【教案】沪科版高中物理选修（3-2）第2章第1节《怎样产生交变电流》学案.docVIP

学案1　怎样产生交变电流 [学习目标定位] 1.会观察电流(或电压)的波形图，理解交变电流和直流的概念.2.理解交变电流的产生过程，会分析电动势和电流方向的变化规律.3.知道交变电流的变化规律及表示方法，知道交变电流的瞬时值、最大值的物理含义． 1．感应电动势的大小 基本式：E＝n(法拉第电磁感应定律) 导出式：E＝BLv(导体切割磁感线时的感应电动势) 2．感应电动势的方向 基本规律：楞次定律 导出规律：右手定则 一、什么是交变电流 1．交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流． 2．正弦式交变电流：按正弦函数规律变化的交变电流． 二、交流发电机 1．构造：发电机主要由可转动的线圈(电枢)和磁体两部分组成． 2．原理：线圈在磁场中不同位置时切割磁感线的速度不同，因而产生了大小和方向随时间不断变化的交变电流． 三、旋转电枢式发电机和旋转磁极式发电机 1.旋转电枢式发电机产生电压一般不超过500 V 2. 旋转磁极式发电机能产生几千伏到几万伏电压 四、交变电流的电能从哪里来 　从能量转化的角度看，发电机是把机械能转变为电能的机器． 一、交变电流 [问题设计] 两个发光二极管接成如图1所示电路 图1 (1)把电路接在干电池的两端时，可以观察到的现象是什么？ (2)把电路接在手摇式发电机两端时，又会观察到怎样的现象？ 答案　(1)当接在干电池两端时，只有一个发光二极管会亮． (2)当接在手摇式发电机两端时，两个发光二极管间或的闪亮，原因是发电机产生与直流不同的电流，两个发光二极管一会儿接通这一个，一会儿再接通另外一个，电流方向不停地改变． [要点提炼] 1．交变电流 大小和方向都随时间做周期性变化的电流，叫做交变电流，简称交流． 2．直流 方向不随时间变化的电流，叫直流． 对直流电流和交变电流的区分主要是看电流方向是否变化． 3．图像特点 (1)恒定电流的图像是一条与时间轴平行的直线． (2)交变电流的图像有时在时间轴的上方，有时在时间轴的下方，方向随时间做周期性变化． 二、交变电流的产生 [问题设计] 图2 假定线圈沿逆时针方向匀速转动，如图2甲至丁所示．请分析判断： (1)图中，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)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． 答案　(1)由B到A　(2)由A到B (3)线圈转到甲或丙位置时线圈中没有电流，称为中性面．线圈转到乙或丁位置时线圈中的电流最大． (4) [要点提炼] 1．正弦式交变电流的产生：将闭合矩形线圈置于匀强磁场中，并绕垂直磁场方向的轴匀速转动． 2．中性面——线圈平面与磁感线垂直时的位置． (1)线圈处于中性面位置时，穿过线圈的Φ最大，但线圈中的电流为零(填“最大”或“零”)． (2)线圈每次经过中性面时，线圈中感应电流方向都要改变．线圈转动一周，感应电流方向改变两次． 三、交变电流的变化规律 [问题设计] 如图3所示是图2中线圈ABCD在磁场中绕轴OO′转动时的截面图．设AB边长为L1，BC边长为L2，线圈面积S＝L1L2，磁感应强度为B，线圈转动的角速度为ω，则： 图3 (1)甲、乙、丙位置AB边产生的感应电动势各为多大？ (2)甲、乙、丙位置整个线圈中的感应电动势各为多大？ (3)若线圈有n匝，则甲、乙、丙中整个线圈的感应电动势各为多大？ 答案　(1)甲：eAB＝0 乙：eAB＝BL1vsin ωt＝BL1·sin ωt ＝BL1L2ωsin ωt＝BSω·sin ωt 丙：eAB＝BL1v＝BL1·＝BL1L2ω＝BSω (2)整个线圈中的感应电动势由AB和CD两部分组成，且eAB＝eCD，所以 甲：e＝0 乙：e＝eAB＋eCD＝BSω·sin ωt 丙：e＝BSω (3)若线圈有n匝，则相当于n个完全相同的电源串联，所以 甲：e＝0 乙：e＝nBSωsin ωt 丙：e＝nBSω [要点提炼] 1．正弦式交变电流的瞬时值表达式： (1)当从中性面开始计时：e＝Emaxsin_ωt. (2)当从与中性面垂直的位置开始计时：e＝Emaxcos_ωt. 2．正弦式交变电流的峰值表达式： Emax＝nBSω 与线圈的形状及转动轴的位置无关．(填“有关”或“无关”) 3．两个特殊位置： (1)中性面：线圈平面与磁场垂直． e为0，i为0，Φ最大，为0.(填“0”或“最大”) 线圈每次经过中性面时，线圈感应电流的方向要改变．线圈转动一圈，感应电流方向改变两次． (2)垂直中性面：线圈平面与磁场平行． e为最大，i