2017-2018学年高中物理 第二章 交变电流 1 交变电流学案 教科版选修3-2

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1、1交变电流[目标定位]　1.理解交变电流、直流的概念，会观察交流电的波形图.2.理解正弦式交变电流的产生，掌握交流电产生的原理.3.知道交变电流的变化规律及表示方法.一、交变电流1.交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流.2.直流：方向不随时间变化的电流称为直流，大小和方向都不随时间变化的电流称为恒定电流.3.正弦式交变电流：电流随时间按正弦函数规律变化的交变电流.这是一种最简单、最基本的交变电流.深度思考(1)交变电流的大小一定是变化的吗？(2)交变电流与直流电的最大区别是什么？答案　(1)交变电流的大小

2、不一定变化，如方波交变电流，其大小是不变的.(2)交变电流与直流电的最大区别在于交变电流的方向发生周期性变化，而直流电的方向不变.例1　如图所示的图像中属于交变电流的有(　　)解析　选项A、B、C中e的方向均发生了变化，故它们属于交变电流，但不是正弦式交变电流；选项D中e的方向未变化，故是直流.答案　ABC判断电流是交变电流还是直流应看方向是否变化，只有方向发生周期性变化的电流才是交流电.二、正弦式交变电流的产生1.产生：如图1所示，在匀强磁场中的线圈绕垂直于磁感线的轴匀速转动时，产生交变电流.图12.两个特殊位置：(1)中性面(S⊥B

3、位置，如图1中的甲、丙)线圈平面与磁场垂直的位置，此时Φ最大，为0，e为0，i为0.(填“最大”或“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1中的乙、丁)此时Φ为0，最大，e最大，i最大.(填“最大”或“0”)深度思考如果将图1中的线圈ABCD换为三角形，轴OO′也不在中心位置，其他条件不变，还能产生交变电流吗？答案　能，因为图中产生交变电流的关键因素是轴垂直于磁感线，线圈闭合，对轴的位置和线圈形状没有特定要求.例2　如图中哪些情况线圈中产生了交变电流(　　)解析　由交

4、变电流的产生条件可知，轴必须垂直于磁感线，但对线圈的形状及转轴的位置没有特别要求.故选项B、C、D正确.答案　BCD例3　关于矩形线圈在匀强磁场中转动时产生的正弦式电流，正确的说法是(　　)A．线圈每转动一周，感应电流方向改变一次B．线圈每转动一周，感应电动势方向改变一次C．线圈每转动一周，感应电流方向改变两次，感应电动势方向改变一次D．线圈每转动一周，感应电流方向和感应电动势方向都改变两次解析　感应电动势和感应电流的方向，每经过中性面时改变一次，每个周期内方向改变两次，故选D.答案　D三、正弦式交变电流的描述1.交变电流的瞬时值表达式

5、推导线圈平面从中性面开始转动，如图2所示，则经过时间t：图2(1)线圈转过的角度为ωt.(2)ab边的线速度跟磁感线方向的夹角θ＝ωt.(3)ab边转动的线速度大小：v＝ω·.(4)ab边产生的感应电动势(设线圈面积为S)eab＝BLabvsinθ＝sinωt.(5)整个线圈产生的感应电动势：e＝2eab＝BSωsin_ωt，若线圈为n匝，则e＝nBSωsin_ωt.由上式可以看出，其感应电动势的大小和方向都随时间t做周期性变化，即线圈中的交变电流按正弦函数规律变化，这种交变电流叫做正弦式交变电流.2.对瞬时值表达式的理解写瞬时值表达式

6、时必须明确是从中性面计时，还是从与中性面垂直(B∥S)位置计时.(1)从中性面计时：e＝Emsin_ωt.(2)从与中性面垂直位置计时：e＝Emcos_ωt.3.正弦式交变电流的峰值(1)转轴在线圈所在平面内且与磁场垂直.当线圈平面与磁场平行时，线圈中的感应电动势达到峰值，且满足Em＝nBSω.(2)决定因素：由线圈匝数n、磁感应强度B、转动角速度ω和线圈面积S决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关.如图3所示的几种情况中，如果n、B、ω、S均相同，则感应电动势的峰值均为Em＝nBSω.图34.正弦式交变电流的图像如图4所示，从图像中

7、可以解读到以下信息：图4(1)交变电流的峰值Em、Im和周期T.(2)两个特殊值对应的位置：①e＝0(或i＝0)时：线圈位于中性面上；e最大(或i最大)时：线圈平行于磁感线.②e＝0(或i＝0)时：＝0，Φ最大；e最大(或i最大)时：＝0，Φ最大.(3)分析判断e、i的大小和方向随时间的变化规律.深度思考(1)若从垂直中性面的位置(或B∥S位置)开始计时，电动势的表达式还是按正弦规律变化吗？(2)为什么线圈转到中性面时磁通量最大而感应电动势和感应电流为零？答案　(1)不是，按余弦规律变化.(2)因为线圈转到中性面时，虽然通过线圈的磁通量

8、最大，但线圈各边速度的方向都与磁感线平行，不切割磁感线，磁通量的变化率为零，故感应电动势和感应电流为零.例4　如图5所示，匀强磁场的磁感应强度B＝0.1T，所用矩形线圈的匝数n＝100，边长lab＝0.2m