2019_2020学年高中物理第二章交变电流第一节第二节认识交变电流交变电流的描述学案粤教版

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1、第一节　认识交变电流第二节交变电流的描述[学科素养与目标要求]　物理观念：1.会观察电流(或电压)的波形图，理解交变电流和正弦式交变电流的概念.2.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．科学思维：1.从法拉第电磁感应定律和楞次定律分析感应电流的产生过程，会推导正弦式电流的电动势和电流随时间的变化规律.2.认识交变电流的图象，并根据图象解决具体问题．一、交变电流1．恒定电流：强弱和方向都不随时间改变的电流，简称直流．2．交变电流：强弱和方向都随时间做周期性变化的电流，简称交流．3．波形图(1)定义：电流或电压随时间变化的图象(如图

2、1所示)．图1(2)观察方法：用示波器进行观察．4．日常生活和生产中所使用的交变电流：它是按正弦规律变化的交变电流．二、交变电流的产生1．闭合线圈置于匀强磁场中，并绕垂直于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，穿过线圈的磁通量Φ最大，但线圈中的电流为零．(2)线圈每次经过中性面时，线圈中感应电流的方向都要改变．线圈转动一周，感应电流的方向改变两次．三、交变电流的变化规律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)函数表达式和图象.函数表达式图象瞬时电动势：e＝Emsinωt瞬

3、时电压：u＝Umsinωt瞬时电流：i＝Imsinωt注：表达式中Em、Um、Im分别是电动势、电压、电流的峰值，而e、u、i则是这几个量的瞬时值．2．几种常见的交变电流的波形1．判断下列说法的正误．(1)如图2所示的电流为交变电流．(　×　)图2(2)如图3所示的电流为交变电流．(　√　)图3(3)线圈在磁场中转动，通过中性面时磁通量最大，电流也最大．(　×　)(4)线圈在磁场中转动，通过中性面时电流的方向发生改变．(　√　)(5)当线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴做匀速圆周运动，线圈中的电流就是正(或余)弦式电流．(　√　)2．有一个正方形线圈的匝数为10匝，

4、边长为20cm，线圈总电阻为1Ω，线圈绕OO′轴以10πrad/s的角速度匀速转动，如图4所示，匀强磁场的磁感应强度为0.5T，该线圈产生的感应电动势的峰值为__________，感应电流的峰值为________，若从中性面位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为______________．图4答案　6.28V　6.28A　e＝6.28sin10πt(V)解析　电动势的峰值为Em＝nBSω＝10×0.5×0.22×10πV≈6.28V电流的峰值为Im＝＝6.28A感应电动势瞬时值表达式为e＝Emsinωt＝6.28sin10πt(V).一、交变电流的产生1．交

5、变电流的产生过程分析假定线圈绕OO′轴沿逆时针方向匀速转动，如图5甲至丁所示，在四个过程中线圈中的电流方向如下表所示．图5转动过程电流方向甲→乙B→A→D→C乙→丙B→A→D→C丙→丁A→B→C→D丁→甲A→B→C→D2.两个特殊位置(1)中性面(S⊥B位置，如图中的甲、丙)线圈平面与磁场垂直的位置，此时通过线圈的磁通量Φ最大，磁通量变化率为0，电动势e为0，电流i为0.线圈经过中性面时，电流方向发生改变，线圈转一圈电流方向改变两次．(2)垂直中性面位置(S∥B位置，如图中的乙、丁)此时通过线圈的磁通量Φ为0，磁通量变化率最大，电动势e最大，电流i最大．例1　(

6、多选)矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面内的轴匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是(　　)A．当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大B．当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零C．每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流的方向就改变一次D．线框经过中性面时，各边切割磁感线的速度为零答案　CD解析线框位于中性面时，线框平面与磁感线垂直，穿过线框的磁通量最大，但此时切割磁感线的两边的速度与磁感线平行，即不切割磁感线，所以感应电动势等于零，此时穿过线框的磁通量的变化率也等于零，感应电动势或感应电流的方向也就在此时刻发生变化．线框垂直于中性面时，

7、穿过线框的磁通量为零，但切割磁感线的两边都垂直切割，有效切割速度最大，所以感应电动势最大，也可以说此时穿过线框的磁通量的变化率最大，故选项C、D正确．二、交变电流的变化规律1．感应电动势随时间的变化规律如图6所示，线圈平面绕OO′(O为bc边的中点，O′为ad边的中点)所在直线从中性面开始转动，角速度为ω.设ab边长为L1，bc边长为L2，线圈面积为S＝L1L2，磁感应强度为B.图6(1)设经过时间t，线圈转过的角度是ωt，ab边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角为ωt，则ab边切割磁感线产生的感应电动势eab＝BL1vsinωt＝BL1sinωt＝BSωsi

8、nωtcd边切割磁感线产