【创新设计】2015-2016学年高中物理5.1交变电流学案新人教版选修3-2剖析.doc

交变电流 [目标定位]　1.理解交变电流、直流的概念，会观察交流电的波形图.2.理解正弦式交变电流的产生，掌握交流电产生的原理.3.知道交变电流的变化规律及表示方法． 一、交变电流 1．交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流(AC)． 2．直流：方向不随时间变化的电流称为直流(DC)，大小和方向都不随时间变化的电流称为恒定电流． 对直流和交变电流的区分主要是看电流方向是否变化． 二、交变电流的产生 交流发电机的示意图：在匀强磁场中的线圈绕垂直于磁感线的轴匀速转动时，产生交变电流． 想一想　如图1所示，当线圈在磁场中绕OO′轴转动时，哪些边切割磁感线？线圈转到哪些位置时没有感应电流？ 图1 答案　当线圈在磁场中绕OO′轴转动时，AB、CD边切割磁感线产生感应电流．线圈转到甲和丙位置时没有感应电流，我们称之为中性面． 三、交变电流的变化规律 1．正弦式交变电流的瞬时值表达式 当从中性面开始计时： 瞬时电动势：e＝Emsin_ωt， 瞬时电压：u＝Umsin_ωt， 瞬时电流：i＝Imsin_ωt. 式中Em、Um、Im分别表示电动势、电压、电流的最大值． 2．按正弦规律变化的交变电流叫做正弦式交变电流，简称正弦式电流． 想一想　正弦式交变电流的图象一定是正弦函数曲线吗？ 答案　不一定，根据计时起点不同，也可能是余弦函数曲线． 3．正弦式交变电流的图象(如图2所示) 图2 一、交变电流的产生及规律 1．正弦式交变电流的产生 如图3所示，是图1中线圈ABCD在匀强磁场中绕轴OO′转动时的截面图．线圈从中性面开始转动，角速度为ω，经过时间t转过的角度是ωt.设AB边长为L1，BC边长为L2，磁感应强度为B，AB边和CD边转动时切割磁感线产生感应电动势． 图3 (1)在图甲中，v∥B，eAB＝eCD＝0，e＝0 (2)在图丙中，eAB＝BL1v＝BL1＝BL1L2ω＝BSω 同理eCD＝BSω 所以e＝eAB＋eCD＝BSω (3)在图乙中，eAB＝BL1vsin ωt＝BL1L2ωsin ωt＝BSω sin ωt 同理eCD＝BSωsin ωt 所以e＝eAB＋eCD＝BSωsin ωt (4)若线圈有n匝，则e＝nBSωsin ωt. 2．两个特殊位置 (1)中性面(S⊥B位置) 线圈平面与磁场垂直的位置，此时Φ最大，为0，e为0，i为0. 线圈经过中性面时，电流方向发生改变，线圈转一圈电流方向改变两次． (2)垂直中性面位置(S∥B位置) 此时Φ为0，最大，e最大，i最大． 3．正弦式交变电流的峰值 Em＝nBSω 4．正弦式交变电流的瞬时值表达式 e＝Emsin ωt，u＝Umsin ωt，i＝Imsin ωt 例1　矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面内的轴匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是(　　) A．当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大 B．当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零 C．当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流的方向就改变一次 D．线框经过中性面时，各边切割磁感线的速度为零 解析　线框位于中性面时，线框平面与磁感线垂直，穿过线框的磁通量最大，但此时切割磁感线的两边的速度与磁感线平行，即不切割磁感线，所以感应电动势等于零，也即此时穿过线框的磁通量的变化率等于零，感应电动势或感应电流的方向在此时刻改变．线框垂直于中性面时，穿过线框的磁通量为零，但切割磁感线的两边都是垂直切割，有效切割速度最大，所以感应电动势最大，即此时穿过线框的磁通量的变化率最大．故C、D选项正确． 答案　CD 针对训练　如图4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ω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(　　) 图4 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 解析　题图位置，线圈平面与磁场平行，感应电流最大，因为＝，在0～时间内线圈转过四分之一个圆周，感应电流从最大减小为零，穿过线圈的磁通量逐渐增大，穿过线圈的磁通量的变化率一直在减小． 答案　AD 二、对峰值Em＝nBSω和瞬时值e＝Emsin ωt的理解 1．对峰值的理解 (1)转轴在线圈所在平面内且与磁场垂直．当线圈平面与磁场平行时，线圈中的感应电动势达到峰值，且满足Em＝nBSω. (2)决定因素：由线圈匝数n、磁感应强度B、转动角速度ω和线圈面积S决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关． 如图5所示的几种情况中，如果n、B、ω、S均相同，则感应电动势的峰值均为Em＝nBSω. 图5 2．对瞬时值的理解 写瞬时值时必须明确是从中性面计时，还是从与中性面垂直