高中物理 第二章 交变电流 第一节 认识交变电流 第二节 交变电流的描述学案 粤教版选修3-2-粤教版高二选修3-2物理学案VIP免费

第一节认识交变电流第二节交变电流的描述[学习目标]1.会观察电流(或电压)的波形图，理解交变电流和正弦式交变电流的概念.2.理解交变电流的产生过程，会分析电动势和电流方向的变化规律.3.知道交变电流的变化规律及表示方法，知道交变电流的瞬时值、峰值的物理含义．一、交变电流的产生[导学探究]假定线圈绕OO′轴沿逆时针方向匀速转动，如图1甲至丁所示．请分析判断：图1(1)线圈转动一周的过程中，线圈中的电流方向的变化情况．(2)线圈转动过程中，当产生的感应电流有最大值和最小值时线圈分别在什么位置？答案(1)转动过程电流方向甲→乙B→A→D→C乙→丙B→A→D→C丙→丁A→B→C→D丁→甲A→B→C→D(2)线圈转到乙或丁位置时线圈中的电流最大．线圈转到甲或丙位置时线圈中电流最小，为零，此时线圈所处的平面称为中性面．[知识梳理]正弦式交变电流的产生条件及中性面的特点：(1)正弦式交变电流的产生条件：将闭合矩形线圈置于匀强磁场中，并绕垂直磁场方向的轴匀速转动．(2)中性面：线圈平面与磁感线垂直时的位置．①线圈处于中性面位置时，穿过线圈的Φ最大，但线圈中的电流为零．②线圈每次经过中性面时，线圈中感应电流的方向都要改变．线圈转动一周，感应电流的方向改变两次．[即学即用]判断下列说法的正误．(1)只要线圈在磁场中转动，就可以产生交变电流．()(2)线圈在通过中性面时磁通量最大，电流也最大．()(3)线圈在通过垂直中性面的平面时电流最大，但磁通量为零．()(4)线圈在通过中性面时电流的方向发生改变．()答案(1)×(2)×(3)√(4)√二、用函数表达式描述交变电流[导学探究]如图2是图1中线圈ABCD在磁场中绕轴OO′转动时的截面图．线圈平面从中性面开始转动，角速度为ω.经过时间t，线圈转过的角度是ωt，AB边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于ωt.设AB边长为L1，BC边长为L2，线圈面积S＝L1L2，磁感应强度为B，则：图2(1)甲、乙、丙中AB边产生的感应电动势各为多大？(2)甲、乙、丙中整个线圈中的感应电动势各为多大？(3)若线圈有n匝，则甲、乙、丙中整个线圈的感应电动势各为多大？答案(1)甲：eAB＝0乙：eAB＝BL1vsinωt＝BL1·sinωt＝BL1L2ωsinωt＝BSω·sinωt丙：eAB＝BL1v＝BL1·＝BL1L2ω＝BSω(2)整个线圈中的感应电动势由AB和CD两部分组成，且eAB＝eCD，所以甲：e＝0乙：e＝eAB＋eCD＝BSω·sinωt丙：e＝BSω(3)若线圈有n匝，则相当于n个完全相同的电源串联，所以甲：e＝0乙：e＝nBSωsinωt丙：e＝nBSω[知识梳理]交变电流的瞬时值、峰值表达式(1)正弦式交变电流电动势的瞬时值表达式：①当从中性面开始计时：e＝Emsin_ωt.②当从与中性面垂直的位置开始计时：e＝Emcos_ωt.(2)正弦式交变电流电动势的峰值表达式：Em＝nBSω与线圈的形状无关，与转动轴的位置无关．(填“有关”或“无关”)[即学即用]有一个正方形线圈的匝数为10匝，边长为20cm，线圈总电阻为1Ω，线圈绕OO′轴以10πrad/s的角速度匀速转动，如图3所示，匀强磁场的磁感应强度为0.5T，该线圈产生的交变电流电动势的峰值为________，电流的峰值为________，若从中性面位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为________．图3答案6.28V6.28Ae＝6.28sin10πtV解析电动势的峰值为Em＝nBSω＝10×0.5×0.22×10πV＝6.28V电流的峰值为Im＝＝6.28A感应电动势的瞬时值表达式为e＝Emsinωt＝6.28sin10πtV.三、用图象描述交变电流[导学探究]由正弦式电流的电动势e＝Emsinωt，电流i＝Imsinωt和电压u＝Umsinωt分别画出e－t、i－t、u－t图象．答案[知识梳理]从正弦式交变电流的图象可以解读到以下信息：(1)交变电流的周期T、峰值Im或者Em.(2)因线圈在中性面时感应电动势、感应电流均为零，磁通量最大，所以可确定线圈位于中性面的时刻；也可根据电流或者电压峰值找出线圈平行磁感线的时刻．(3)判断线圈中磁通量Φ最小、最大的时刻及磁通量变化率最大、最小的时刻．(4)分析判断i、e大小和方向随时间的变化规律．[即学即用]判断下列说法的正误．(1)当线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴做匀速圆周运动，线圈中的电流就是正(或余)弦式电流．()(2)正弦式交流电在一个周期里，电流有一个最大值，一个...