高二物理交变电流教学案 新课标 人教版

高二物理交变电流教学案 新课标 人教版

高二物理交变电流教学案 ‎ ‎【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、新课导入 ‎△ 恒定电流：大小和方向都不随时间而改变的电流。‎ ‎△ 交变电流：方向随时间周期性变化的电流。与直流电相比，交流电有许多优点，如：可以利用变压器升高或降低电压，利于长途传输；可以驱动结构简单，运行可靠的感应电动机。‎ 二、新课教学 ‎〖演示实验〗手摇发电机使小灯泡发亮 课件观察交变电流的产生。‎ ‎（一）交变电流的产生 B∥S，φ=0，垂直切割，感应电流最大 B⊥S，φ最大，各边不切割磁感应线，无感应电流——中性面 B∥S，φ=0，‎ a（b）d（c）垂直切割，感应电流最大 B⊥S，φ最大，各边不切割磁感应线，无感应电流——中性面 结论：‎ ‎1．线圈转动过程中电流的大小做周期性变化，中性面位置（B⊥S）最小，与中性面垂直的位置（B∥S）最大。‎ ‎2．线圈每经中性面一次，感应电流方向改变一次，线圈转动一周，感应电流方向改变两次。‎ ‎（二）交变电流的变化规律 设线圈从中性面以角速度ω开始转动，经时间t，线圈转过θ=ωt，此时V与B夹角也为θ，令ab=dc=L，ad=bc=L′，则线圈面积S=LL′。此时，ab与dc边产生的电动势大小均为BLVSinωt，整个线圈中产生的瞬时电动势大小为：e=2BLVSinωt，又V=，有： ‎ 令Em=BωS有：（Em为最大值）‎ 若电路总电阻为R，则瞬时电流为：‎ 同理可得电路的某段电压的瞬时值。‎ 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正弦规律变化的，这种交变电流叫正弦交流电。‎ ‎（三）交变电流的图象 ‎1．正弦交流电图象（可用示波器观察到）‎ ‎2．几种常见的交变电流波形 ‎（四）例题 ‎1、有人说，线圈平面转到中性面的瞬间穿过线圈磁通量最大，因而线圈中感应电动势最大；线圈平面与中性面垂直的瞬间，穿过线圈中磁通量为零，因而线圈中感应电动势为零，这种说法对不对？为什么？‎ ‎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，线圈中产生的感应电动势e随时间t的变化如图，则说法正确的是（ ）‎ A．t2时刻通过线圈的磁通量最大；‎ B．t1时刻通过线圈的磁通量为零；‎ C．t3时刻通过线圈的磁通量的变化率最大；‎ D．每当电动势变换方向时，通过线圈的磁通量都为最大。‎ ‎3、边长为‎20cm正方形线圈绕对称轴OO′在匀强磁场中匀速转动，转速为n=120r/min，磁感应强度为B=0.2T，求转动中最大感应电动势及其位置。若以图示位置为计时起点，写出电动势的瞬时表达式。‎ ‎4、发电机的转子是匝数为100匝，边长为‎20cm的正方形线圈，将它置于磁感应强度B=0.05T的匀强磁场中，绕着垂直于磁场方向的轴以ω＝100πrad/s的角速度转动，当线圈平面与磁场方向垂直时开始计时。线圈和外电路的总电阻R＝100Ω。‎ ‎（1）写出交流电流瞬时值表达式 ‎（2）线圈从计时开始，转过π/3过程中通过线圈某一截面的电荷量为多少？‎ ‎（五）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 (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=sinωt B、e=cosωt C、e=sin(ωt+π/2) D、e=cos(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．‎ R a b d c B ‎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时。‎ 试求：（1）交变电动势的瞬时值表达式 ‎（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。‎ ‎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 ‎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?‎