5.1交变电流学案

15.1交变电流【学习目标】（1）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。【重点】交变电流产生的物理过程的分析。【难点】交变电流的变化规律及应用。【课前预习】1、导线切割磁感线时感应电动势表达式：。2、导线切割磁感线时感应电流方向的判断：【课堂教学】一、定义1、交变电流：_________________________________________叫做交变电流,简称（）2、直流电：________________________________________叫做直流电二、交变电流的产生（交流发电机）1、发电机的基本构造（见甲图）①线圈：转轴垂直于磁场方向；②磁极：磁极间形成匀强磁场中性面的概念如图，线圈ABCD在磁场中绕OO′轴转动，图示时刻，线框平面与磁感线_______，穿过线圈Φ最_____,我们就把该位置称为中性面。2、交变电流的产生交变电流的产生示意图见课本p32四组图，其中ABCD—线圈（切割磁感线）；K、L—圆环、E、F-电刷（使线圈在转动时保持与外电路的连接）。学生活动：①、将课本p32四个立体图转化为相应的平面图，画在下面空白处。2②、在线圈由甲转到丙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？③、在线圈由丙再转回到甲的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？总结:线圈每经过中性面一次，交流电方向改变_______次，线圈每转动一周（交流电的一个周期），__次经过中性面，交流电的方向改变_________次。④、当线圈转到什么位置时线圈中没有电流？此时穿过线圈的的磁通量Φ最_____,转到什么位置时线圈中电流最大？此时穿过线圈的的磁通量Φ最_____,总结:当线圈处于中性面时，穿过线圈的磁通量，感应电流为，而当线圈垂直于中性面时，穿过线圈的磁通量为，感应电流。三、交变电流的变化规律设线圈平面从中性面开始转动，角速度是ω．经过时间t，AB、CD宽L1，AD、BC长L2，磁感应强度是B.1、线圈与中性面的夹角是多少？2、AB边的速度多大？3、AB边速度方向与磁场方向夹角是多大？4、AB边中的感应电动势多大？5、线圈中的感应电动势多大？6、若线圈有N匝时，相当于N个完全相同的电源______，e=________________，令Em=NBL1L2ω，叫做感应电动势的__________，e叫做感应电动势的瞬时值。根据部分电路欧姆定律，电压的最大值Um=ImR，电压的瞬时值U=Umsinωt。电动势、电流与电压的瞬时值与时间的关系可以用正弦曲线来表示，如下图所示：【典型例题】例1、一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，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（）A．t1时刻通过线圈的磁通量为零B．t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大C．t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大D．每当e转换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大3例2、在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ω匀速转动时，产生的交变电动势可以表示为e=Emsinωt。现在把线圈的转速增为原来的2倍，试分析并写出现在的交变电动势的峰值、交变电动势的瞬时值表达式。例3、如图所示，匀强磁场的磁感应强度B=2T，匝数n=6的矩形线圈abcd绕中心轴OO′匀速转动，角速度ω=200rad/s。已知ab=0.1m，bc=0.2m，线圈的总电阻R=40Ω，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）画出感应电流的瞬时值i随t变化的图象；（4）当ωt=30°时，线圈中的电流的瞬时值和穿过线圈的磁通量各是多大？【课后作业】1、一个矩形线圈在匀强磁场中转动产生变流电压为2202sin100utV，则（）A、它的频率是50HzB、当t=0时，线圈平面与中性面重合C、电压的平均值是220VD、当t=1/200s时，电压达到最大值2、交流发电机工作时的电动势的变化规律为sinmeEt，如果转子的转速n提高1倍，其它条件不变，则电动势的变化规律将变化为（）A、sin2meEtB、2sin2meEtC、2sin4meEtD、2sinmeEt3、一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，产生的感应电动势最大值为50V，那么该线圈如图所示位置转过30º时，线圈中的感应电动势大小为（）A、50VB、253VC、25VD、10V4、一正弦交流电的电动势220sin100etV，若将它加在阻值为100Ω的电阻两端（电源内阻不计），则下列说法中，错误的是（）A、电流的瞬时值为2.2sin100itAB、电流的最大值为2.2AC、流过电阻的电流是恒定的D、流过电阻的电流是变化的，但不是按正弦规律变化的5、矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，在线圈平面经过中性面瞬间（）A.线圈平面与磁感线平行B.通过线圈的磁通量最大C.线圈中的感应电动势最大D.线圈中感应电动势的方向突变46、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；（3）线圈与外电路组成闭合电路时，总电阻为100Ω，从图示位置计时，求电流的瞬时表达式及t=1/12s时的电流。（4）从图示位置转过90°和180°的过程中，平均感应电动势分别为多大？7、如图所示，100匝的线框abcd在图示磁场（匀强磁场）中匀速转动，角速度为，其电动势的瞬时值为100cos100etV，那么：（1）感应电动势的最大值为多少？穿过线框的最大磁通量为多少？（2）当从图示位置转过60角时线圈中的感应电动势为多少？此时穿过线圈的磁通量的变化率为多少？O′OcdbaB