第五章交变电流1.交变电流导学案

交变电流导学案

教学目标：

1．会观察电流（或电压）的波形图，理解交变电流、直流的概念

2．分析线圈转动一周中电动势和电流方向的变化，能对交变电流的产生有比较清楚的了解，具有运用基本原理解决新情境下问题的能力。

3．知道交变电流的变化规律即表示方法，知道交变电流的峰值、瞬时值的物理意义。

教学重点：

交变电流的产生及表达式的推导

教学难点：

交变电流的产生及推导

学生自主学习：

1．交变电流的产生和变化规律

________和________随时间做_________变化的电流叫做交变电流，简称交流

________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叫做_________电流

2．中性面：_______________________________

磁通量______ ，磁通量的变化量______ 磁通量的变化率______特点

感应电动势 e＝________，_______感应电流

感应电流方向________，线圈转动一周，感应电流方向改变______次

3.正弦式电流的产生和变化规律

（1）产生

考虑下面几个问题：

1.图中在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动

2.在线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流向哪个方向流动

3.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的电流最大

4.大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线，从E经负载流向F的电流为正，反之为负。在横坐标上标出线圈到达甲、乙、丙、丁几个位置时对应的时刻。

（2）变化规律

根据图回答下面几个问题： ①线圈与中性面的夹角是多少 ②ab 边速度多大

③ab 边速度方向与磁场方向夹角多大 ④ab 边产生感应电动势多大 ⑤线圈中感应电动势多大

（1） 函数形式：N 匝面积为S 的线圈绕垂直磁场平行线圈平面的轴以角速度ω转动， 从中性面开始计时，则电压t NBS e ωωsin =，（m ε=ωNBS ）

t e m ωεsin =， 电流t I t R

R e i m m

ωωεsin sin ===

电压u=IR=I m Rsin wt 从与中性垂直位置开始计时：（ 写出对应的表达式） （2）图象： 正弦式图像：

锯齿形扫描电压波形： 矩形脉冲波形：

例1 矩形线圈abcd 的边长ab=cd =40cm,bc =da =30cm,共有200匝，以300r/min 的转速在磁感强度为的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的中心轴

OO ′匀速转动,在t =0时刻处于图所示位置.此线圈产生的感应电动势最大值E m = Ｖ，有效值为E ＝____Ｖ，再转过 °出现第一次中性面。

例2 如图所示的100匝矩形线框绕OO ′轴匀速转动，转速为120r/min 。ab=cd=0.2m ，ad=bc=0.1m ，磁感应强度B ＝1T ，试求：（1）线圈中产生的感应电动势的最大值是多少（2）感应电动势的瞬时表达式；

课后巩固练习

O ′ O

c

d

b a

B

1

-

t

U

1、交流发电机在工作时的电动势为e ＝E m sin t ，若将其线框的转速提高到原来的两倍，

其他条件不变，则其电动势变为（ ）

t/2 t/2 C.E m sin2t t

2、矩形线框在匀强磁场内匀速转动过程中，线框输出的交流电压随时间变化的图像如图所示，下列说法中正确的是（ ）

（A ）1 s 末线框平面垂直于磁场，通过线框的磁通量变化最快， （B ）2 s 末线框平面垂直于磁场，通过线框的磁通量最大， （C ）交流电压的最大值为36 2 V ，频率为， （D ）交流电压的最大值为36V ，周期为4 s 。

3、如图13-1-5是某交流发电机产生的交变电流的图像，根据图像可以判（ ） A 、此交变电流的频率为5Hz B 、此交变电流的周期为

C 、将标有“12V 、3W ”的灯泡接在此交变电流上，灯泡可以正常发光

D 、图像上对应的时刻，发电机中的线圈刚好转至中性面 4.如图所示，一正方形线圈abcd 在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO ′匀速转动沿OO ′观察，线圈逆时针转动，已知匀强磁场的磁感应强度为B ，线圈匝数为n ，边长为l ，电阻为R ，转动的角速度为ω，则当线圈转至图示位置时（ ）

A ．线圈中感应电流方向为abcda

B ．线圈中感应电流为2nBl R

C ．穿过线圈的磁通量为0

D ．穿过线圈的磁通量的变化率为0

5.一个矩形线圈在匀强磁场中转动，产生的感应电动势按正弦规律变化，其瞬时值的表达式为e=220

sin100πt V ，下列说法中正确的是：( )

A ．频率是50Hz

B ．当t =0时，线圈平面与中性面重合

C ．当t=1/100 s 时，e 的值最大为220

V D ．线圈转动的角速度为314rad/s

U /V

362

0 1 2 3 4 5 t /s d c b

a

B

O O ′

6、一矩形线圈,绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面的固定轴转动,线圈中的感应电动势e 随时间t 的变化如图所示,下面说法中正确的是（ ） 时刻通过线圈的磁通量为零 时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大 时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大

D.每当e 变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值最小

7.一个在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动的线框，当线框转至中性面时开始计时。t 1=1/60s ，线框中感应电动势为50V ，当t 2=1/30s 时，线框中感应电动势为503V ，求：（1）感应电动势的最大值； （2）线框转动的角速度的大小；（3）线框中感应电动势的瞬时表达式。

8.匀强磁场的磁感应强度B ，边长L 的正方形线圈abcd 共N 匝,线圈电阻为r ,线圈绕垂直于磁感线的轴OO ’ 以如图所示的角速度ω匀速转动,外电路电阻为R .

⑴在答卷图中标出此刻线圈感应电流的方向. (2)转动过程中感应电动势的最大值有多大 (3)线圈平面与磁感线成60°时的感应电动势多大

(4)从图示位置开始,线圈转过600的过程中通过电阻R 的电量是多少

t

E m -E