【学案导学设计】2014-2015学年高中物理 第二章 交变电流 认识交变电流 交变电流的描述学案 粤教版选修3-2.doc

学案1　认识交变电流　交变电流的描述 [学习目标定位] 1.会观察电流(或电压)的波形图，理解交变电流和直流的概念.2.理解交变电流的产生过程，会分析电动势和电流方向的变化规律.3.知道交变电流的变化规律及表示方法，知道交变电流的瞬时值、峰值的物理含义． 1．感应电动势的大小 基本式：E＝n(法拉第电磁感应定律) 导出式：E＝BLv(导体切割磁感线时的感应电动势) 2．感应电动势的方向 基本规律：楞次定律　导出规律：右手定则 一、观察交变电流的图象 电流或电压随时间变化的图象叫做波形图．我们通常利用示波器观察波形图． 二、交变电流的产生 1．交变电流是由交流发电机产生的，图1是交流发电机的原理图．交流发电机的最基本结构是线圈和磁极，线圈可绕中心轴转动．线圈两端连接在彼此绝缘的两个滑环上，固定的电刷A、B压在滑环K、L上，由电刷把电流引出． 图1 2．中性面：当线圈转到线圈平面与磁感线垂直的位置时，ab边和cd边不切割磁感线，线圈中不产生感应电动势，感应电动势为0，这个位置叫中性面． 三、用函数表达式描述交变电流 若线圈从中性面开始计时，感应电动势e的变化规律为e＝Em·sin_ωt.式中e叫做电动势的瞬时值，Em叫做电动势的峰值，Em＝nBSω. 四、用图象描述交变电流 1．图2表示正弦式电流的电动势e随时间变化的图象． 图2 2．线圈转动一周的过程中，出现两次最大值，电流方向改变两次． 3．图3表示几种常见的交变电流的波形 (a)示波器中的锯齿波扫描电压 (b)电子计算机中的矩形脉冲 (c)激光通信中的尖脉冲 图3 一、交变电流的产生 [问题设计] 图4 假定线圈沿逆时针方向匀速转动，如图4甲至丁所示．请分析判断： (1)在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向？ (2)在线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流向哪个方向？ (3)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的电流最大？ (4)大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线，从E经过负载流向F的电流记为正，反之记为负．在横坐标上标出线圈到达甲、乙、丙、丁几个位置时对应的时刻． 答案　(1)由B到A　(2)由A到B (3)线圈转到甲或丙位置时线圈中没有电流，称为中性面．线圈转到乙或丁位置时线圈中的电流最大． (4) [要点提炼] 1．正弦式交变电流的产生：将闭合矩形线圈置于匀强磁场中，并绕垂直磁场方向的轴匀速转动． 2．中性面——线圈平面与磁感线垂直时的位置． (1)线圈处于中性面位置时，穿过线圈的Φ最大，但线圈中的电流为零．(填“最大”或“为零”) (2)线圈每次经过中性面时，线圈中感应电流方向都要改变．线圈转动一周，感应电流方向改变两次． 二、用函数表达式描述交变电流 [问题设计] 如图5是图4中线圈ABCD在磁场中绕轴OO′转动时的截面图．设AB边长为L1，BC边长为L2，线圈面积S＝L1L2，磁感应强度为B，线圈转动角速度为ω则： 图5 (1)甲、乙、丙位置AB边产生的感应电动势各为多大？ (2)甲、乙、丙位置整个线圈中的感应电动势各为多大？ (3)若线圈有N匝，则甲、乙、丙中整个线圈的感应电动势各为多大？ 答案　(1)甲：eAB＝0 乙：eAB＝BL1vsin ωt＝BL1·sin ωt ＝BL1L2ωsin ωt＝BSω·sin ωt 丙：eAB＝BL1v＝BL1·＝BL1L2ω＝BSω (2)整个线圈中的感应电动势由AB和CD两部分组成，且eAB＝eCD，所以 甲：e＝0 乙：e＝eAB＋eCD＝BSω·sin ωt 丙：e＝BSω (3)若线圈有N匝，则相当于N个完全相同的电源串联，所以 甲：e＝0 乙：e＝NBSωsin ωt 丙：e＝NBSω [要点提炼] 1．正弦式交变电流瞬时值表达式： (1)当从中性面开始计时：e＝Emsin_ωt. (2)当从与中性面垂直的位置开始计时：e＝Emcos_ωt. 2．正弦式交变电流的峰值表达式： Em＝nBSω 与线圈的形状及转动轴的位置无关．(填“有关”或“无关”) 3．两个特殊位置： (1)中性面：线圈平面与磁场垂直． e为0，i为0，Φ最大，为0.(填“0”或“最大”) 线圈每次经过中性面时，线圈中感应电流的方向要改变，线圈转动一周，感应电流方向改变两次． (2)垂直中性面：线圈平面与磁场平行． e为最大，i最大，Φ为0，最大．(填“0”或“最大”) 三、用图象描述交变电流 [要点提炼] 1．正弦式交变电流的图象及应用： 或 　　　从中性面计时　　　从垂直中性面(BS)计时 图6 (1)线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动时，开始计时时线圈所处的位置不同，得到的i－t图象也就不同(如图6)； (2)要注意从图象中找出两个特殊位置所对应的时刻． 2．对直流电流和交变电流的区分主要是看电流方向是否变化