1、高二物理导学案 第三章 交变电流第一节交变电流 【情景导入】 在日常生活中，手电筒和日光灯是家庭中必备的照明工具，但是给两个用电器提 供电能的电源是不同的，它们产生的电流相同吗？交流电是怎么样产生的呢？ 【学习目标】 1、了解交变电流和直流电的概念，会区分交流电和直流电 2、了解交变电流的产生过程，会根据右手定则判断电流方向 3.、掌握交变电流的变化规律，会推导正弦交变电流瞬时值表达式 【教材阅读知识提纲与填空】 一、交变电流 1交变电流：大小和方向都随时间做变化的电流，简称交流 2直流：不随时间变化的电流大小和方向都不随时间变化的电流称为 恒定电流 二、交变电流的产生交变电流的变化规律 1交
2、变电流的产生 (1)产生条件：在匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的轴匀速转动 (2)过程分析(如图所示)： 2交变电流的变化规律 (1)正弦式交变电流：按规律变化 的交变电流，简称. (2)函数和图像 三、交流发电机 1 交流发电机的构 造 ： 发 电 机 主 要 由 (电枢)和两部 分组成 2交流发电机的种类 【探究思考】 探究点一、交流电和直流电的区别 问题 1、下列五个图，哪些是描述交流电 的？判断依据是什么？ 探究点二、交变电流的产生过程 问题 2、在发电机模型中，线圈所处的位置和感应电动势的大小有直接关系请思考并 回答下列问题： (1)线圈在甲、乙、丙、丁四图位置上是否有感应电流？在线圈
3、由甲转到乙的过程中， AB 边中电流向哪个方向流动？在线圈由丙转到丁的过程中， AB 边中电流向哪个方向流 动？ (2)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电流最大？还有其他 物理量变化吗？ 探究点三、交变电流的变化规律 问题 3、设线圈从中性面开始转动，角速度是经过时间 t，AB、 CD 宽 L1，AD、BC 长 L2 ，磁感应强度是 B. （1）ts 末线圈与中性面的夹角是，此时 AB 边的速度 为，AB 边切割磁感线的有效速度为，AB 边中的感应电动势为，线圈中的感应电动势为，若为 N 匝线圈， 则感应电动势为。 （2）思考：结合上图任意时刻 t 的磁通量为，根据法拉第
4、电磁感应定律 该时刻感应电动势的大小为。 （3）根据函数，结合数学知识，绘制图象 I-t （4）如果计时开始时，线圈从垂直与中性面的位置开始，线圈在任意位置的感应电动 势又如何表示？ 【成果展示】 【精讲点评】 1、交变电流：无论大小是否变化，但都有一个共同的特点，就是电流的方向一定随时 间做周期性变化 2、产生原理：由电磁感应定律可知，当闭合回路的部分导体做切割磁感线的运动时， 闭合回路中就有感应电流产生 线圈绕绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时就会产生交流 电。 3、交变电流产生过程中的两个特殊位置 图示 概念中性面位置与中性面垂直的位置 特点 BSBS BS，最大0，最小 en t 0，最小
5、en t nBS，最大 感应电流为零，方向改变感应电流最大，方向不变 4、推导正弦式交变电流瞬时值的表达式 (1)线圈转过的角度为t. (2) ab 边的线速度跟磁感线方向的夹角t. (3) ab 边转动的线速度大小 vLad 2 . (4) ab 边产生的感应电动势 eabBLabvsin BS 2 sin t. (5)整个线圈产生的感应电动势 e2eabBSsin t，注：若线圈为 N 匝，e NBSsin t. (6)线圈给外电阻 R 供电，线圈本身电阻为 r，由闭合电路欧姆定律得 i e Rr Em Rrsin t，即 iI msin t，R 两端的电压可记为 uUmsin t. 峰值
6、：(1)由 eNBSsin t 可知，电动势的峰值 EmNBS. (2)交变电动势的最大值，由线圈匝数 N、磁感应强度 B、转动角速度及线圈面积 S 决定， 与线圈的形状无关， 与转轴的位置无关， 但转轴必须垂直于磁场，因此如图所示几种情 况，若 N、B、S、相同，则电动势的最大值相 同 (3)电流的峰值可表示为 ImNBS Rr . 【例题精讲】 例 1、对于如图所示的电流 i 随时间 t 做周期性变化的图像，下列描述哪些是正确的 (B) A电流的大小变化，方向也变化，是交流电 B电流的大小变化，方向不变，不是交流电 C电流的大小不变，方向不变，是直流电 D以上说法都不正确 例 2、一闭合矩
7、形线圈 abcd 绕垂直于磁感线的固定轴 OO匀速转动，线圈平面位于如 图甲所示的匀强磁场中通过线圈的磁通量随时间 t 的变化规律如图乙所示，下列说法正确的是(B) At1、t3时刻通过线圈的磁通量变化率最大 Bt1、t3时刻线圈中感应电流方向改变 Ct2、t4时刻线圈中磁通量最大 Dt2、t4时刻线圈中感应电动势最小 例 3、如图所示，N50 匝的矩形线圈 abcd，边长 ab20 cm，ad25 cm， 放在磁感应强度 B0.4 T 的匀强磁场中，外力使线圈绕垂直于磁感线且通 过线圈中线的 OO轴以 n3 000 r/min 的转速匀速转动， 线圈电阻 r1 ， 外电路电阻 R9 ，t0
8、时，线圈平面与磁感线平行，ab 边正转出纸外、 cd 边转入纸里 (1)判断 t0 时感应电流的方向 (2)写出线圈感应电动势的瞬时表达式 思路点拨(1)明确切割磁感线的方向，由右手定则确定感应电流的方向 (2)感应电动势的瞬时表达式与 N、B、S、及计时起点有关 解析(1)根据 ab、cd 切割磁感线，由右手定则可得线圈中感应电流方向 adcba. (2)线圈的角速度 2n23 000 60 rad/s100 rad/s. 设 ab 边在 t0 时刻速度为 vab，图示位置的感应电动势最大，其大小为 Em2NBabvabNBabad500.40.200.25100 V314 V， 电动势的瞬
9、时表达式为 e314cos 100 t V. 答案(1)adcba(2)e314cos 100t V 例 4、有一 10 匝正方形线框，边长为 20 cm，线框总电阻为 1 ，线框绕 OO轴以 10 rad/s 的角速度匀速转动，如图所示，垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度 为 0.5 T问： (1)该线框产生的交变电流的电动势最大值、电流最大值分别是多少？ (2)线框从图示位置转过 60时，感应电动势的瞬时值是多大？ (3)写出感应电动势随时间变化的表达式 解 析(1) 交 变 电 流 的 电 动 势 最 大 值 为 Em 2nBLv n2BLL/2 nBS 100.50.2210 V6.28 V，电流的最大值为 ImEm/R6.28A (2)线框转过 60时，感应电动势 eEmsin 605.44 V. (3)由于线框转动是从中性面开始计时的，所以瞬时表达式为 eEmsin t6.28 sin 10t V. 答案(1)6.28 V6.28A(2)5.44 V (3)e6.28 sin 10t V 【课堂训练】优化指导 44 页，随堂达标
