人教版高中物理选修3-4教案-教师版(全册)

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1、1交变电流1.基本知识(1)交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流．(2)直流：方向不随时间变化的电流．(3)交变电流的产生①产生方法闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动．②过程分析，如图5－1－1所示．图5－1－1③中性面：线圈平面与磁场垂直的位置．.交变电流的变化规律1.基本知识(1)正弦式交变电流①定义：按正弦规律变化的交变电流，简称正弦式电流．②函数和图象函数图象瞬时电动势：e＝Emsinωt瞬时电压：u＝Umsin_ωt瞬时电流：i＝Imsinωt　注：表达式中Em、Um、I

2、m分别是电动势、电压和电流的峰值，而e、u、i则是这几个量的瞬时值．(2)其他交变电流，如图5－1－2所示．图5－1－2．交变电流的产生过程【问题导思】　1．线圈在什么位置时磁通量达到最大值、在什么位置时磁通量的变化率达到最大值？2．线圈在什么位置时电流方向开始改变？1．产生在匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈里产生的是交变电流，实验装置如图5－1－3所示．图5－1－32．过程分析图5－1－4如图5－1－4所示线圈由甲位置转到乙位置过程中，电流方向为b→a→d→c.线圈由乙位置转到丙位置过

3、程中，电流方向为b→a→d→c.线圈由丙位置转到丁位置过程中，电流方向为a→b→c→d.线圈由丁位置转回到甲位置过程中，电流方向为a→b→c→d.3．中性面线圈平面垂直于磁感线时，线圈中的磁通量最大，而此时线圈中的电流为零，这一位置叫中性面．从上面分析可知，线圈平面经过中性面时，电流方向就发生改变，线圈绕转轴转一周经过中性面两次，因此感应电流方向改变两次．1．矩形线框在匀强磁场中匀速转动，仅是产生交变电流的一种形式，但不是唯一方式．2．线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ最大，＝0，e＝0，i＝0，电流

4、方向将发生改变．3．线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，最大，e最大，i最大，电流方向不变．　在交流电产生的实验中，关于中性面，下列说法正确的是(　　)A．此时线圈各边都不切割磁感线，感应电流等于零B．磁感线垂直于该时刻的线圈平面，所以磁通量最大，磁通量的变化率为零C．线圈平面每次经过中性面时，感应电流的方向一定会发生改变D．线圈平面处于跟中性面垂直的位置时，磁通量的变化率最大，感应电动势、感应电流均最大，电流方向不变【审题指导】　解答本题时应注意把握以下两点：(1)线圈位于中性面时，各边均不切割

5、磁感线．(2)线圈垂直于中性面时，两边恰好垂直切割磁感线．【解析】　在中性面时，切割磁感线的两边的速度与磁感线平行，不切割磁感线，电动势、电流为零，A对；在中性面时，不切割磁感线，磁通量的变化率为零，磁通量最大，B对；线圈每经过一次中性面，电流方向改变一次，C对；在垂直于中性面时，切割磁感线的两边速度与磁感线垂直，最大，电动势、电流最大，D对．【答案】　ABCD对于交变电流产生过程中各物理量的变化情况分析，应抓住中性面这个关键位置及各物理量的情况，特别要注意的是此时刻穿过线框平面的磁通量虽最大，但磁通

6、量的变化率却最小，等于零，电动势等于零，电流等于零．1．(2013·兰州一中高二检测)如图5－1－5所示为演示交变电流产生的装置图，关于这个实验，正确的说法是(　　)图5－1－5A．线圈每转动一周，指针左右摆动两次B．图示位置为中性面，线圈中无感应电流C．图示位置ab边的感应电流方向为a→bD．线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零【解析】　线圈在磁场中匀速转动时，在电路中产生呈周期性变化的交变电流，线圈经过中性面时电流改变方向，线圈每转动一周，有两次通过中性面，电流方向改变两次，指针左右摆动一次

7、．线圈处于图示位置时，ab边向右运动，由右手定则，ab边的感应电流方向为a→b；线圈平面与磁场方向平行时，ab、cd边垂直切割磁感线，线圈产生的电动势最大，也可以这样认为，线圈处于竖直位置时，磁通量为零，但磁通量的变化率最大．【答案】　C交变电流的变化规律【问题导思】　1．怎样推导交变电流的瞬时值表达式？2．怎样计算峰值？峰值的决定因素是什么？1．瞬时值表达式的推导图5－1－6若线圈平面从中性面开始转动，如图5－1－6所示，则经过时间t：线圈转过的角度为ωt⇓ab边的线速度跟磁感线方向的夹角θ＝ωt⇓

8、ab边转动的线速度大小：v＝ωR＝ω⇓ab边产生的感应电动势：eab＝BLabvsinθ＝sinωt⇓一匝线圈产生的电动势：e＝2eab＝BSωsinωt⇓N匝线圈产生的总电动势：e＝NBSωsinωt2．峰值表达式由e＝NBSωsinωt可知，电动势的峰值Em＝NBSω＝NΦmω，与线圈的形状及转轴位置无关．1．若线圈从中性面开始计时，e＝Emsinωt.若线圈从位于与中性面垂直的位置开始计时，e＝Emcosωt，所用瞬时值表达式与开始计时的位置有关．