《交變電流的產(chǎn)生和描述》導(dǎo)學(xué)案3.doc

交變電流的產(chǎn)生和描述學(xué)習(xí)目標(biāo)（一）知識(shí)與技能1使學(xué)生理解交變電流的產(chǎn)生原理，知道什么是中性面。2掌握交變電流的變化規(guī)律及表示方法。3理解交變電流的瞬時(shí)值和最大值及中性面的準(zhǔn)確含義。（二）過(guò)程與方法1掌握描述物理量的三種基本方法（文字法、公式法、圖象法）。2培養(yǎng)學(xué)生觀察能力，空間想象能力以及將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖形的能力。3培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問(wèn)題的能力。（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，體會(huì)運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問(wèn)題的重要性。教學(xué)重點(diǎn)：1、交變電流的產(chǎn)生、規(guī)律及應(yīng)用.2、描述交變電流的物理量及“四值”的比較.教學(xué)難點(diǎn)：1、交變電流的變化規(guī)律及其應(yīng)用. 2、對(duì)有效值的理解.教學(xué)方法：多媒體輔助、歸納總結(jié)、講練結(jié)合教學(xué)用具： 多媒體教學(xué)過(guò)程：一、雙基梳理與考點(diǎn)突破：【教師活動(dòng)】：檢查學(xué)生學(xué)案完成情況，并實(shí)物投影一位同學(xué)學(xué)案,更正個(gè)別錯(cuò)誤.【多媒體展示】：導(dǎo)練?！緦W(xué)生活動(dòng)】：回答導(dǎo)練所列問(wèn)題?！窘處熁顒?dòng)】：根據(jù)學(xué)生回答情況，加以點(diǎn)評(píng)。【學(xué)生活動(dòng)】：根據(jù)上面的問(wèn)題總結(jié)這個(gè)題考查了哪些知識(shí)點(diǎn)。【過(guò)渡引入】：下面我們一起復(fù)習(xí)這一節(jié)所涉及知識(shí)點(diǎn)?！編熒餐顒?dòng)】：利用多媒體，復(fù)習(xí)回顧各個(gè)知識(shí)點(diǎn)。【自主學(xué)習(xí)】想一想：我們的生活用電就是交流電，怎樣才能產(chǎn)生這樣的生活用電呢？填一填：大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流稱為交變電流，方向不隨時(shí)間變化的電流稱為直流。點(diǎn)一點(diǎn)：如右圖所示，在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，ab邊和cd邊切割磁感線運(yùn)動(dòng)，圖示位置感應(yīng)電流為零，轉(zhuǎn)過(guò)90時(shí)感應(yīng)電流最大，轉(zhuǎn)過(guò)180時(shí)感應(yīng)電流為零，轉(zhuǎn)過(guò)270時(shí)感應(yīng)電流最大，轉(zhuǎn)過(guò)360時(shí)感應(yīng)電流為零，由此可知：此過(guò)程產(chǎn)生的是交變電流，且每次經(jīng)過(guò)感應(yīng)電流為零的位置，感應(yīng)電流的方向都會(huì)變向。填一填：由法拉第電磁感應(yīng)定律可導(dǎo)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e=，則電動(dòng)勢(shì)按正弦規(guī)律變化，我們稱為正弦式交變電流，我們生活用電就是這樣的電流，故負(fù)載兩端的電壓u=，流過(guò)負(fù)載的電流i=。議一議：正弦式電流是最簡(jiǎn)單又最基本的交變電流，它有怎樣的變化規(guī)律呢？【典例剖析】【例1】一矩形線圈，繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t的變化如圖所示。下面說(shuō)法中正確的是 （ ）At1時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量為零Bt2時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量的絕對(duì)值最大Ct3時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量變化率的絕對(duì)值最大D每當(dāng)e轉(zhuǎn)換方向時(shí)，通過(guò)線圈的磁通量的絕對(duì)值都為最大解析：t1、t3時(shí)刻線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e=0，即為線圈經(jīng)過(guò)中性面的時(shí)刻，此時(shí)線圈的磁通量為最大，但磁通量的變化率卻為零，所以選項(xiàng)A、C不正確。t2時(shí)刻e=-Em，線圈平面轉(zhuǎn)至與磁感線平行，此時(shí)通過(guò)線圈的磁通量為零，磁通量的變化率卻最大，故B也不正確。每當(dāng)e變換方向時(shí)，也就是線圈通過(guò)中性面的時(shí)刻，通過(guò)線圈的磁通量的絕對(duì)值為最大，故D正確。答案：D。點(diǎn)評(píng)：磁通量、磁通量的變化 及磁通量的變化率屬于有關(guān)聯(lián)但內(nèi)涵完全不同的三個(gè)物理量，必須注意區(qū)分。另外，由法拉第電磁感應(yīng)定律可知E，E與和沒(méi)有直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系。【例2】在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一矩形線圈，從中性面開始繞垂直于磁感線的軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)可以表示為e=Emsint。現(xiàn)在把線圈的轉(zhuǎn)速增為原來(lái)的2倍，試分析并寫出現(xiàn)在的交變電動(dòng)勢(shì)的峰值、交變電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式，畫出與其相對(duì)應(yīng)的交變電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的圖象。解析：當(dāng)線圈的轉(zhuǎn)速增為2倍時(shí)，角速度變?yōu)閮杀?，?2，據(jù)交變電動(dòng)勢(shì)的峰值表達(dá)式Em=BS，因B、S不變，此時(shí)最大值 Em=BS2=2Em?，F(xiàn)在的交變電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為：e=Emsint=2Emsin2t該交變電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的圖象如圖所示。 點(diǎn)評(píng)：圖象能應(yīng)用數(shù)學(xué)方法表示物理量之間函數(shù)關(guān)系，要畫出交變電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的圖象，需要依據(jù)一個(gè)正確的交變電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的數(shù)學(xué)表達(dá)式，要寫出正確的交變電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式，需要知道交變電動(dòng)勢(shì)的最大值和角速度，而這兩個(gè)量都與給出的“改變轉(zhuǎn)速”這一條件是相關(guān)的。分析物理圖象的要點(diǎn)：一看：看“軸”、看“線”、看“斜率”、看“點(diǎn)”、看“截距”、看“面積”、看“拐點(diǎn)”，并理解其物理意義。二變：掌握“圖與圖”“圖與式”和“圖與物”之間的變通關(guān)系。三判：在此基礎(chǔ)上進(jìn)行正確的分析和判斷?！纠?】 如圖所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2 T，匝數(shù)n=6的矩形線圈abcd繞中心軸OO勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度=200 rad/s。已知ab=0.1 m，bc=0.2 m，線圈的總電阻R=40，試求：（1）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值，感應(yīng)電流的最大值；（2）設(shè)時(shí)間t=0時(shí)線圈平面與磁感線垂直，寫出線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式；（3）畫出感應(yīng)電流的瞬時(shí)值i隨t變化的圖象；（4）當(dāng)t=30時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量和線圈中的電流的瞬時(shí)值各是多大？（5）線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)的過(guò)程中，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值是多大？解析：（1）因?yàn)榫€圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值就出現(xiàn)在圖示位置Em=nBS=620.10.2200 V=48 V感應(yīng)電流最大值Im= A=1.2 A（2）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式：e=Emsint=48sin200t V（3）i-t圖象如圖所示。（4）當(dāng)線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)30角時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e分別為：=BL1L2sin30=20.10.2Wb=0.02 Wbe=48sin30V=48V=24 V由歐姆定律可得此時(shí)電流瞬時(shí)值為：i= A=0.6 A（5）線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)的過(guò)程中，磁通量的變化為=BS線圈轉(zhuǎn)過(guò)所用的時(shí)間t=此過(guò)程中交變電動(dòng)勢(shì)的平均值 =n48 V30.6 V。點(diǎn)評(píng)：本題信息量大，求解內(nèi)容多，（1）（2）（3）問(wèn)的解答抓住最大值、瞬時(shí)表達(dá)式的組成的特點(diǎn)。第（4）問(wèn)中磁通量與匝數(shù)是無(wú)關(guān)的，通過(guò)解第（5）問(wèn)注意，交變電動(dòng)勢(shì)的平均值不等于最大電動(dòng)勢(shì)的一半?！菊n堂訓(xùn)練】1如圖所示各圖線中表示交變流電的是 （ ） 答案：BCD點(diǎn)評(píng)：交流電的大小和方向作周期性變化2交流發(fā)電機(jī)的線圈轉(zhuǎn)到線圈平面與中性面重合時(shí)，下列說(shuō)法中正確的是 （ ）A電流將改變方向 B磁場(chǎng)方向和線圈平面平行C線圈的磁通量最大 D線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大答案：AC3矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生交變電流，當(dāng)線圈平面與磁感線方向垂直時(shí)穿過(guò)線圈的磁通量與產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e的大小正確的是 （ ）A最大，e最大 B最小，e最小C最小，e最大 D最大，e最小答案：D點(diǎn)評(píng)：中性面是線圈平面與磁感線垂直4關(guān)于線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的交變電流，以下說(shuō)法中正確的是 （ ）A線圈平面每經(jīng)過(guò)中性面一次，感應(yīng)電流方向就改變一次，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向不變B線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，感應(yīng)電流方向就改變一次C線圈平面經(jīng)過(guò)中性面一次，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流的方向都要改變一次D線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流方向都要改變一次答案：C點(diǎn)評(píng)：將線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)一周進(jìn)行判斷5一束帶電粒子沿著通有交流電的螺線管中心軸射入管內(nèi)，則粒子在管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是A往復(fù)運(yùn)動(dòng) B勻速直線運(yùn)動(dòng)C勻加速直線運(yùn)動(dòng) D勻速圓周運(yùn)動(dòng)解析：盡管有交流電通過(guò)螺線管導(dǎo)致管內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)弱、方向做周期性變化，但是管內(nèi)的磁感線始終與中心軸平行，因此，帶電粒子在管內(nèi)不受洛倫茲力的作用。答案：B點(diǎn)評(píng)：管內(nèi)的磁感線平行于軸線6如圖所示，一個(gè)位于xOy平面內(nèi)的矩形線圈abcd，處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線圈的四個(gè)邊分別與x、y軸平行，當(dāng)線圈繞Ox軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)到與xOy平面重合時(shí)，線圈中感應(yīng)電流方向?yàn)閍bcda，并且電流最大.那么關(guān)于磁場(chǎng)方向及線圈轉(zhuǎn)動(dòng)方向（沿x軸負(fù)方向觀察），下述說(shuō)法中正確的是A.磁場(chǎng)方向沿x軸正方向，線圈順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)B.磁場(chǎng)方向沿y軸正方向，線圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)C.磁場(chǎng)方向沿z軸正方向，線圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)D.磁場(chǎng)方向沿y軸正方向，線圈順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)解析：線圈繞Ox軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，且有最大值出現(xiàn)，故磁感應(yīng)強(qiáng)度B方向必定不是沿x軸方向（若是，無(wú)感應(yīng)電流產(chǎn)生）；也不是沿z軸方向（若是，此時(shí)感應(yīng)電流最小）；只能是沿y軸方向，可根據(jù)楞次定律（或右手定則）判定磁感應(yīng)強(qiáng)度方向?yàn)閥軸正方向.答案：B7如圖（a）所示，U形金屬導(dǎo)軌水平放置，導(dǎo)軌上跨接一金屬棒ab，與導(dǎo)軌構(gòu)成閉合回路，并能在導(dǎo)軌上自由滑動(dòng)，在導(dǎo)軌左側(cè)與ab平行放置的導(dǎo)線cd中通以如圖（b）所示的交流電流，規(guī)定電流方向自c向d為正，則ab棒受到向左的安培力的作用時(shí)間是 （ ）A0t1 Bt1t2Ct2t3Dt3t4 解析：0t1時(shí)間內(nèi)，電流I由cd且逐漸增大，由安培定則知，穿過(guò)abEF回路的磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直紙面向里，且逐漸增強(qiáng)，因此磁通量增大，由楞次定律判定金屬棒ab中的電流方向由ab；再由左手定則可判定，此過(guò)程中ab棒所受安培力向左，選項(xiàng) A正確.同理，可判定出t1t2時(shí)間、t3t4時(shí)間內(nèi)ab棒所受安培力向右，t2t3時(shí)間內(nèi)ab棒所受安培力向左.答案：AC點(diǎn)評(píng)：應(yīng)用安培定則、楞次定律、左手定則與交變電流變化規(guī)律的綜合判斷，分析時(shí)從cd中電流的變化規(guī)律出發(fā)，分段就各時(shí)段內(nèi)的電流變化引起的磁通量變化、感應(yīng)電流的產(chǎn)生、電流在磁場(chǎng)中的受力方向逐一作出判斷8圖為演示用的手搖發(fā)電機(jī)模型，勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B= 0.5 T，線圈匝數(shù)N=50匝，每匝線圈面積為0.48 m2，轉(zhuǎn)速為150 r/min，在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，從圖示位置線圈轉(zhuǎn)過(guò)90開始計(jì)時(shí).（1）寫出交流感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的表達(dá)式；（2）畫出e-t圖線。解析：從線圈平面經(jīng)過(guò)中性面開始計(jì)時(shí)，則線圈在時(shí)間t內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)角度t，于是瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e=Emsint，其中Em=2NBLv=NBS.根據(jù)交流電的方程畫圖線時(shí)，最大值是正弦圖線的峰值，由縱軸上的刻度值標(biāo)出，交流電的角頻率與正弦圖線的周期相對(duì)應(yīng)，=2/T，而周期由時(shí)間軸上的刻度值標(biāo)出。由題意知：N=50，B=0.5 T，=5 rad/sS=0.48 m2，e=Emsint，Em=NBS=500.50.485 V=188 V所以（1）e=188sin5t V （2）T=2/=0.4 s，e-t圖線如圖所示點(diǎn)評(píng)：算出最大值Em=NBS，寫瞬時(shí)值表達(dá)式時(shí)要注意計(jì)時(shí)時(shí)刻。9如圖所示，正方形線圈abcd繞對(duì)稱軸OO在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)n=120 min-1，若已知ab=bc=20 cm，匝數(shù)=20，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.2 T，求：（1