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1、1高二物理 WL-15-G2-025第五章 第一节交变电流导学案编写人：吴建华 审核人：杨维平 编写时间：2015-01班级：_ 组别：_ 组名：_ 姓名：_【学习目标】能说出正弦交流电的产生原理，并能区分中性面和中性面的垂面及其特点。会推导正弦交流电的瞬时值表达式，能计算正弦交流电的最大值。【重点难点】学习重点：正弦交流电的产生原理分析。学习难点：正弦交流电的瞬时值表达式推导。【学法指导】先运用电磁感应的知识定性分析课本中图 5.1-3 所示的四个画面，找到中性面，分析其特点和交流电的变化规律，再进一步推导正弦式交流电的瞬时值表达式和最大值计算式，【知识链接】 磁通量 磁通量的变化率 感生电
2、动势 动生电动势StBnEBLvE【学习过程】知识点一：交变电流的产生问题 1：生活中我们从墙面插座孔中获得电流早就习以为常，那么，这样的电流与手电筒中的电流什么不同？什么是交流电？抓住哪些关键词？课本中图 5.1-3 所示的四个画面分别抓取了单匝矩形线圈在匀强磁场中，从线圈平面与磁场方向垂直开始，逆时针转动一周的四个重要位置。请同学们思考以下问题：问题 2：矩形线框转动时，哪些边会产生电动势？问题 3：为了便于分析，你能将这四个立体图画出平面图，以更便于分析吗？2问题 4：在线圈从甲位置到乙位置的过程中，AB 边中的电流向哪个方向流动？丁图到丙图呢？在线圈从丙位置到丁位置的过程中，AB 边中
3、的电流向哪个方向流动？丁图到甲图呢？问题 5：当线圈转到什么位置时没有电流，线圈平面与磁场方向关系怎样？（平行、垂直）此时的面称为中性面，穿过线圈平面的磁通量是最大，还是零？当线圈中有电流时，线圈平面与磁场方向关系怎样？穿过线圈平面的磁通量是最大，还是零？问题 6： 从切割磁感线的角度来看，线圈转动时，哪些边在切割磁感线？当无电流时，AB边的速度与磁感线什么关系（平行、垂直）此时磁通量的变化率是最大，还是为零？当有电流时，AB 边的速度与磁感线什么关系（平行、垂直）此时磁通量的变化率是最大，还是为零？问题 7：将上述三个问题汇聚到下列表格中特殊位置 甲 乙 丙 丁B 与 S 的关系磁通量的大小
4、从甲到乙 从丙到丁磁通量的变化电流的方向（字母表示）磁通量的变化率结论：当线圈在 位置时感应电动势为零，在 位置时感应电动势最大，甲 图 乙 图 丙 图 丁 图3并且整个过程 变化，线圈转到一周，感应电流方向改变 次知识点二：交变电流的图像和变化规律问题 1：在图 5.1-3 中乙位置时，令磁感应强度为 ，BAB 边长为 L1，BC 边长为 L2，匀速转动的角速度为 ，试求：此时线框切割动生电动势的值 。 （画出此时mE的电流方向）问题 2：若从甲位置开始计时，经过时间 ，线圈t平面与中性面间的夹角为 ，在图中标出这个角度，此时速度方向与磁感应强度的夹角为多大？试求：此时线框中感应电动势表达式
5、。 （磁感应强度为 ，AB 边长为 L1，BC 边长为 L2，匀速转动B的角速度为 ）问题 3：线圈在转动过程中产生的感应电动势最大值为多大？在任何时刻的电动势为多大？（用含有的表达式表示）mE问题 4：上面推导了正弦交流电电动势的瞬时值表达式，当交变电流通过总电阻为 的电路R时，你能结合欧姆定律，写出端电压、电流的瞬时值表达式吗？问题 5:根据上面交流电压的表达式，画出通过电流表的电流随时间变化的曲线，从 E 经过电阻 R 流向 F 的电流记为正，反之为负，并在横轴上标出线圈到达甲、乙、丙、丁几个位置的时刻（线圈在甲图位置时开始计时）问题 6：若开始计时，线圈是从乙位置开始转动的，则电A()
6、D(C)中 性 面utut4流变化的曲线是怎样的?（在右边画出图形）问题 7：正弦交流电是一种最简单又最基本的交变电流，课本中展示了常见的几种交变电流的波形，请记住它们的名称。甲图为：_，乙图为：_，丙图为：_小结：上面的推导表明：在图 5.1-3 中产生的交流电是按_规律变化的，其瞬时值的表达式是正弦形式，还是余弦形式取决于_，即：从中性面计时，是正弦形式；从中性面的垂面计时，是余弦形式。两者本质上是一致的，我们称这种交流电为正弦交流电。【归纳小结】【当堂检测】（A 级）一矩形线圈，在匀强磁场中绕轴转动，线圈中的感应电动势 随时间 的变化规律如图所示，则：若et使其瞬时值表达式为 的形式，则
7、应从下列tEmsin哪个时刻开始计时 1t2t3t4t（B 级）线圈在匀强磁场中转动产生的交流电动势为 伏，则下列说法中te20sin1正确的是（ ）A 时，线圈平面垂直于转轴 B. 时，穿过线圈的磁通量最大0t tC 时，导线切割磁感线的有效速度最大 D. 时， 有最大值 Vs4.e21(C 级)3.发电机产生的按正弦规律变化的电动势最大值是 311V，其线圈共 100 匝，在匀强磁场中匀速转动的角速度为 100 （rad/s）求:（1）从中性面开始计时，写出电动势的瞬时值表达式5（2）此发电机和外电路组成闭合回路时，总电阻为 100 欧，求 t=1/600 秒时的电流（3）求线圈中磁通量变化率的最大值【学习反思】
