高中物理 第五章 交变电流 1 交变电流学案 新人教版选修3-2-新人教版高二选修3-2物理学案VIP免费

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(AC).2.直流：方向不随时间变化的电流称为直流(DC)，大小和方向都不随时间变化的电流称为恒定电流.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如图所示的图象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、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.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，也即此时穿过线框的磁通量的变化率等于零，感应电动势或感应电流的方向在此时刻改变.线框垂直于中性面时，穿过线框的磁通量为零，但切割磁感线的两边都是垂直切割，有效切割速度最大，所以感应电动势最大，即此时穿过线框的磁通量的变化率最大.故C、D选项正确.答案CD三、交变电流的变化规律1.交变电流的瞬时值表达式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＝BSωsinωt，若线圈为n匝，则e＝nBSωsinωt.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.正弦式交变电流的瞬时值表达式e＝Emsinωt，u＝Umsinωt，i＝Imsinωt其中Em为最大值，也叫峰值.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象如图4所示，从图象中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...