t，线圈转过=t，此时V与B夹角也为，令ab=dc=L，ad=bc=L，则线圈面积S=LL。此时，ab与dc边产生的电动势大小均为BLVSint，整个线圈中产生的瞬时电动势大小为：e=2BLVSint，又V=，有： 令Em=BS有：（Em为最大值）若电路总电阻为R，则瞬时电流为：同理可得电路的某段电压的瞬时值。结论：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，产生的感应电流是按正弦规律变化的，这种交变电流叫正弦交流电。（三）交变电流的图象1正弦交流电图象（可用示波器观察到）2几种常见的交变电流波形（四）例题1、有人说，线圈平面转到中性面的瞬间穿过线圈磁通量最大，因而线圈中感应电动势最大；线圈平面与中性面垂直的瞬间，穿过线圈中磁通量为零，因而线圈中感应电动势为零，这种说法对不对？为什么？2、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，线圈中产生的感应电动势e随时间t的变化如图，则说法正确的是（ ）At2时刻通过线圈的磁通量最大；Bt1时刻通过线圈的磁通量为零；Ct3时刻通过线圈的磁通量的变化率最大；D每当电动势变换方向时，通过线圈的磁通量都为最大。3、边长为20cm正方形线圈绕对称轴OO在匀强磁场中匀速转动，转速为n=120r/min，磁感应强度为B=0.2T，求转动中最大感应电动势及其位置。若以图示位置为计时起点，写出电动势的瞬时表达式。4、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B=0.05T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，当线圈平面与磁场方向垂直时开始计时。线圈和外电路的总电阻R100。（1）写出交流电流瞬时值表达式（2）线圈从计时开始，转过/3过程中通过线圈某一截面的电荷量为多少？（五）练习1、某交流发电机正常工作时，电动势E=Emsint，当磁感应强度增大到原来的2倍，转速变为原来的1/3，其它条件不变时，感应电动势的表达式为 2、对于如图所示的电流i随时间t作周期性变化的图象，下列说法中正确的是（ ）A、电流大小变化，方向不变，是直流电B、电流大小、方向都变化，是交流电C、电流最大值为0.2A，周期为0.01sD、电流大小变化，方向不变，不是直流电，是交流电3、面积为S的矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中，从中性面起以角速度匀速转动，在t时刻线圈磁通量的瞬时值为（ ）A、BSB、BScostC、BSsintD、BS/sint4、如图所示，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁感线的轴匀速转动，已知线圈在转动中产生的感应电动势最大值为 (V)，转动的角速度为(rad/s)。若线圈转到图示位置开始计时，那么下列四个式子中正确表达了该线圈上产生的电动势e随时间变化的函数式是A、e=sint B、e=costC、e=sin(t+/2) D、e=cos(t+/2)5、一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交流电的图象如图所示，由图可以知道（ ） A、0.01s时刻线圈处于中性面位置B、0.01s时刻穿过线圈的磁通量为零C、0.02s时刻穿过线圈的磁通量为零 D、0.02s时刻穿过线圈的磁通量为最大 6、一个矩形线框共有10匝，它在磁感应强度B=0.5 T的匀强磁场中，从中性面开始绕中心轴以1200 rmin的转速匀速转动已知线框的转动半径为10cm，切割磁感线的边长为50 cm，则该线框产生的感应电动势的最大值为_V，当线框平面和中性面的夹角为_时，交变电动势的瞬时值是31.4 VRabdcB7、如图所示，匀强磁场B0.50T，矩形线圈的匝数N100，边长Lab=0.20m，Lad=0,10m，以3000r/min的转速匀速转动，在线圈平面通过中性面时开始计时。试求：（1）交变电动势的瞬时值表达式 （2）若线圈总电阻为2，线圈外接电阻为8，写出交变电流的瞬时值表达式 （3）线圈由图示位置转过/2的过程中，交变电动势的平均值。 8、用均匀导线弯成正方形闭合线框abcd，线框每边长为8cm，每边的电阻值为0.01,把线框放在磁感应强度为B=0.05T的匀强磁场中，并使它绕轴OO以转速n=(50/)r/s匀速旋转，旋转方向如图所示，轴OOB且在线框平面内。已知线框的Ob=3Oa，Oc=3Od.当线框平面转至与B平行的瞬间，每条边产生的感应电动势的大小各是多少？感应电流大小是多9、如图所示, 半径为r的金属环绕通过其直径的轴OO, 以角速度做匀速转动, 匀强磁场的磁感应强度为B. 从金属环的平面与磁场方向重合时开始计时, 如果组成金属环材料单位长度的电阻值为R,（）求环中产生的感应电动势（）在转过300角的过程中, 感应电动势的平均值是多大？流过金属环的电量是多少?111