交变电流复习学案

交变电流单元复习学案

时间：2012-2-18

【教案背景】交变电流是生产和生活中最常用到的电流，而正弦式电流又是最简单和最基本的。而正弦式电流产生的原理是基于电磁感应的基本规律，所以本章是前一章的延续和发展，是电磁感应理论的具体应用。另一方面，本节知识是全章的理论基础，由于交变电流与直流不同，因此它对各种元件的作用也不同。正因为交变电流的特殊性，才有了变压器及其广泛的应用。因此通过对本单元的复习使学生对交变电流的优点有全面的知识。对提高学生的综合分析能力和联系实际解决问题的能力起到积极的作用。

【教材分析】这一章讲述的交变电流知识，是第四章“电磁感应”知识的具体应用。生活中主要使用的交变电流就是应用电磁感应现象产生的。本章也是《物理选修3-1》第二章“恒定电流”内容的进一步扩展。本章共有5节，大致可以分为三个单元。第一单元包括第1、2两节，介绍正弦交变电流的产生和描述，这是本章的概念基础；

【教学方法】多媒体辅助教学，讨论与合作。

【知识点】：1、交变电流的产生、交变电流的图像.

2、正弦或余弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值。

【热点考向】：1、本考点是电磁感应的应用和延伸，高考对本节知识的考查主要体现在“两突出”。

（一）是突出考查交变电流的产生过程。

（二）是突出考查交变电流的图像和交变电流的四值。

此知识点一般试题难度不大，且多以选择题的形式出现。

2、本考点知识易与力学和电学知识综合，如带电粒子在加有交变电压的平行金

属板间的运动，交变电路的分析与计算等。

【教学过程】

本单元【知识网络】

【考点1】1、正弦交变电流的产生及变化规律

（1）、和都随时间做周期性变化的电流，叫做交变电流。（2）)按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流，产生于匀强磁场中，绕垂直于

磁场方向的轴匀速转动的线圈里，线圈每转动一周，感应电流的方向改变次。

2．正弦式电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)

磁通量与时间的关系式及图像，感应电动势与时间的关系式及与图像，电压与时间的关系式及图像，电流与时间的关系式及图像。其中感应电动势的峰值表达式为。

3、中性面的理解

(1)中性面是与磁场方向的平面，是假想的参考面．

（2)线圈平面位于中性面时，穿过线圈平面的磁通量，而磁通量的变化率为，产生的感应电动势为。

（3)线圈平面与中性面垂直时，穿过线圈平面的磁通量为，但磁通量的变化率

，产生的感应电动势。

(4)线圈每经过中性面一次电流方向就改变一次，线圈转动一周，两次经过中性面，所以电流的方向改变两次．

4．确定交变电流瞬时值表达式的基本思路

【典例分析】

【例1】下列选项所示的线圈中不能产生交变电流的是( )

【例2】．某线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动，产生交变电流的图象如图所示，由图中信息可以判断（）

A．在A 和C 时刻线圈处于中性面位置

B．在B 和D 时刻穿过线圈的磁通量为零

C．从A～D 时刻线圈转过的角度为2π

D．若从O～D 时刻历时0.02 s，则在1 s 内交变电流

的方向改变100 次

变式1．一矩形金属线圈，绕垂直磁场方向的转轴在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生的电动势 e 随时间t 变化的情况如图所示．下列说法正确的是( )

A．此交流电的频率为0.5 Hz

B．此交流电的电动势有效值为2 V

C．t＝0.01 s 时，线圈平面与磁场方向垂直

D．t＝0.02 s 时，线圈磁通量变化率为零

【考点2】对交变电流的“四值”的比较和理解

1．交变电流的瞬时值、峰值、有效值、平均值的比较

（1）感应电动势瞬时值表达式，适用情况。

（2）感应电动势的峰值表达式，适用情况。

（3）正弦交流电有效值（电动势、电压、电流）、

，适用情况用于计算、和。（4）正弦交流电感应电动势的平均值公式、适用情况用于计算

。

【典例探究】

【变式2】．正弦交变电源与电阻R、交流电压表按照图甲所示的方式连接，R ＝10 Ω，交流电压表的示数是10 V．图乙是交变电源输出电压u 随时间t 变化的图象．则( )

【当堂检测】 1．一正弦式电流的电压随时间变化的规律如图所示．由图可知

( )

A ．该交变电流的电压瞬时值的表达式为u ＝100sin(25t)V

B ．该交变电流的频率为25 Hz

C ．该交变电流的电压的有效值为100 2 V

D ．若将该交流电压加在阻值为R ＝100 Ω的电阻两端，则电阻消耗的功率是50 W

2．电阻为 1 Ω的矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴在匀强磁场中匀速转动，产生的交变电动势随时间变化的图象如图 所示．现把交流电加在电

阻为9Ω的电热丝上，下列判断正确的是( )

A ．线圈转动的角速度ω＝100 rad/s

B ．在t ＝0.01 s 时刻，穿过线圈的磁通量最大

3、如图 所示，矩形线圈 abcd 在磁感强度 B ＝2 T 的匀强磁场中绕轴 OO ′，以角速度ω＝10π rad/s 匀速转动，线圈共 10 匝， ab ＝0.3 m ，bc ＝0.6 m ，线圈电阻 r ＝5 Ω，负载电阻 R ＝ 45 Ω.求：

(1)电阻 R 在 0.05 s 内所发出的热量；

(2)0.05 s 内流过的电量 (设线圈从垂直中性面开始转动)．

A ．通过R 的电流i R 随时间t 变化的规律是i R ＝2cos 100πt (A)

B ．通过R 的电流i R 随时间t 变化的规律是i R

＝2cos 50πt (A)

C ．R 两端的电压u R 随时间t 变化的规律是u R ＝5

2cos 100πt (V)

D ．R 两端的电压u R 随时间t 变化的规律是u R ＝5

2cos 50πt (V)

C ．电热丝两端的电压U ＝100 2 V

D ．电热丝此时的发热功率P ＝1 800 W

【巩固提升】

1、一台小型发电机产生的电动势随时间变

化的正弦规律图象如图示。已知发电机线

圈内阻为5.0Ω，则外接一只电阻为95.0Ω

的灯泡，如图乙所示，则

A.电压表○v 的示数为220v

B.电路中的电流方向每秒钟改变50次

C.灯泡实际消耗的功率为484w

D.发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2J

2.如图a 所示，一矩形线圈abcd 放置在匀强磁场 中，

并绕过ab 、cd 中点的轴OO ′以角速度ω逆时针匀速转

动.若以线圈平面与磁场夹角45θ?＝时（如图b ）为计时

起点，并规定当电流自a 流向b 时电流方向为正.则下列

四幅图中正确的是：（ ）

3、通过某电阻的周期性交变电流的图象如图所示。求交变电流的有效值I 。

4、交流发电机转子有n 匝线圈，每匝线圈所围面积为S ，匀强磁场的磁感应强度为B ，匀速转动的角速度为ω，线圈内电阻为r ，外电路电阻为R 。当线圈由图中实线位置匀速转动90°到达虚线位置过程中，求：

⑴通过R 的电荷量q 为多少？

⑵R 上产生电热Q R 为多少？

⑶外力做的功W 为多少？

5.如图所示，匀强磁场的磁感应强度B =0．5T ，边长L =10cm 的正方形线圈abcd 共100匝，线圈电阻r ＝1Ω，线圈绕垂直与磁感线的对称轴OO /匀速转动，角速度为

ω＝2πrad ／s ，外电路电阻R ＝4Ω，求：

（1）转动过程中感应电动势的最大值．

（2）由图示位置（线圈平面与磁感线平行）转过600时的瞬时时感应电

动势．

（3）由图示位置转过600角时的过程中产生的平均感应电动势．

（4）交流电压表的示数． （5）转动一周外力做的功．

（6）6

1周期内通过R 的电量为多少？

【教学反思】通过对本单元的复习让学生区别交变电流的峰值、平均值、瞬时值及有效值的不同。帮助学生对交变电流的产生过程及规律有一个更全面的认识。