3.1 交变电流导学单-（2019） 新人教版高中物理选择性必修二.rar

第三章第三章 交变电流交变电流3.1 交变电流交变电流【学习目标学习目标】1使学生理解交变电流的产生原理，知道什么是中性面2掌握交变电流的变化规律及表示方法3理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准确含义【开启新探索开启新探索】 交流电对我们大家来说并不陌生，可以说，我们每天都在使用着交流电。那么怎样产生交流电？交流电又有怎样的特点？【质疑提升质疑提升 1】交变电流交变电流1. 在学习交变电流的相关规律之前，结合观察示波器中呈现的波形：什么是波形图？什么是交变电流？（1） 波形图：在 上显示的 （或 ）随 变化的图像，在电工技术和电子技术中常常叫做波形图。（2） 恒定电流：电源的 不随 变化 ，电路中的 、 也不随 变化。（3） 交变电流：电源的 随 做 变化，接入的很多用电器中通过的电流、电压 和 也随 做周期性变化，这样的电流叫做交变电流。（4） 下列几个电流变化图像中，属于交变电流的是 （5）交流电通过电子电路的处理，也可以变成直流，如学生电源、手机充电器。【质疑提升质疑提升 2】交变电流的产生交变电流的产生1. 教学用发电机（磁极、线圈、电刷）接入如图所示的电路，转动手柄，两个磁极之间的线圈随之转动。观察：观察两发光两极管的亮情况。实验现象说明什么？2. 下面我们结合交流发电机的示意图分析交流电的产生原理：匀强磁场，矩形单匝线圈，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。 （1）线圈在磁场中转动产生电流。你可以从哪些角度说明线圈中会产生感应电流呢？ （2）分析线圈转动过程中的是否有感应电流、若有，感应电流的方向？大小如何变化？线圈位置电流甲线圈B甲到乙乙图线圈B乙到丙丙线圈B丙到丁丁线圈B丁到甲（3）电流方向在哪些位置发生变化？对应的磁通量又有怎样的特点？（4）电流最大对应哪些位置？对应的磁通量又有怎样的特点？【质疑提升质疑提升 3】交变电流的变化规律交变电流的变化规律1. 在前面对交流电产生定性分析的基础上，下一步定量分析交变电流的产生。设水平匀强磁场的磁感应强度为 B，单匝线圈 AB 和 CD 的长度为 l，AD 和 BC 的长度为 d，线圈从中性面开始，以垂直 AD 的中点的转轴、大小为 的角速度匀速转动。则经过时间 t，线圈的电动势大小？2. 如果线圈匝数为 n,则电动势又为多少？3. 如果该线圈接入纯电阻电路，已知线圈的电阻为 r、纯电阻为 R，则线圈中通过的电流i、纯电阻的电压 u 如何变化？4. 通过上述推理，说明什么是正弦式交变电流？ 正弦式交变电流：按 规律变化的交变电流叫做正弦式交变电流，简称正弦式电流。【质疑提升质疑提升 4】交变发电机交变发电机1. 发电机基本都是两部分组成，一是产生感应电动势的线圈（通常也叫电枢）和产生磁场的磁体。阅读课本，了解电动机的分类，并说明为什么大多数的发电机是旋转磁极式？（1） 电动机分旋转 式发电机、旋转 式发电机。不论哪种发电机，转动的部分都叫转子，不动的部分叫定子。（2） 旋转磁极式的优点： 。2. 发电机实现怎样的能量转化？【学以致用学以致用】1 一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，当线圈通过中性面时( )A线圈平面与磁感线方向平行 B通过线圈的磁通量达到最大值有无电流方向过程中大小变化或某位置大小C通过线圈的磁通量变化率达到最大值 D线圈中的电动势达到最大值2如图所示，匀强磁场的磁感应强度 B=2 T，匝数 n=6 的矩形线圈 abcd 绕中心轴 OO匀速转动，角速度 =200 rad/s。已知 ab=0.1m，bc=0.2 m，线圈的总电阻 R=40，试求：（1）感应电动势的最大值，感应电流的最大值；（2）设时间 t=0 时线圈平面与磁感线垂直，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式；（3）线圈从图示位置转过的过程中，感应电动势的平均值是多大？21.2A e=48sin200t(V) V96【核心素养提升核心素养提升】1 如图所示，一线圈在匀强磁场中匀速转动，经过图所示位置时， （ ）A.穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最小B.穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最大C.穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最大D.穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最小2 关于中性面，下列说法正确的是()A线圈在转动中经中性面位置时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最大B线圈在转动中经中性面位置时，穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率为零C线圈每经过一次中性面，感应电流的方向就改变一次D线圈每转动一周经过中性面一次，所以线圈每转动一周，感应电流的方向就改变一次3 一单匝闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动，转动过程中线框中产生的感应电动势的瞬时值为 e0.5sin 20t V，由该表达式可推知以下哪些物理量()匀强磁场的磁感应强度线框的面积穿过线框的磁通量的最大值线框转动的角速度ABCD4 一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴 OO以恒定的角速度 转动，从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，则在0这段时间内( )2A线圈中的感应电流一直在增大B线圈中的感应电流先增大后减小C穿过线圈的磁通量一直在减小D穿过线圈的磁通量的变化率一直在减小5.有人说，在交流发电机中，线圈平面转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大，因而线圈中的感应电动势最大；线圈平面跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量为0，因而感应电动势为 0。这种说法对不对？为什么？ 不对，瞬时电动势与磁通量大小无关，取决磁通量变化率。6.如图所示，设磁感应强度为 0.01 T，单匝线圈边长 AB 为 20 cm，宽 BC 为 10 cm，转速 n50 r/s，求线圈转动时感应电动势的最大值。 0.02V7 匀强磁场中有一矩形线圈，从中性面开始绕垂直于磁感线的轴以角速度 匀速转动时，产生的交变电动势可以表示为 e=Emsint。现在把线圈的转速增为原来的 2 倍，试写出现在的交变电动势的瞬时值表达式。 e=2Emsin2t8.一台发电机产生正弦式电流。如果发电机电动势的峰值 Em400 V，线圈匀速转动的角速度 314 rad/s，则：（1）写出电动势瞬时值的表达式（设 0 时刻电动势瞬时值为 0）；（2）如果这个发电机的外电路只有电阻元件，总电阻为 2 k，电路中电流的峰值为多少？写出电流瞬时值的表达式。 e=400sin314t V 0.2 A i=0.2sin314t A 9如图，矩形线圈面积为 s，匝数为 N，线圈电阻为 r，在磁感强度为 B 的匀强磁场中绕OO轴以角速度 匀速转动，外电路电阻为 R。求：（1）如果线圈从图示位置开始计时，试确定电动势的瞬时表达式；（2）确定线圈在转动中产生电流的瞬时表达式；（3）确定线圈在转动中产生的路端电压的瞬时值表达式。 e=NBScost trRNBSicos=tNBSrRRucos=10. 如图所示，KLMN 是一个竖直的矩形导线框，全部处于磁感应强度为 B 的水平方向的匀强磁场中，线框面积为 S，MN 边水平， 线框绕某一竖直固定轴以角速度匀速转动。在 MN 边与磁场方向的夹角到达 30的时刻（图示位置），导线框中产生的瞬时电动势 e 的大小是多少？标出线框此时的电流方向。已知线框按俯视的逆时针方向转动。 e=NBScos30K-N 第三章第三章 交变电流交变电流3.1 交变电流交变电流【学习目标学习目标】1使学生理解交变电流的产生原理，知道什么是中性面2掌握交变电流的变化规律及表示方法3理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准确含义【开启新探索开启新探索】 交流电对我们大家来说并不陌生，可以说，我们每天都在使用着交流电。那么怎样产生交流电？交流电又有怎样的特点？【质疑提升质疑提升 1】交变电流交变电流1. 在学习交变电流的相关规律之前，结合观察示波器中呈现的波形：什么是波形图？什么是交变电流？（1） 波形图：在 上显示的 （或 ）随 变化的图像，在电工技术和电子技术中常常叫做波形图。（2） 恒定电流：电源的 不随 变化 ，电路中的 、 也不随 变化。（3） 交变电流：电源的 随 做 变化，接入的很多用电器中通过的电流、电压 和 也随 做周期性变化，这样的电流叫做交变电流。（4） 下列几个电流变化图像中，属于交变电流的是 （5）交流电通过电子电路的处理，也可以变成直流，如学生电源、手机充电器。【质疑提升质疑提升 2】交变电流的产生交变电流的产生1. 教学用发电机（磁极、线圈、电刷）接入如图所示的电路，转动手柄，两个磁极之间的线圈随之转动。观察：观察两发光两极管的亮情况。实验现象说明什么？2. 下面我们结合交流发电机的示意图分析交流电的产生原理：匀强磁场，矩形单匝线圈，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。 （1）线圈在磁场中转动产生电流。你可以从哪些角度说明线圈中会产生感应电流呢？ （2）分析线圈转动过程中的是否有感应电流、若有，感应电流的方向？大小如何变化？线圈位置电流甲线圈B甲到乙乙图线圈B乙到丙丙线圈B丙到丁丁线圈B丁到甲（3）电流方向在哪些位置发生变化？对应的磁通量又有怎样的特点？（4）电流最大对应哪些位置？对应的磁通量又有怎样的特点？【质疑提升质疑提升 3】交变电流的变化规律交变电流的变化规律1. 在前面对交流电产生定性分析的基础上，下一步定量分析交变电流的产生。设水平匀强磁场的磁感应强度为 B，单匝线圈 AB 和 CD 的长度为 l，AD 和 BC 的长度为 d，线圈从中性面开始，以垂直 AD 的中点的转轴、大小为 的角速度匀速转动。则经过时间 t，线圈的电动势大小？2. 如果线圈匝数为 n,则电动势又为多少？3. 如果该线圈接入纯电阻电路，已知线圈的电阻为 r、纯电阻为 R，则线圈中通过的电流i、纯电阻的电压 u 如何变化？4. 通过上述推理，说明什么是正弦式交变电流？ 正弦式交变电流：按 规律变化的交变电流叫做正弦式交变电流，简称正弦式电流。【质疑提升质疑提升 4】交变发电机交变发电机1. 发电机基本都是两部分组成，一是产生感应电动势的线圈（通常也叫电枢）和产生磁场的磁体。阅读课本，了解电动机的分类，并说明为什么大多数的发电机是旋转磁极式？（1） 电动机分旋转 式发电机、旋转 式发电机。不论哪种发电机，转动的部分都叫转子，不动的部分叫定子。（2） 旋转磁极式的优点： 。2. 发电机实现怎样的能量转化？【学以致用学以致用】1 一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，当线圈通过中性面时( )有无电流方向过程中大小变化或某位置大小A线圈平面与磁感线方向平行 B通过线圈的磁通量达到最大值C通过线圈的磁通量变化率达到最大值 D线圈中的电动势达到最大值2如图所示，匀强磁场的磁感应强度 B=2 T，匝数 n=6 的矩形线圈 abcd 绕中心轴 OO匀速转动，角速度 =200 rad/s。已知 ab=0.1m，bc=0.2 m，线圈的总电阻 R=40，试求：（1）感应电动势的最大值，感应电流的最大值；（2）设时间 t=0 时线圈平面与磁感线垂直，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式；（3）线圈从图示位置转过的过程中，感应电动势的平均值是多大？2【核心素养提升核心素养提升】1 如图所示，一线圈在匀强磁场中匀速转动，经过图所示位置时， （ ）A.穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最小B.穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最大C.穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最大D.穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最小2 关于中性面，下列说法正确的是()A线圈在转动中经中性面位置时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最大B线圈在转动中经中性面位置时，穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率为零C线圈每经过一次中性面，感应电流的方向就改变一次D线圈每转动一周经过中性面一次，所以线圈每转动一周，感应电流的方向就改变一次3 一单匝闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动，转动过程中线框中产生的感应电动势的瞬时值为 e0.5sin 20t V，由该表达式可推知以下哪些物理量()匀强磁场的磁感应强度线框的面积穿过线框的磁通量的最大值线框转动的角速度ABCD4 一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴 OO以恒定的角速度 转动，从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，则在0这段时间内( )2A线圈中的感应电流一直在增大B线圈中的感应电流先增大后减小C穿过线圈的磁通量一直在减小D穿过线圈的磁通量的变化率一直在减小5.有人说，在交流发电机中，线圈平面转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大，因而线圈中的感应电动势最大；线圈平面跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量为0，因而感应电动势为 0。这种说法对不对？为什么？ 6.如图所示，设磁感应强度为 0.01 T，单匝线圈边长 AB 为 20 cm，宽 BC 为 10 cm，转速 n50 r/s，求线圈转动时感应电动势的最大值。 7 匀强磁场中有一矩形线圈，从中性面开始绕垂直于磁感线的轴以角速度 匀速转动时，产生的交变电动势可以表示为 e=Emsint。现在把线圈的转速增为原来的 2 倍，试写出现在的交变电动势的瞬时值表达式。8.一台发电机产生正弦式电流。如果发电机电动势的峰值 Em400 V，线圈匀速转动的角速度 314 rad/s，则：（1）写出电动势瞬时值的表达式（设 0 时刻电动势瞬时值为 0）；（2）如果这个发电机的外电路只有电阻元件，总电阻为 2 k，电路中电流的峰值为多少？写出电流瞬时值的表达式。 9如图，矩形线圈面积为 s，匝数为 N，线圈电阻为 r，在磁感强度为 B 的匀强磁场中绕OO轴以角速度 匀速转动，外电路电阻为 R。求：（1）如果线圈从图示位置开始计时，试确定电动势的瞬时表达式；（2）确定线圈在转动中产生电流的瞬时表达式；（3）确定线圈在转动中产生的路端电压的瞬时值表达式。10. 如图所示，KLMN 是一个竖直的矩形导线框，全部处于磁感应强度为 B 的水平方向的匀强磁场中，线框面积为 S，MN 边水平， 线框绕某一竖直固定轴以角速度匀速转动。在 MN 边与磁场方向的夹角到达 30的时刻（图示位置），导线框中产生的瞬时电动势 e 的大小是多少？标出线框此时的电流方向。已知线框按俯视的逆时针方向转动。