第1節(jié)交變電流

1、第二章交變電流一、交變電流教學(xué)目標(biāo)1. 知道什么是交變電流，什么是正弦交變電流。2. 知道閉合的線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生正弦交變電流。會(huì)用圖像和公式表示正弦交變電流的規(guī)律。3. 培養(yǎng)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)、總結(jié)歸納得出結(jié)論的能力通過(guò)理論探究，使學(xué)生了解物理學(xué)的研究方法，培養(yǎng)推理能力和科學(xué)精神。重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：交變電流產(chǎn)生的物理過(guò)程的分析難點(diǎn)：交變電流的變化規(guī)律的圖象描述。設(shè)計(jì)思想交變電流在日常生活中的應(yīng)用是非常廣泛的，以此引入課題，在實(shí)驗(yàn)觀察的基礎(chǔ)上， 通過(guò)各種情境的創(chuàng)設(shè)和展示， 使學(xué)生體會(huì)到交變電流與直流電的不同之處，圍繞“正弦交流電是怎樣產(chǎn)生的？”這一問(wèn)題在教師的引導(dǎo)下建立模型，進(jìn)行課堂探究，

2、得出正弦交變電流隨時(shí)間變化的規(guī)律。最后利用交流發(fā)電機(jī)示意圖組織學(xué)生討論交流，對(duì)正弦交流電進(jìn)行再認(rèn)識(shí)。教學(xué)資源 手搖發(fā)電機(jī)、演示電流計(jì)、交變電流多媒體課件、示波器（選用）教學(xué)設(shè)計(jì)【課堂引入】1831年法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，為人類進(jìn)入電氣化時(shí)代打開了大門，今天我們使用 的電燈、電視、冰箱、微波爐等家用電器的交流電是怎樣產(chǎn)生并且送到我們的家庭中來(lái)的呢？ 這就是這章要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，交變電流。（課件展示各種電器圖片，聯(lián)系生產(chǎn)和生活實(shí)際）【課堂學(xué)習(xí)】學(xué)習(xí)活動(dòng)一：認(rèn)識(shí)交變電流問(wèn)題：什么是交變電流？請(qǐng)同學(xué)們觀察下面的實(shí)驗(yàn)來(lái)認(rèn)識(shí)它。出示單相交流發(fā)電機(jī)，引導(dǎo)學(xué)生首先觀察它的主要構(gòu)造演示老師手搖發(fā)電機(jī)模型 第一次

3、發(fā)電機(jī)接小燈泡當(dāng)線框緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，小燈泡不亮； 當(dāng)線框快速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，小燈泡一閃一閃的現(xiàn)象說(shuō)明了什么？第二次發(fā)電機(jī)接上示教電流計(jì)，當(dāng)線框緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)（或快速擺動(dòng)），電流計(jì)指針左右擺動(dòng) 現(xiàn)象說(shuō)明了什么？思考問(wèn)題：線圈中產(chǎn)生的是什么樣的電流？在演示實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，用示波器顯示直流電和交流電的波形（電流隨時(shí)間變化的規(guī)律），（可實(shí)驗(yàn)演示也可直接 PPT投影各種波形圖）讓學(xué)生通過(guò)觀察、比較和分析得出結(jié)論。引導(dǎo)學(xué)生回答：這種電流就是我們家里電路是的電流，它的大小和方向都隨時(shí)間做周期性的變化，這樣的電流叫交變電流。如果方向不隨時(shí)間變化的電流稱為直流電。電流隨時(shí)間按正弦函數(shù)規(guī)律變化的交變電流稱為正弦交變電流。（雖然交變電

4、流在日常生活中得到廣泛應(yīng)用，但學(xué)生并不了解交變電流的特點(diǎn)，為了創(chuàng)設(shè)一個(gè)良好的學(xué)習(xí)情境，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)使學(xué)生積累感性認(rèn)識(shí)，體會(huì)交變電流的特點(diǎn)。）（過(guò)渡：正弦交變電流是一種最簡(jiǎn)單、最基本的交變電流，那么正弦交流電是如何產(chǎn)生的， 物理學(xué)中又如何描述交流電呢？）學(xué)習(xí)活動(dòng)二：正弦交變電流的產(chǎn)生和表述問(wèn)題：怎樣才能產(chǎn)生正弦交流電呢？（把這個(gè)問(wèn)題直接拋給學(xué)生，讓學(xué)生自主探究，比較困難，教師應(yīng)給學(xué)生一個(gè)適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)過(guò)程先就特殊位置定性分析，填寫表格，最后一行表格留待課堂最后總結(jié)時(shí)分析填寫）甲乙丙丁戊特殊位置甲乙丙丁戊B與S的關(guān)系磁誦量的大小4個(gè)過(guò)程中的變化電流方向磁誦量的變化率一理論探究1. 建立模

5、型（立體圖景 P33圖2-1-4）,設(shè)物理量（Li,L2,B, 3）,明確那段導(dǎo)線在切割磁感線。2. 為方便研究，變立體圖為投影圖（圖2-1-5 ）。師問(wèn)線框轉(zhuǎn)到什么位置，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大？生答線圈平面與磁感線平行時(shí)，ab邊與cd邊線速度方向都跟磁感線方向垂直，即兩邊都垂直切割磁感線此時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大.師問(wèn)線框轉(zhuǎn)動(dòng)到什么位置時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最?。可甬?dāng)線框平面跟磁感線垂直時(shí)，ab與cd邊的速度方向跟磁力線平行，即兩邊不切割磁感線，此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0.中性面概念：線框平面與磁感線垂直位置3. 根據(jù)電磁感應(yīng)定律探究電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化規(guī)律。從中性面開始計(jì)時(shí)，逆時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)，角速度3，經(jīng)時(shí)間t,

6、線圈轉(zhuǎn)到圖示位置(圖2-1-5) , ab邊與cd邊的速度方向與磁場(chǎng)方向夾角為3 t.師問(wèn)ab=cd=l!這時(shí)ab邊E感多大？生答eab=Blil2 w sin® t師問(wèn)cd邊中E感跟ab邊中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小相同，又是串聯(lián)在一起，此時(shí)整個(gè)線框中 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)多大？生答e=eab+ecd=Blil2 w sin w t設(shè)線圈面積為S= L1L2, N匝線圈時(shí)，相當(dāng)于N個(gè)完全相同的電源來(lái)個(gè)串聯(lián)，e =NBSw sinw t.其中最大值 Em=NBSw。問(wèn)題1: PPT顯示線圈轉(zhuǎn)動(dòng)，如轉(zhuǎn) w t=60° ,150° ,210 ° ,300。時(shí)，學(xué)生分別計(jì)算感應(yīng) 電

7、動(dòng)勢(shì)的大小和方向?小結(jié):e=Emsinw t,既能表示電動(dòng)勢(shì)大小，又能表示電動(dòng)勢(shì)方向4. 線圈的兩端與外電路電阻相連， 組成閉合回路，電路中電流變化規(guī)律以及路端電壓變化規(guī)律。師問(wèn)設(shè)線圈內(nèi)阻為 r，外電路電阻為 R,閉合回路中電流隨時(shí)間如何變化？生答i=NBS+訂sinw t,最大值NBSIm=R r10師問(wèn)路端電壓隨時(shí)間如何變化?生答口=旦=坐葺sin w t，最大值 R r R rm=NBS R小結(jié):由于電動(dòng)勢(shì)按正弦規(guī)律變化，所以當(dāng)負(fù)載為電燈等用電器時(shí)，負(fù)載兩端的電壓u、和流過(guò)的電流i，也按正弦規(guī)律變化，即U= Umsi nw t, i = Ims inw t這種按正弦規(guī)律變化的交變電流叫做

8、正弦式交變電流簡(jiǎn)稱正弦式電流?？偨Y(jié)：閉合矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈中產(chǎn)生的感 應(yīng)電流為正弦交流電。問(wèn)題2:一臺(tái)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的按正弦規(guī)律變化的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為311 V，線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度是 100 n rad/s.(1) 寫出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化規(guī)律的表達(dá)式(2) 若該發(fā)電機(jī)只與含電阻的負(fù)載組成閉合電路，電路中的總電阻為100 Q，試寫出通1過(guò)負(fù)載的電流強(qiáng)度隨時(shí)間變化規(guī)律的表達(dá)式.在t=s時(shí)電流強(qiáng)度的瞬時(shí)值為多少？120解析：因?yàn)殡妱?dòng)勢(shì)的最大值Em=311 V，角速度w =100 n rad/s，所以電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式是 e=311sin100 n t

9、V.E 311根據(jù)歐姆定律，電路中電流強(qiáng)度的最大值為Im= m=3.11 A，所以通過(guò)負(fù)載的電流R 100強(qiáng)度的瞬時(shí)值表達(dá)式是i=3.11sin 100 n t A.111當(dāng)t= s時(shí)，電流強(qiáng)度的瞬時(shí)值為i=3.11sin(100 n )=311 x =1.56A.1201202(過(guò)渡：出示圖片或?qū)嵨锬Ｐ?，線圈中產(chǎn)生的電流是正弦交流電，交流發(fā)電機(jī)就是根據(jù)這個(gè)原理制成的，實(shí)際結(jié)構(gòu)比這個(gè)復(fù)雜，為防止外電路導(dǎo)線跟隨線圈旋轉(zhuǎn)，實(shí)際引出電流的一種 方式是通過(guò)兩個(gè)銅環(huán)和電刷。）學(xué)習(xí)活動(dòng)三：交流發(fā)電機(jī)示意圖分析再討論問(wèn)題：結(jié)合數(shù)學(xué)知識(shí)，能否在直角坐標(biāo)系中畫出正弦式電流的圖像?甲乙丙丁戊【課堂小結(jié)】本節(jié)課主要

10、學(xué)習(xí)了以下幾個(gè)問(wèn)題：（1）矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈中產(chǎn)生正弦式交變電 流。從中性面開始計(jì)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的表達(dá)式為e= NBS® sint感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為 Em= NBSw。（3）中性面的特點(diǎn)：磁通量最大為m但e= 0。線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中通過(guò)中性面時(shí)，其中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（電流）方向要改變.【板書設(shè)計(jì)】第一節(jié)交變電流產(chǎn)生：矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 轉(zhuǎn)動(dòng)交變電流 丿規(guī)律：e = NBSsin怕t 圖象：是一條正弦曲線課堂反饋1 如圖所示表示交變電流的圖象是（）艸ifi>ABCD2. 矩形線圈在磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值為50V,那么該線圈由

11、圖所示位置轉(zhuǎn)過(guò) 30°線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為 （ ）A. 50V B. 25 3VC. 25V D . 10V3. 處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的矩形線圈 abed，以恒定的角速度繞 ab邊轉(zhuǎn)動(dòng)， 磁場(chǎng)方向平行于紙面并與 ab垂直，在t = 0時(shí)刻，線圈平面與紙面重合（如圖所示），線圈的ed邊離開紙面向外運(yùn)動(dòng)，若規(guī)定由atb宀尸d宀a方向的感應(yīng)電流方4.交流發(fā)電機(jī)工作時(shí)的電動(dòng)勢(shì)的變化規(guī)律為 條件不變，則電動(dòng)勢(shì)的變化規(guī)律將變化為A . e= EmSin2 w tC. e= 2EmSin4 w te= Emsin wt如果轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n提高1倍，其他( )B. e= 2EmSin2 wtD. e= 2

12、Emsin wt5. 一只矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過(guò)線圈的磁通量隨時(shí)間變化的圖象如圖甲所示，則下列說(shuō)法中正確的是（A . t= 0時(shí)刻線圈平面與中性面垂直B . t= 0時(shí)刻線圈平面與中性面平行C . t= 0.02秒時(shí)刻，交流電動(dòng)勢(shì)達(dá)到最大D .該線圈相應(yīng)的交流電動(dòng)勢(shì)圖象如圖乙所示甲乙6. 發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是匝數(shù)為100匝，邊長(zhǎng)為20cm的正方形線圈，將它置于磁感應(yīng)強(qiáng)度B= 0.05T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，繞著垂直于磁場(chǎng)方向的軸以w= 100n rad/s的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)線圈平面跟磁場(chǎng)方向垂直時(shí)開始計(jì)時(shí).線圈和外電路的總電阻R= 10Q求：（1）線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Em；（

13、2）寫出交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式；（3）當(dāng)t= 0.01s時(shí)，感應(yīng)電流的值為多大？參考答案：1 . CD 2. B 3. C4. B5.B6. (1) 20 n V (2) i = 2n sin 100t(A) (3)0課后測(cè)評(píng)1.如圖所示，下列四種情況均表示閉合線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，在下列情況下線圈 中不能產(chǎn)生交流電的是（）（從左側(cè)看線圈繞00''順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)）A0B向?yàn)檎?，則能反映線圈中感應(yīng)電流I隨時(shí)間t變化的圖象是圖中的（）2關(guān)于線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的交變電流，下列說(shuō)法中正確的是()A .線圈每經(jīng)過(guò)中性面一次，感應(yīng)電流方向改變一次，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向不變 B .線圈每轉(zhuǎn)

14、動(dòng)一周，感應(yīng)電流方向就改變一次C.線圈平面每經(jīng)過(guò)中性面一次，感應(yīng)電流和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向都要改變一次D 線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，感應(yīng)電流和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向都要改變一次3.正弦交變電動(dòng)勢(shì)的最大值出現(xiàn)在()A .線圈經(jīng)過(guò)中性面時(shí)B .穿過(guò)線圈的磁通量為零時(shí)C.穿過(guò)線圈的磁通量變化最快時(shí)D .線圈邊框的速度與磁感線垂直時(shí)4.一閉合矩形線圈 abed繞垂直于磁感線的固定 軸00勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈平面位于如圖甲所示的勻 強(qiáng)磁場(chǎng)中.通過(guò)線圈的磁通量隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示，下列說(shuō)法正確的是()A . ti、t3時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量變化率最大B . ti、t3時(shí)刻線圈中感應(yīng)電流方向改變 C. t2、t4時(shí)刻線圈中磁通量最大

15、D . t2、t4時(shí)刻線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小05.如圖一矩形線圈，繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)并位 于線圈平面的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中的感應(yīng)電 動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t的變化如圖，下列說(shuō)法中正 確的是()A . ti時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量為零B . t2時(shí)刻線圈位于中性面C. t3時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量變化率的絕 對(duì)值最大甲D .每當(dāng)e變化方向時(shí)，通過(guò)線圈的磁通量最大6.臺(tái)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生正弦式電流，如果e= 400sin314t(V)，那么電動(dòng)勢(shì)的最大值是多少 ？線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度是多少 ？如果這個(gè)發(fā)電機(jī)的外電路只有電阻元件，總電阻為2kQ,寫出電流瞬時(shí)值的表達(dá)式.7.如圖所示的 100匝矩形線框繞 00'軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速為 2r/s。ab=ed=0.2m , ad=be=0.im , 磁感應(yīng)強(qiáng)度B = 1