导学案5.1交变电流

1§5.1交变电流【学习目标】能够利用电磁感应的规律分析线圈转动1周过程中四个特殊位置上磁通量、感应电动势和感应电流大小和方向的变化特点，对交变电流的产生有比较清楚的了解。【学习内容】（一）交变电流交变电流：和随时间周期性变化的电流叫。直流：不随时间变化的电流称为直流。恒定电流：和都不随时间而改变的电流叫恒定电流。例1、下图中__________是直流电？___________是交变电流？图1思考：交变电流和直流有什么区别？归纳总结：只要________改变的电流就是交变电流.（二）交变电流的产生（教材32页）剖面图：要求自己画，情景：匀强磁场中闭合线圈绕垂直磁场的轴转动①、在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？②、在线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？③、当线圈转到什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置时线圈中的电流最大？④、为了详细的理清课本中这四个图的电流大小及方向的变化情况，完成下表的填写：课本图甲—乙乙乙—丙丙丙—丁丁丁—甲甲电流方向磁通量及变化2你根据上表中的信息，能回答下列问题吗？a、磁通量最大时，线圈在什么位置？此时线圈中的电流也是最大吗？b、电流方向在什么位置时方向发生变化？总结规律：中性面(1).定义:垂直磁场的平面(2).特点:（三）交变电流的变化规律1．推导在磁感应强度B的匀强磁场中，矩形线圈逆时针绕中轴匀速转动，角速度为ω。图中标a的小圆圈表示线圈cd边的横截面，ab、cd长度为L1，ad、bc长度为L2，设线圈平面从中性面开始转动。则经时间t，①线圈与中性面的夹角是多少？②ab边速度方向与磁场方向夹角多大？③ab边的速度是多少？④ab边产生的感应电动势多大？⑤线圈中感应电动势多大？若线圈的匝数为N匝呢？2．规律（1）电动势的峰值EM=，感应电动势的瞬时值_____________e。若线圈为N匝，电动势的峰值EM=，电动势的瞬时值_____________e。（2）若电路为纯电阻，外电阻为R，线圈内阻为r，则瞬时电流为：i=_______________________________________________，_____mI。（3）若外电阻为R，线圈内阻为r，路端电压的瞬时值为：u=______________________________________________，________mU。结论：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，产生的感应电流是按规律变化的，这种交变电流叫，简称。（4）在图5中作出感应电动势随时间变化的图像。Badvv图433.思考：（1）如果从线圈与磁场平行的位置开始计时，写出感应电动势的表达式？（2）如果从与中性面成θ角的位置开始计时，感应电动势的表达式又是怎样？4.几种常见的交变电流波形【巩固训练】例1．矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，穿过矩形线圈的磁通量Φ-t图象如图所示，则在时刻A．t1，t3线圈通过中性面B．t2，t4线圈中磁通量最大C．t1，t3线圈中磁通量变化率最大D．t2，t4线圈平面与中性面垂直变式练习1如图，矩形线圈在匀强磁场中绕OO′轴匀速转动，当转到图示位置时()A．线圈中感应电流的方向为adcbB．穿过线圈的磁通量为0C．穿过线圈的感应电流为0D．穿过线圈的磁通量的变化率为0例2．如图所示为矩形线圈产生交变电流的示意图，若已知N匝线圈的面积为s，处于磁感应强度为B的匀强磁场中，线圈绕00′轴旋转的角速度为ω，则从图示位置开始计时线圈产生的瞬时感应电动势的表达式()et图5Φt图64A．e=NBSωsinωtB．e=NBSωsin2ωtC．e=NBSωcosωtD.e=NBSωcos2ωt变式练习2交流发电机工作时的电动势的变化规律为e=Emsinωt，如果转子（线圈）的转速n提高1倍，其他条件不变，则电动势的变化规律将变化为（）A．e=Emsin2ωtB．e=2Emsin2ωtC．.e=2Emsin4ωtD.e=2Emsinωt例3．如图所示的100匝矩形线框绕OO′轴匀速转动，角速度为4πrad/s，ab=cd=0.2m，ad=bc=0.1m，线圈总电阻为R=1Ω，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、感应电流的最大值分别是多少？（2）线圈从图示位置转过30°时感应电动势的瞬时值是多大？（3）从图示时刻开始计时，写出感应电动势的瞬时表达式。例4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ωt变化的图象；（4）当ωt=30°时，穿过线圈的磁通量和线圈中的电流的瞬时值各是多大？（5）线圈从图示位置转过2π的过程中，感应电动势的平均值是多大？O′OcdbaB55．2描述交变电流的物理量课题描述交变电流的物理量班级小组姓名学习目标1．知道交变电流的周期、频率的含义以及它们之间的关系.知道我国生产和生活用电的周期（频率）的大小.2．知道交变电流的峰值和有效值的意义，能利用有效值的定义计算某些交变电流的有效值2．会应用正弦式交变电流有效值的公式进行电功、电热的有关计算自主学习层次问题1．复习总结交流电的变化规律：2．自学教材，并完成下列表格物理量定义符号单位物理意义T、f、ω的关系转速和频率的区分：峰值公式：最大值出现的位置：电容器所能承受的最大电压（即击穿电压）指交流电的周期频率瞬时值峰值3．计算教材35页思考与讨论完成问题：有效值：交流电的有效值是根据来规定的。让交流电和直流通过电阻，如果它们在内产生的热量相等，就把这一直流电的数值叫做这一交流电的有效值。用表示（符号），正弦交流电的有效值与最大值之间的关系是：（只适用于）6E=U=I=各种交流电电气设备上所标的是指交流电表上所测得的是在没有具体说明的情况下，所给出的交流电电压，电流的值，是指计算交变电流的电功，电功率，电热是要用保险丝的熔断电流是指3．平均值点拨拓展1．在我们经常遇到的问题中，那些地方应用有效值？那些地方应用最大值？那些地方应用瞬时值？那些地方应用平均值？2.如何计算交变电流的有效值？自主建网诊断训练1.我国生产和生活用交流电的周期T=_____s，频率f=____Hz，角速度ω=_____rad/s，在1s内电流的方向变化____次。2．某交变电压随时间的变化规律如图3所示，则此交变电流的频率为________Hz.线圈转动的角速度是________rad/s.若将此电压加在10μF的电容器上，则电容器的耐压值不应小于________V.若将该电压加在一阻值为1KΩ的纯电阻用电器上，用电器恰能正常工作，为避免意外事故的发生，该电路中保险丝的额定电流不能低于______A3．关于交变电流的感应电动势的有效值U和最大值Um，下列说法中正确的是()A．任何形式的交变电流都具有U＝Um/2的关系B．只有正(余)弦交变电流才具有U＝Um2的关系7C．照明电压220V、动力电压380V指的都是最大值D．交流电压表和交流电流表测的都是最大值4．求下面各交流电的有效值5.两个相同电阻分别通以下图两种电流，则在一个周期内产生的热量QA∶QB=_______.6．如图为交流发电机示意图，匝数为匝的矩形线圈，边长分别为10cm和20cm，内阻为，在磁感强度的匀强磁场中绕轴以的角速度匀速运动，线圈和外部电阻R相接，求1）S断开时，电压表示数；（2）S闭合时，电压表示数；（3）为使R工作正常，R的额定电压是多少；（4）通过电阻R的电流最大值是多少？R上所消耗的电功率是多少？87．如图7所示，矩形线圈的匝数为n，线圈面积为S，线圈电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω匀速转动，外电路电阻为R，在线圈由图示位置转过90°的过程中，求：图7(1)通过电阻R的电荷量q.(2)电阻R上产生的焦耳热Q.AVORSBO'