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

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1、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

2、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12.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

3、电流的电动势e随时间变化的图象.图22.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

4、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

5、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=BL1vsinωt=BL1·sinωt=BL1L2ωsinωt=BSω·sinωt丙:eAB=BL1

6、v=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·sinωt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=NBSωsinωt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”)

7、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(B∥S)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

8、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.(1)交变电流:方向随时间做周期性变化的电流,简称交流.(2)直流:方向不随时间变化的电流.(3)图象特点①恒定电流的图象是一条与时间轴平行的直线.②交变电流的图象有时会

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