江蘇省東臺市高中物理 第五章 交變電流 5.1 交變電流導(dǎo)學(xué)案新人教版選修3-2.doc
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5.1 交變電流 班級 姓名 , 1課時 使用時間 一. 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.理解交變電流的產(chǎn)生原理,掌握交變電流的變化規(guī)律. 2.知道正弦式電流的圖像. 3.知道交流發(fā)電機(jī)的構(gòu)造和分類. 2.掌握用圖像描述交變電流 重點(diǎn) 交變電流產(chǎn)生的物理過程的分析。 難點(diǎn) 交變電流的變化規(guī)律及應(yīng)用。 二、自學(xué)檢測 (一).交變電流 (1)________隨時間做_________變化的電流叫做交變電流,簡稱交流; (2)________不隨時間變化的電流稱為直流; (3)________和_______都不隨時間變化的電流叫做_________電流; (二).交變電流的產(chǎn)生 (1)在線圈轉(zhuǎn)動時,磁通量最大時,磁通量的變化率__________;磁通量為0時,磁通量變化率_______;感應(yīng)電動勢的大小由_____________________決定,與___________無關(guān)。 (2)線圈轉(zhuǎn)動一周,感應(yīng)電流方向改變______次 (3)中性面:_______________________________,如圖有________、_________位置;中性面的相關(guān)特點(diǎn):磁通量___________,磁通量的變化率____________,感應(yīng)電動勢e=________,________感應(yīng)電流 (4)峰值面: ,如圖有________、_________位置;峰值面的相關(guān)特點(diǎn):磁通量___________,磁通量的變化率____________,感應(yīng)電動勢e=________,________感應(yīng)電流 三、合作探究 出示單相交流發(fā)電機(jī),引導(dǎo)學(xué)生首先觀察它的主要構(gòu)造。演示:將手搖發(fā)電機(jī)模型與小燈泡組成閉合電路。當(dāng)線框快速轉(zhuǎn)動時,觀察到什么現(xiàn)象? 這種大小和方向都隨時間做周期性變化電流,叫做交變電流。 1、交變電流的產(chǎn)生 為什么矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動時線圈里能產(chǎn)生交變電流? 當(dāng)abcd線圈在磁場中繞OO′軸轉(zhuǎn)動時,哪些邊切割磁感線? 當(dāng)ab邊向右、cd邊向左運(yùn)動時,線圈中感應(yīng)電流的方向 ? 當(dāng)ab邊向左、cd邊向右運(yùn)動時,線圈中感應(yīng)電流的方向如何? 平面與磁感線平行時,ab邊與cd邊線速度方向都跟磁感線方向垂直,即兩邊都垂直切割磁感線,此時產(chǎn)生感應(yīng)電動勢最大。 線圈轉(zhuǎn)到什么位置時,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最小? 歸納小結(jié):(1)中性面——線框平面與磁感線垂直的位置。 (2)線圈處于中性面位置時,穿過線圈Φ最大,但=0。 (3)線圈越過中性面,線圈中I感方向要改變。線圈轉(zhuǎn)一周,感應(yīng)電流方向改變兩次。2.交變電流的變化規(guī)律 設(shè)線圈平面從中性面開始轉(zhuǎn)動,角速度是ω。經(jīng)過時間t,線圈轉(zhuǎn)過的角度是ωt,ab邊的線速度v的方向跟磁感線方向間的夾角也等于ωt,如右圖所示。設(shè)ab邊長為L1,bc邊長L2,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,這時ab邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢多大? 此時整個線框中感應(yīng)電動勢多大? 若線圈有N匝時,相當(dāng)于N個完全相同的電源串聯(lián),e=NBL1L2ωsinωt,令Em=NBL1L2ω,叫做感應(yīng)電動勢的峰值,e叫做感應(yīng)電動勢的瞬時值。 根據(jù)部分電路歐姆定律,電壓的最大值Um=ImR,電壓的瞬時值U=Umsinωt。 電動勢、電流與電壓的瞬時值與時間的關(guān)系可以用正弦曲線來表示 3.幾種常見的交變電波形 歸納小結(jié) 1.矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動時,線圈中產(chǎn)生正弦式交變電流。 2.從中性面開始計(jì)時,感應(yīng)電動勢瞬時值的表達(dá)式為e=NBSωsinωt,感應(yīng)電動勢的最大值為Em=NBSω。 3.中性面的特點(diǎn):磁通量最大為Φm,但e=0。 例1:如圖所示的的幾種電流隨時間變化的圖線中,屬于交變電流的是_______,屬于正弦式交變電流的是______。 例2、交流發(fā)電機(jī)中,如果ab邊長為L,bc邊長為L‘,線圈轉(zhuǎn)動角速度為ω,線圈匝數(shù)為n,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,線圈電阻為r,外電路電阻為R,求: (1)交變電動勢的峰值Em; (2)路端電壓最大值Um 。 例3、 如圖所示,有一閉合的正方形線圈,匝數(shù)N=100匝,邊長為10 cm,線圈總電阻為10 Ω.線圈繞OO′軸在B=0.5 T 的勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動,每分鐘轉(zhuǎn)1500轉(zhuǎn).求線圈平面從圖示位置轉(zhuǎn)過30時,感應(yīng)電動勢的值是多少. 思路:(1)確定線圈轉(zhuǎn)動是從哪個位置開始計(jì)時. (2)確定表達(dá)式是正弦還是余弦. (3)確定轉(zhuǎn)動的角速度ω及N、B.S等. (4)求出峰值Em,寫出表達(dá)式,代入角速度求瞬時值. 【當(dāng)堂訓(xùn)練】 1、某交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與時間的關(guān)系如圖所示。如果其他條件不變,僅使線圈的轉(zhuǎn)速加倍,則交流電動勢的最大值的周期分別為( ) A.400v 0.02s B.200v 0.02s C.400v 0.08s D.200v 0.08s 2、一矩形線圈繞垂直于勻強(qiáng)磁場并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動,線圈中的感應(yīng)電動勢隨時間的變化規(guī)律如圖所示,下面說法中正確的是( ) A.T1時刻通過線圈的磁通量為零; B.T2時刻通過線圈的磁通量的絕對值最大; C.T3時刻通過線圈的磁通量變化率的絕對值最大; D.每當(dāng)e變換方向時,通過線圈的磁通量的絕對值都為最大。 3、一臺發(fā)電機(jī)在產(chǎn)生正弦式電流。如果發(fā)電機(jī)電動勢的峰值為Em=400V,線圈勻速轉(zhuǎn)動的角速度為ω=314rad/s,試寫出電動勢瞬時值的表達(dá)式。如果這個發(fā)電機(jī)的外電路只有電阻元件,總電阻為2000Ω,電路中電流的峰值是多少?寫出電流瞬時值的表達(dá)式。 四、檢測清盤 1.矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動,下列說法中正確的是( ) A.在中性面時,通過線圈的磁通量最大 B.在中性面時,感應(yīng)電動勢最大 C.穿過線圈的磁通量為零時,感應(yīng)電動勢也為零 D.穿過線圈的磁通量為零時,磁通量的變化率也為零 2.對于正弦交流電,下列說法正確的是: ( ) A. 線圈轉(zhuǎn)動一周,電流方向改變兩次 B.線圈轉(zhuǎn)動一周,電流大小不變。 C.線圈轉(zhuǎn)動一周,電流大小隨時改變 D.線圈轉(zhuǎn)動一周,電流大小改變四次 3.交流發(fā)電機(jī)在工作時電動勢為e=Emsin ωt,若將發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速提高一倍,同時將電樞所圍面積減小一半,其他條件不變,則其電動勢變?yōu)椋? ) A.e′=Emsin B.e′=2Emsin C.e′=Emsin 2ωt D.e′=sin 2ωt 4.一束帶電粒子沿著通有交流電的螺線管的軸線射入管內(nèi),則粒子在管內(nèi)的運(yùn)動狀態(tài)是( ) A.往復(fù)運(yùn)動 B.勻速直線運(yùn)動 C.勻加速直線運(yùn)動 D.勻速圓周運(yùn)動 5.如圖所示,矩形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場中可以分別繞垂直于磁場方向的軸P1和P2以相同的角速度勻速轉(zhuǎn)動,當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到與磁場方向平行時( ) A.線圈繞P1或P2轉(zhuǎn)動時電流的方向相同,都是a→d→c→b→a B.線圈繞P1轉(zhuǎn)動時的電動勢小于繞P2轉(zhuǎn)動時的電動勢 C.線圈繞P1轉(zhuǎn)動時的電流等于繞P2轉(zhuǎn)動時的電流 D.線圈繞P1轉(zhuǎn)動時dc邊受到的安培力大于繞P2轉(zhuǎn)動時dc邊受到的安培力 6.如圖所示,一矩形閉合線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的轉(zhuǎn)軸OO′以恒定的角速度ω轉(zhuǎn)動,從線圈平面與磁場方向平行時開始計(jì)時,則在0~這段時間內(nèi)( ) A.線圈中的感應(yīng)電流一直在減小 B.線圈中的感應(yīng)電流先增大后減小 C.穿過線圈的磁通量一直在減小 D.穿過線圈的磁通量的變化率一直在減小 7.矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的電動勢e-t圖像如圖,則在時刻( ?。? A.t1,t3線圈通過中性面 B.t2,t4線圈中磁通量最大 C.t1,t3線圈中磁通量變化率最大 D.t2,t4線圈平面與中性面垂直 8.閉合線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生的交流電瞬時值的表達(dá)式為i=0.2sin100πt,從t=0到第一次出現(xiàn)通過線圈的磁通量變化率最大值的時間為( ) A.1/50 s B.1/100 s C.1/200 s D1/400 s 9.如圖所示,一線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動,經(jīng)過圖所示位置時,( ) A.穿過線圈的磁通量最大,磁通量的變化率最小 B.穿過線圈的磁通量最大,磁通量的變化率最大 C.穿過線圈的磁通量最小,磁通量的變化率最大 D.穿過線圈的磁通量最小,磁通量的變化率最小 11.矩形線圈的面積為S,匝數(shù)為n,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,繞垂直于磁場的軸OO以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動。當(dāng)轉(zhuǎn)到線圈平面與磁場垂直的圖示位置時( ) A.線圈中的電動勢為0 B.線圈中的電動勢為 C.穿過線圈的磁通量為0 D.線圈不受安培力作用 五、學(xué)有所得- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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