《江苏省宿豫中学高三物理第一轮复习《第十三章 交变电流 电磁场和电磁波》教案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《江苏省宿豫中学高三物理第一轮复习《第十三章 交变电流 电磁场和电磁波》教案（33页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、用心 爱心 专心 - 1 -交变电流 电磁场和电磁波备课指要教学建议1、对正弦交变电流的产生过程的研究过程实际上就是对电磁感应知识的应用过程。2、正弦交变电流的产生过程是理解正弦交变电流规律的基础，正弦交变规律是理解交变电流的描述的基础。3、复习正弦交变电流的规律时要注意将公式，图象以及具体产生过程相结合。4、要注意交变电流的瞬时值、最大值、有效值的定义以及实际意义，尤其是在有效值的定义中要体会用到的等效思想。5、注意区别交变电流的瞬时值，有效值以及平均值的具体含义及用法。案例导入例 1 一个面积为 S 的矩形圈在匀强磁场中以其一条边为转轴做匀速转动，磁场方向与转轴垂直。线圈中感应电动热 e
2、与时间 t 的关系如图 13-45-1 所示。感应电动势最大值和周期可由图中读出，则磁感应强度 B= 。在 t=12T时刻，线圈平面与磁感应强度的夹角等于 。【分析】由交变电流规律知，不论线圈从何处旋转，都是在中性面处电动势为零，在与中性面垂直处电动势最大，最大值为Em=NBS。由图可知 t=0 时刻，线圈在与中性面垂直处，所以瞬时感应电动势的表达式应为e=Emcost= NBScost。根据这个规律，即可求解。【解答】 （1）由 Em=NBS 及 T2知 B= SNEm，这里 N=1，故正确答案为 SEmT2。（2）如图 13-45-2 所示，t= 1时，线圈转过的角度61Tt，即 =30（
3、答 150也算对） 。【答案】 （1） SEm2；（2） 30（或 150）【归纳】该题的解题基础是正弦交变电流的产生原理。通过本题可以很好的复习正弦交变电流的产生过程及规律。例 2 一阻恒定的电阻器，当两端加上 10V 的直流电压时，测得它的功率为 P；当两端加上某一正弦交变电流压时，测得它的功率为 2P。由此可知该交变电流电压的有效值为V，最大值为 V。【分析】直流电的功率可以直接用功率公式，而正弦交变电流在计算功率时要用电流的有效值。【解答】由题意可得，电阻器两端加上直流电时用心 爱心 专心 - 2 -RUP2；加上交变电流时 RP有 效2。由以上两式解得U 有效 = V25。而 U 有
4、效 = 最 大 ，所以 U 最大 = 2最大 =10V。【答案】 V5，10。【归纳】本题考察的主要目的是交变电流的有效值的意义以及正弦交变电流的有效值和最大值之间的关系。知识梳理1、正弦交变电流的规律正弦交变电流的电动势、电压和电流随时间的变化规律分别为e=Emsint. u= Umsint. i= Imsint. 对以上三个关系式，应注意：（1）角频率 等于线圈转动的角速度，且 =2n（n 为转速）（2）最大值 Em=NBS（N 为线圈匝数、S 为线圈面积）（3）是从中性面位置开始计时的。平面线圈在匀强磁场中旋转，当线圈平面垂直于磁感线时，各边都不切割磁感线，线圈中感生电动势为零，这个位置
5、叫中性面。线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，感生电动势为零。线圈经过中性面时，内部电流方向要发生改变。（4）交变电流的变化规律及 Em 与线圈的形状以及转动轴处于线圈平面内的位置无关（注意：要求转轴与磁场方向垂直）2、表征交变电流的物理量（1）瞬时值：交变电流的瞬时值反映的是不同时刻交变电流的大小和方向，瞬时值是时间的函数，其关系如 1 中式。（2）最大值：交变电流的最大值反映的是交变电流大小的变化范围，当线圈平面与磁感线平行时，交用心 爱心 专心 - 3 -变电流动势最大，E m= NBS，瞬时值与最大值的关系是E meE m。（3）有效值：交变电流的有效值是根据电
6、流的热效应来规定的，即在同一时间内，跟某一交变电流能使用一电阻产生相等热量的直流电的数值叫做该交变电流的有效值。正弦交变电流的有效值与最大值的关系是 2,2mmIUE交变电流的有效值用得很广泛，交变电流铭牌上标明的额定电压、额定电流是指有效值。不加特别说明时，交变电流、电压、电动势均指有效值。重、难、疑点剖析1、注意理解交变电流的有效值的物理意义或定义方法公式 2,2mmIUE仅适用于正弦交变电流。而对于其他交流电，要从有效值的物理意义出发去推导。2、注意区别交变电流的有效值与平均值交变电流的有效值是从电流做功的角度来定义的，具体内容见“知识梳理”中的讲解。交变电流的平均值是从通过电荷量的角度
7、来定义的。交变电流图象中波形与横轴（t 轴）所围的面积跟时间的比值，其数值可用 tnE计算。要注意，某段时间内变电流的平均值不等于这段时间始、终时刻瞬时值的算术平均值。例如：在 4T时间内 mE2。例 1 如图 13-45-3 甲分别表示交变电流随时间变化的图象，则这两个交变电流的有效值分别是 A 和 A。【分析】根据有效值的定义，可以选择计算交变电流一个周期之内在某电阻 R 上产生的热量，然后计算多大的直流电在该电阻上相等时间内产生相等的热量，该直流电的值就是交变电流的有效值。【解答】对于图甲，设将该电流通到某一纯电阻 R 上在一个周期 T 内产生热量为 Q，则221TRIIQ=（4 ） 2
8、+ 3)(R令 Q=I2RT，依有效值定义可知，式中 I 即为有效值。故用心 爱心 专心 - 4 -).(52)34(AI将图乙所示交变电流通过电阻 R，在一个周期内产生热量为 Q，则IQm2)(1T令 Q= I2RT，式中 I 为有效值，故mA【答案】5A，1A【归纳】对于物理概念和规律，一定要理解其物理涵义，才能正确地、灵活地进行运用。例 2 如图 13-45-4 所示，边长为 a 的单匝正方形线圈在磁 感应强度为 B 的匀强磁场中，以 OO边为轴匀速运动，角速度为 ，转轴与磁场方向垂直，线圈电阻为 R，求：（1）线圈从图示位置转过 2的过程中产生的热量 Q；（2）线圈从图示位置转过 的过
9、程中通过线圈某截面的电 荷量q。【分析】线圈中产生的热量需从转运过程中交变电流的有效值考虑；通过线圈截面的电荷量需从交变电流的平均值考虑。【解答】 （1）线圈转动中感应电动势的峰值Em=Ba 2感应电流的有效值为 RaBIm2。线圈转过 的时间 4Tt，所以在转动过程中产生的热量为 22)(RaBtIQR = RaB42。（2）线圈转过 过程中的感应电动势和感应电流的平均值分别为22BatERI2所以，在转动过程中流过导体截面的电荷量为用心 爱心 专心 - 5 -q= RBaI2 a2【答案】 （1） 42；（2） RB2【归纳】注意电流的有效值和平均值的具体意义。备用题例 3 一矩形线圈与匀
10、强磁场垂直的中心轴 OO按如图 13-45-5 所示逆时针方向旋转。引出线的两端与互相绝缘的半圆铜环连接，两个半圆分别与固定电刷 A、B 滑动接触，电刷间接有电阻R，在线圈转运过程中，通过 R 的电流（ ）A.大小和方向都不断变化B.大小不断变化，方向从 ARBC.大小和方向都不变D.大小不断变化，方向从 BR【分析】与固定电刷 A、B 滑动接触的两个半圆环起到了换向器的作用。【答案】D【归纳】应比较交变电流动机和直流电动机的结构和原理。考题回放1、交变电流的产生原理是高考考察的重点，需要真正掌握交变电流的产生原理以及交变电流的相关概念。例 1 一小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速
11、度，绕垂直于磁场方向的固定轴转动。线圈匝数 n=100。穿过每匝线圈的磁圈的磁通量 随时间按正弦规律变化，如图 13-45-6 所示。发电机内阻 r=5.0，外电阻电阻 R=95。已知感应电动势的最大值Em=n m；其中 m为穿过每匝线圈磁通量的最大值。求串联在外电路中的交流电流表（内阻不计）的读数。【分析】从题给的 -t 图象可以读出 m和T（可计算角速度） ，从而可以计算感应电动势的最大值，再结合全电路欧姆定律就可以计算电路的最大电流，最后根据正弦交变电流最大值和有效值的关系计算交变电流电流的有效值（即交变电流流表的读数） 。【解答】已知感应电动势的最大值Em=n m 设线圈在磁场中转动周
12、期为 T，则有T2根据欧姆定律，电路中电流的最大值为用心 爱心 专心 - 6 -rREIm 设交变电流流表的读数为 I，它是电流的有效值，根据有效值与最大值的关系，有mI21由题给的 -t 图线可读得 sTWbm22104.3,0. 。解以上各式，并代入数据，得I=1.4A 【答案】I=1.4A【反思】本题主要考察交变电流的产生原理，也考察了全电路欧姆定律和周期与角速度的关系，以及交变电流流表读数的含义，属于一道综合题，但只要掌握了相应的基础知识，解答本题还是比较容易的。2、高考中常常将交变电流的产生原理与实际过程相结合，考察学生掌握知识的深刻程度。例 2 磁铁在电器有中广泛的应用，如发电机，
13、如图 13-45-7 所示。已知一台单相发电机转子导线框共有 N 匝，线框长为 l1，宽为l2，转子的转动角速度为 ，磁极间的磁感强度为 B，试导出发电机的瞬时电动势 E 的表达式。现在知道有一种强水磁材料钛铁硼，用它制成发电机磁极时，磁感应强度可增大到原来的 k 倍，如果保持发电机结构尺寸，转子转动角速度，需产生的电动势都不变，那么这时转子上的导线框需要多少匝？【分析】根据导体切割磁感应线产生感应电动势的规律求解。【解答】线框在磁场中的位置、尺寸及转动方向如图 13-45-8 所示。如图 13-45-9 所示，取轴 Ox 垂直于磁感应强度，线框从 Ox（中性面）处经时间 t 转过的角度为 。
14、 2lv用心 爱心 专心 - 7 -一根长边产生的感应电动势为 2l（Bsin） l1，一匝导线框所产生的感应电动势应为2 2l（Bsin） l1即E1= l1 l2Bsin 又有 t，故 N 匝线框产生的电动势应为EN=NE1=N l1 l2BsinT 磁极换成钛铁硼水磁体时，设匝数为 N，则有EN=NE 1=N l1 l2BsinT 由 EN = EN，可得k【反思】平时学习物理规律时，要注意掌握规律的推导过程，很多时候，题目的解题过程实际上就是公式推导过程的体现。探究延伸例 如图 13-45-10 所示，OACO 为置于水平面内的光滑闭合金属导轨，O、C 处分发别接有短电阻丝（图中用粗线
15、表示） ，R 1=4，R 2=8（导轨及其他电阻不计） ，导轨 OAC 的形状满足方程 )3sin(2xy（单位：m） ，磁感应强度 B=0.2T 的匀强磁场垂直于导轨平面。一足够长的金属棒在水平外力作用下，以恒定的速率 v=5.0m/s 水平向右在导轨上从 O 点滑动到C 点，棒与导轨接触良好且始终保持与 OC 导轨垂直，不计棒的电阻，求：（1）外力 F 的最大值；（2）金属棒在导轨上运动时电阻丝 R1上消耗的最大功率；（3）在滑动过程中通过金属棒的电流 I 与时间 t 的关系。【答案】 （1）金属棒匀速运动 F 外 =F 安 。E=BLv。 总REI总外 vLBIF2)(sinmaxL3821R总 )(3.0.5.0max NF（2） )(14.5221212 WRvLBEP。用心 爱心 专心 - 8 -（3）金属棒与导轨接触间的长度随时间变化 ).(sin2mxL且 x=vt,E=Blv。 ).35sin(4)3si(tvtRBEI 总总【答案】 （1）0.
