5.1交变电流导学案

【教学目标】

1．理解交变电流的产生原理

2．掌握交变电流的变化规律及表示方法

3．理解交流电的瞬时值，最大值及中性面的概念

4．培养观察能力、空间想象能力以及立体图转化为平面图形的能力 【教学重难点】

1．重点是交变电流产生的物理过程分析 2．难点是交变电流的变化规律及应用 【教学过程】

一、 基本知识导学：阅读课本31-33页，认识一下基本概念。

1、△ 恒定电流： 和 都不随时间而改变的电流叫恒定电流。 △ 直流： 不随时间变化的电流称为直流。

△ 交变电流： 和 随时间周期性变化的电流叫 。

2、图中甲和丙线圈所在的平面称为中性面。此时，通过线圈的磁通量 （最大还是最小）

3、正弦交变电流： 。 感应电动势的瞬时表达式：

当负载是电灯等纯电阻用电器时，负载两端的电压表达式： 流过的电流表达式： 4、电动势的峰值：

5、发电机的基本构成：① ② 发电机的基本种类：① ② 二、 重难点探究：

1、 交变电流的产生原理：

如课本上图5.1-3所示，假定线圈沿逆时针方向匀速转动，产生了正弦交变电流。请同学按照以下思路分析线圈转动一周的过程中线圈中的电流情况。 ① 图中矩形线圈转动过程中，哪些边会产生电动势？

② 在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？在线圈由丙转到丁的过程

中，AB边中电流向哪个方向流动？

过程 电流方向

甲→乙

乙→丙

丙→丁

丁→甲

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 这些位置磁通量及磁通量的变化率等还有什么特点？ ⑤ 大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线，从E经过负载流向F的电流记为正，反

之为负。在横坐标上标出线圈到达甲乙丙丁几个位置时对应的时刻。

总结：

感应电动势 线圈经中性面 线圈平行磁场时

【反馈练习】

电流 φ △φ/△t 1.关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流, 以下说法中正确的是:（ ） A、线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，感应电动势方向不变 B、线圈每转动一周，感应电流方向就改变一次

C、线圈平面经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向都要改变一次 D、线圈转动一周，感应电动势和感应电流方向都要改变一次

2.一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，穿过线圈平面的磁通量Φ与产生的感应电动势e的大小关系正确的是 （ ）

A．Φ最大，e最大． B．Φ最小，e最小． C．Φ最大，e最小． D．Φ最小，e最大． 2、交变电流的变化规律 （1）推导（画出侧视图）

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，（按照以下思路考虑），线圈与中性面的夹角是多少？ab边的速度是多少？ab边速度方向与磁场方向夹角多大？ab边产生的感应电动势多大？线圈中感应电动势多大？

思考：当线圈匝数是n电动势是多大？

结论：

（2）、交变电流的图像： 1．正弦交流电图象（可用示波器观察到）

eEmsint iImsint uUmsint

2．几种常见的交变电流波形

三、巩固检测:

1、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。

2、矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的电动势e-t图像如图5－1－3，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

3、图5-1-4所示各的电流中不是交流电的是：（ ）

（四）本课小结：（你学到了什么）

（五）课后练习

1、某交流发电机正常工作时，电动势E=Emsinωt，当磁感应强度增大到原来的2倍，转速变为原来的1/3，其它条件不变时，感应电动势的表达式为

2、对于如图所示的电流i随时间t作周期性变化的图象，下列说法中正确的是（ ） A、电流大小变化，方向不变，是直流电 B、电流大小、方向都变化，是交流电 C、电流最大值为0.2A，周期为0.01s

D、电流大小变化，方向不变，不是直流电，是交流电

3、面积为S的矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中，从中性面起以角速度ω匀速转动，在t时刻线圈磁通量的瞬时值为（ ） A、BS B、BScosωt C、BSsinωt D、BS/sinωt

4、如图所示，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁感线的轴匀速转动，已知线圈在转动中产生

的感应电动势最大值为Em (V)，转动的角速度为ω(rad/s)。若线圈转到图示位置开始计时，那么下列四个式子中正确表达了该线圈上产生的电动势e随时间变化的函数式是 A、e=Emsinωt B、e=Emcosωt C、e=Emsin(ωt+π/2) D、e=Emcos(ωt+π/2) 5、一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交流电的图象如图所示，由图可以知道（ ）

A、0.01s时刻线圈处于中性面位置 B、0.01s时刻穿过线圈的磁通量为零 C、0.02s时刻穿过线圈的磁通量为零 D、0.02s时刻穿过线圈的磁通量为最大

6、一个矩形线框共有10匝，它在磁感应强度B=0.5 T的匀强磁场中，从中性面开始绕中心轴以1200 r／min的转速匀速转动．已知线框的转动半径为10cm，切割磁感线的边长为50 cm，则该线框产生的感应电动势的最大值为_____V，当线框平面和中性面的夹角为______时，交变电动势的瞬时值是31.4 V． 7、如图所示，匀强磁场B＝0.50T，矩形线圈的匝数N＝100，边长Lab=0.20m，Lad=0,10m，以3000r/min的转速匀速转动，在线圈平面通过中性面时开始计a d 时。 试求：（1）交变电动势的瞬时值表达式 b c （2）若线圈总电阻为2Ω，线圈外接电阻为8Ω，写出交变电流的瞬时值表达式

（3）线圈由图示位置转过π/2的过程中，交变电动势的平均值。 R 8、用均匀导线弯成正方形闭合线框abcd，线框每边长为8cm，每边的电阻值为0.01Ω,把线框放在磁感应强度为B=0.05T的匀强磁场中，并使它绕轴OO’以转速n=(50/π)r/s匀速旋转，旋转方向如图所示，轴OO’⊥B且在线框平面内。已知线框的Ob=3Oa，O’c=3O’d.当线框平面转至与B平行的瞬间，每条边产生的感应电动势的大小各是多少？感应电流大小是多

B 9、如图所示, 半径为r的金属环绕通过其直径的轴OO, 以角速度ω做匀速转动, 匀强磁场的磁感应强度为B. 从金属环的平面与磁场方向重合时开始计时, 如果组成金属环材料单位长度的电阻值为R０,

（１）求环中产生的感应电动势

（２）在转过300角的过程中, 感应电动势的平均值是多大？流过金属环的电量是多少?