交变电流的产生及描述教师版.doc

第1节 交变电流的产生及描述(预习案) 浠水县高考复读中心 郭卫元 1. 教学目标： （１）掌握交流电的产生及描述 （２）理解描述交流电的基本物理量及其意义 （３）理解掌握交流电的图像并能利用图像解决实际问题 2. 问题导引 [想一想] 线圈在匀强磁场中转动产生交变电流，线圈平面每转动一周，感应电流的方向改变几次？线圈在什么位置，电流方向会发生改变？ 1．交变电流 (1)定义：大小和方向都随时间做周期性变化的电流。 (2)图象：如图(a)、(b)、(c)、(d)所示都属于交变电流。其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流，如图(a)所示。 2．正弦式电流的产生和图象 (1)产生：在匀强磁场里，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。 (2)图象：用以描述交流电随时间变化的规律，如果线圈从中性面位置时开始计时，其图象为正弦曲线。如图10－1－1(a)所示。 3．正弦式电流的函数表达式 若n匝面积为S的线圈以角速度ω绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，从中性面开始计时，其函数形式为e＝nBSωsin_ωt，用Em＝nBSω表示电动势最大值，则有e＝Emsin ωt。其电流大小为i＝＝sin ωt＝Imsin ωt。 t转过角度θ，则θ＝ωt，此时两边ab、cd速度方向与磁感线方向的夹角分别为ωt和(180°－ωt)，如图所示，它们产生的感应电动势同向相加，整个线圈中的感应电动势为： E＝2Blvsinωt.因为v＝ v＝ω··e＝ BSωsinωt＝Emsinωt. 注意：中性面的特点是什么？ [试一试] 1．一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图甲所示，则下列说法正确的是(　　) A．t＝0时刻，线圈平面与中性面垂直 B．t＝0.01 s时刻，Φ的变化率最大 C．t＝0.02 s时刻，交流电动势达到最大 D．该线圈产生的交流电动势的图象如图乙所示 解析：选B　由Φ－t图知，t＝0时，Φ最大，即线圈处于中性面位置，此时e＝0，故A、D两项错误；由图知T＝0.04 s，在t＝0.01 s时，Φ＝0，最大，e最大，则B项正确；在t＝0.02 s时，Φ最大，＝0，e＝0，则C项错误。(1)电流大小变化但方向不变的电流仍然是直流电，即只要方向不改变的电流就是直流电． [想一想] 有一个10匝的正方形线框，边长为20 cm，线框总电阻为1 Ω，线框绕OO′轴以10π rad/s的角速度匀速转动，如图10－1－3所示，垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5 T。则正弦式电流电动势和电流的峰值和有效值分别为多少？ [提示]　电动势的峰值Em＝nBSω＝6.28 V。 电动势的有效值E＝＝4.44 V。 电流的峰值Im＝＝ A＝6.28 A。 电流的有效值为I＝＝4.44 A。 1．周期和频率 (1)周期(T)：交变电流完成一次周期性变化(线圈转一周)所需的时间，单位是秒(s)，公式T＝。 (2)频率(f)：交变电流在1 s内完成周期性变化的次数，单位是赫兹(Hz)。 (3)周期和频率的关系：T＝ 或f＝。 2．有效值 交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的：让交流和恒定电流分别通过相同阻值的电阻，如果在交流的一个周期内它们产生的热量相等，而这个恒定电流是I、电压是U，我们就把I、U叫做这个交流的有效值。正弦式电流的有效值跟最大值之间的关系是：E＝ Em、I＝ Im，U＝ Um。 [试一试] 2.小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图所示。此线圈与一个R＝10 Ω的电阻构成闭合电路，不计电路的其他电阻，下列说法正确的是(　　)A．交变电流的周期为0.125 sB．交变电流的频率为8 Hz C．交变电流的有效值为 AD．交变电流的最大值为4 A 解析：选C　由图象可知交变电流的周期T＝0.250 s，频率f＝＝4 Hz，故选项A、B错误；交变电流的有效值I＝＝A＝ A，，故选项C正确；交变电流的最大值Im＝＝ A＝2 A，故选项D错误。1．只有矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时线圈里才能产生交变电流(　　) 2．线圈在磁场中转动产生正弦交变电流时，线圈的磁通量最大时，产生的感应电动势也最大(　　) 3．矩形线圈在匀强磁场中匀速转动经过中性面时，线圈中的感应电动势为零(　　) 4．交流电气设备上所标的电压和电流值是交变电流的峰值(　　) 5．交变电流的峰值总是有效值的倍(　　) 6．交流发电机产生的电动势峰值由磁感应强度、线圈匝数、线圈面积和转速共同(　　) 7．可以用平均值计算交变电流产生的热量(　　) (导学案) 探究一: 交变电流的产生及变化规律 1.正弦式电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时) 规律物理量　　 函数