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(通用版)2018-2019版高中物理第五章交变电流5.1交变电流学案新人教版选修3-2 (通用版)2018-2019版高中物理第五章交变电流5.1交变电流学案新人教版选修3-2 PAGE / NUMPAGES (通用版)2018-2019版高中物理第五章交变电流5.1交变电流学案新人教版选修3-2 交变电流 [ 学习目标 ] 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、峰值的物理含义． 一、交变电流 1．交变电流：大小和方向随时间做周期性变化的电流叫交变电流，简称交流． 2．直流：方向不随时间变化的电流称为直流． 3．正弦式交变电流：按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流，简称正弦式电流． 二、交变电流的产生 闭合线圈置于匀强磁场中，并绕垂直于磁场方向的轴匀速转动． 三、交变电流的变化规律 线圈从垂直磁场方向计时产生电动势的瞬时值表达式： e＝ Emsin ω t ，Em叫做电动势的峰值． [ 即学即用 ] 1．判断下列说法的正误． (1) 只要线圈在磁场中转动，就可以产生交变电流． ( × ) (2) 线圈在通过中性面时磁通量最大，电流也最大． ( × ) (3) 线圈在通过垂直中性面的平面时电流最大，但磁通量为零． ( √ ) (4) 线圈在通过中性面时电流的方向发生改变． ( √ ) 2．有一个正方形线圈的匝数为 10 匝，边长为 20 cm，线圈总电阻为 1 Ω ，线圈绕垂直磁场 方向的 OO′轴以 10π rad/s 的角速度匀速转动， 如图 1 所示，匀强磁场的磁感应强度为 0.5 T，该线圈产生的感应电动势的峰值为 __________，感应电流的峰值为 ________，若从中性面 位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为 ________． 图 1 答案 6.28 V 6.28 A ＝ 6.28sin 10 π t (V) e 1 解析 电动势的峰值为 Em＝ nBSω ＝10×0.5 ×0.2 2×10π V ＝ 6.28 V Em 电流的峰值为 I m＝ R＝ 6.28 A 感应电动势的瞬时值表达式为 e＝ Emsin ω t ＝6.28sin 10 π t (V). 一、交变电流的产生 [ 导学探究 ] 假定线圈绕 OO′轴沿逆时针方向匀速转动，如图 2 甲至丁所示．请分析判断： 图 2 线圈转动一周的过程中，线圈中的电流方向的变化情况． 线圈转动过程中，当产生的感应电流有最大值和最小值时线圈分别在什么位置？答案 (1) 转动过程 电流方向 甲→乙 B→ A→D→ C 乙→丙 B→ A→D→ C 丙→丁 A→ B→C→ D 丁→甲 A→ B→C→ D (2) 线圈转到乙或丁位置时线圈中的电流最大． 线圈转到甲或丙位置时线圈中电流最小， 为零， 此时线圈所处的平面称为中性面． [ 知识深化 ] 两个特殊位置 1．中性面 ( S⊥B 位置，如图 2 中的甲、丙 ) 线圈平面与磁场垂直的位置，此时 Φ 最大， Φ 为 0， e 为 0， i 为 0. t 线圈经过中性面时，电流方向发生改变，线圈转一圈电流方向改变两次． 2 2．垂直中性面位置 ( S∥B 位置，如图 2 中的乙、丁 ) Φ 此时 Φ 为 0， t 最大， e 最大， i 最大． 例 1 ( 多选 ) 矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面内的轴匀速转动时产生了交变电流， 下列说法正确的是 () A．当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大 B．当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零 C．每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流的方向就改变一次 D．线框经过中性面时，各边切割磁感线的速度为零 答案 CD 解析 线框位于中性面时，线框平面与磁感线垂直，穿过线框的磁通量最大，但此时切割磁 感线的两边的速度与磁感线平行，即不切割磁感线，所以感应电动势等于零，此时穿过线框 的磁通量的变化率也等于零，感应电动势或感应电流的方向也就在此时刻发生变化．线框垂 直于中性面时，穿过线框的磁通量为零，但切割磁感线的两边都垂直切割，有效切割速度最 大，所以感应电动势最大， 也可以说此时穿过线框的磁通量的变化率最大， 故 C、D 选项正确． 二、交变电流的变化规律 [ 导学探究 ] 如图 3 所示， 线圈平面绕 bc 边的中点从中性面开始转动， 角速度为 ω . 经过时 间 t ，线圈转过的角度是 ω t ， ab 边的线速度 v 的方向跟磁感线方向间的夹角也等于 ω t . 设 ab 边长为 L1， bc 边长为 L2，线圈面积 S＝ L