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《交变电流》导学案
荆州市北门中学 杨维平
班级:____________ 组别:____________ 组名:____________ 姓名:____________
【学习目标】
⒈知道正弦交流电的产生原理,知道中性面及其特点。
⒉学会推导正弦交流电的瞬时值表达式,能计算正弦交流电的最大值。
【重点难点】
正弦交流电的产生原理分析及正弦交流电的瞬时值表达式推导。
【学法指导】
先运用《电磁感应》的知识定性分析课本中图5.1-3所示的四个画面,找到中性面,分析其特点和交流电的变化规律,再进一步推导正弦式交流电的瞬时值表达式和最大值计算式。
【知识链接】
电磁感应的相关知识
【学习过程】
知识点一:交变电流的产生
问题1:什么是交流?什么叫直流?通过发光二极管体验交流电电流的周期性变化。
(请大家理解课本中图5.1-3交流发电机的示意图,尝试解答以下问题)
问题2:矩形线框转动时,哪些边会产生电动势?
问题3:为了便于分析,请你以AB边为对象将这四个立体图改画成正对面观察的平面图,并标出速度方向和电流方向。
问题4:在线圈从甲位置到丙位置的过程中,AB边中的电流向哪个方向流动?在线圈从丙位置到甲位置的过程中,AB边中的电流向哪个方向流动?
问题5:当线圈转到什么位置时没有电流,线圈平面与磁场方向关系怎样?什么叫中性面?线圈平面在中性面的位置时,穿过线圈平面的磁通量有何特点?请总结中性面的特点。
问题6: 当线圈转到什么位置时,线圈中的电流最大?此时穿过线圈的磁通量有何特点?
问题7:将上述问题总结后填到下列表格中
特殊位置
甲
乙
丙
丁
磁感应强度B与
线圈面积S的关系
磁通量的大小
电流的方向
(字母表示)
感应电动势的大小
结论:当线圈在 时感应电动势和电流为零, 最大;在 时感应电动势和电流最大, 为0;线圈转动一周,感应电流方向改变 次。
知识点二:交变电流的图像和变化规律
问题1:在图5.1-3中乙位置时,令磁感应强度为,AB边长为L1,BC边长为L2,匀速转动的角速度为,试求:此时线框切割磁感线产生的电动势的值。(在图中标出此时的电流方向)
问题2:若从甲位置开始计时,经过时间,线圈平面与中性面间的夹角为 ,在图中标出这个角度。试求:此时线框中感应电动势e的表达式。
问题3:从以上推导中总结交流发电机的电动势随时 间变化的规律。什么叫峰值?
问题4:上面推导了正弦交流电电动势的瞬时值表达式,当电路中接入负载的时候,用Um、Im分别表示负载两端的电压和电流的峰值,请你写出负载的端电压(u)、电流(i)的瞬时值表达式。
问题5:根据上面交流电压的表达式,画出电压随时间变化的曲线,从E经过电阻R流向F的电流记为正,反之为负,并在横轴上标出线圈到达甲、乙、丙、丁几个位置的时刻(线圈在甲图位置时开始计时)。
问题6:若开始计时,线圈是从乙位置开始转动的,则电流变化的曲线是怎样的?(在右边画出图形)
问题7:正弦交流电是一种最简单又最基本的交变电流,课本中展示了常见的几种交变电流的波形,请记住它们的名称。甲图为:_________________,乙图为:_________________,丙图为:_________________
小结:交流发电机产生的交流电是按_________________规律变化的,其瞬时值的表达式是正弦形式,还是余弦形式取决于________________,即:从中性面计时,是正弦形式;从中性面的垂面计时,是余弦形式。两者本质上是一致的,我们称这种交流电为正弦交流电。
【当堂检测】
(A级)⒈一矩形线圈,在匀强磁场中绕轴转动,线圈中的感应电动势随时间的变化规律如图所示,则:若使其瞬时值表达式为的形式,则应从下列哪个时刻开始计时( )
A. B. C. D.
(B级)⒉线圈在匀强磁场中转动产生的交流电动势为伏,则下列说法中正确的是( )
A.时,线圈平面垂直于转轴 B. 时,穿过线圈的磁通量最大
C.时,导线切割磁感线的有效速度最大 D. 时,有最大值V
(C级)3.发电机产生的按正弦规律变化的电动势最大值是311V,其线圈共100匝,在匀强磁场中匀速转动的角速度为100(rad/s)
求(1)从中性面开始计时,写出电动势的瞬时值表达式
(2)此发电机和外电路组成闭合回路时,总电阻为100欧,求t=1/600秒时的电流
(3)求线圈中磁通量变化率的最大值
【学习反思】
世上无难事,只怕有心人,只要我们努力学习,用心观察,一定能够找到事物发
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