第五章交变电流导学案

第一篇:《第五章交变电流1.交变电流导学案》

第五章第一节交变电流导学案

教学目标：

1．会观察电流（或电压）的波形图，理解交变电流、直流的概念

2．分析线圈转动1周中电动势和电流方向的变化，能对交变电流的产生有比较清楚的了解，具有运用基本原理解决新情境下问题的能力。 3．知道交变电流的变化规律即表示方法，知道交变电流的峰值、瞬时值的物理意义。 教学重点：

交变电流的产生及表达式的推导 教学难点：

交变电流的产生及推导

学生自主学习：

1．交变电流的产生和变化规律

________和________随时间做_________变化的电流叫做交变电流，简称交流 ________不随时间变化的电流称为直流

大小和方向都不随时间变化的电流叫做_________电流 2．中性面：_______________________________ 磁通量___________

特点磁通量的变化率____________

感应电动势e＝________，_______感应电流

感应电流方向________，线圈转动一周，感应电流方向改变______次

3.正弦式电流的产生和变化规律 （1）. 产生： 考虑下面几个问题：

1.图5.1-3中在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向那个方向流动？ 2.在线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流向那个方向流动？

3.线圈转到什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置时线圈中的电流最大?

4.大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线，从E经负载流向F的电流为正，反之为负。在横坐标上标出线圈到达甲、乙、丙、丁几个位置时对应的时刻。 （2）. 变化规律： 根据图回答下面几个问题： ①．线圈与中性面的夹角是多少？ ②．ab边速度多大？

③．ab边速度方向与磁场方向夹角多大？ ④．ab边产生感应电动势多大？ ⑤．线圈中感应电动势多大？

（1） 函数形式：N匝面积为S的线圈绕垂直磁场平行线圈平面的轴以角速度

转动，

从中性面开始计时，则电压eNBSsint，（m=NBS）

emsint， 电流i

eRm

R

sintImsint 电压u=Ir=Im Rsinwt 从与中性垂直位置开始计时：（ 写出对应的表达式） （2）图象： 正弦式图像： 锯齿形扫描电压波形： 矩形脉冲波形：

例1 矩形线圈abcd的边长ab=cd=40cm,bc=da=30cm,共有200匝，以300r/min的转速在磁感强度为0.2T的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的中心轴OO′匀速转动,在t=0时刻处于图所示位置.此线圈产生的感应电动势最大值Em= Ｖ，有效值为E＝____Ｖ，再转过 °出现第一次中性面。

例2如图所示的100匝矩形线框绕OO′轴匀速转动，转速为120r/min。ab=cd=0.2m，ad=bc=0.1m，磁感应强度B＝1T，试求：（1）线圈中产生的感应电动势的最大值是多少？（2）感应电动势的瞬时表达式；

课后巩固练习

1交流发电机在工作时的电动势为e＝Emsint，若将其线框的转速提高到原来的两倍，其他条件不变，则其电动势变为（ ）

D.每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值最小

7.一个在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动的线框，当线框转至中性面时开始计时。t1=1/60s，线框中感应电动势为50V，当t2=1/30s时，线框中感应电动势为503V，求：（1）感应电动势的最大值； （2）线框转动的角速度的大

A.Emsint/2 B.2Emsint/2 C.Emsin2t D.2Emsin2t

2矩形线框在匀强磁场内匀速转动过程中，线框输出的交流电压随时间变化的图小；（3）线框中感应电动势的瞬时表达式。

像如图所示，下列说法中正确的是（ ） （A）1 s末线框平面垂直于磁场，通过线框的磁通量变化最快， （B）2 s末线框平面垂直于磁场，通过线框的磁通量最大，

（C）交流电压的最大值为362 V，频率为0.25Hz，

（D）交流电压的最大值为36V，周期为4 s。 1

8.匀强磁场的磁感应强度B，边长L的正方形线圈abcd共N匝,

3如图13-1-5是某交流发电机产生的交变电流的图像，根据图像线圈电阻为r ,线圈绕垂直于磁感线的轴OO’可以判（ ） 以如图所示的角速

-度ω匀速转动,外电路电阻为R . A、此交变电流的频率为5Hz

⑴在答卷图中标出此刻线圈感应电流的方向. B、此交变电流的周期为0.1s

(2)转动过程中感应电动势的最大值有多大?

C、将标有“12V、3W”的灯泡接在此交变电流上，灯泡可以正常发光

(3)线圈平面与磁感线成60°时的感应电动势多大?

D、图像上对应的0.15s时刻，发电机中的线圈刚好转至中性面

(4)从图示位置开始,线圈转过600的过程中通过电阻R的电量

4.如图所示，一正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀

是多少？

速转动沿OO′观察，线圈逆时针转动，已知匀强磁场的磁感应强度 为B，线圈匝数为n，边长为l，电阻为R，转动的角速度为ω，则当线圈转至图示位置时（ ）

abcda B．线圈中感应电流为nBl2A．线圈中感应电流方向为R

C．穿过线圈的磁通量为0 D．穿过线圈的磁通量的变化率为0

5.一个矩形线圈在匀强磁场中转动，产生的感应电动势按正弦规律变化，其瞬时值的表达式为e=220

sin100πtV，下列说法中正确的是：( )

A．频率是50Hz B．当t=0时，线圈平面与中性面重合 C．当t=1/100 s时，e的值最大为220

V D．线圈转动的角速度为314rad/s

Em6、一矩形线圈,绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面的固定轴转动,线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示,下面说法中正确的是（ ）

A.t1时刻通过线圈的磁通量为零 B.t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大 -Et

C.t3时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大

第二篇:《第五章 交变电流导学案》

09级分校高二物理导学案

每案一语：不要为旧的悲伤，浪费新的眼泪。 设计人：程豪俊 审核人：高二物理组 课题：第1节 交变电流

课时目标： 1．知道什么是直流(DC)，什么是交变电流(AC)。

2．掌握交变电流的产生和变化规律。 3．掌握正弦交流电的产生机理。

课前预习：（不看不讲）

1．交变电流：和都随时间做周期性变化的电流。 2．直流：

3．交变电流产生的方法：闭合线圈在 4．中性面：线圈平面与磁场

5．(1)瞬时电动势：e(2)瞬时电压：u (3)瞬时电流：i 说明：表达式中Em、U

m

、Im分别是电动势、电压和电流的 ，而e、u、i

则是这个量的 。

新知导读：一、交变电流的产生 1．交变电流的定义

大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫交变电流。

注意：①方向不变的电流叫直流电。②大小不变、方向改变的电流以也是交变电流 2．交变电流的产生 过程分析：如图5—1—1所示为线圈abcd在磁场中绕轴OO′转动时的截面图，ab和cd两个边要切割磁感线，产生电动势，线圈上就有了电流(或者说穿过线圈的磁通量发生变化而产生了感应电流)。具体分析可从如图5-1-2所示中看出，图①时，导体不切割磁感线，线圈中无电流；图②时，导体垂直切割磁感线，线圈中有电流，且电流从a端入；图③同图①；图④中电流从a端流出，图⑤同图①，这说明电流方向发生了改变。

注意：

①线圈每转一周，电流方向改变两次，电流方向改变的时刻也就是线圈中无电流的时刻（或者说磁通量最大的时刻）。由于线圈转一周的过程中，线圈的磁通量有两次达到最大，故电流的方向在圈转一周的过程中改变两镒，我们把线圈平面垂直于磁感线时的位置叫

做中性面。

②因为感应电动势跟磁通量大小无关，而跟磁通量的变化率成正比，所以，当线圈转至中性面时，虽然磁通量最大，但磁通量的变化率却最小，等于零（导体不切割磁感线），因此，当线圈处于中性面时，感应电动势为零，感应电流为零，恰好是电流改变方向的位置。由于线圈转一周有两次经过中性面，所以每转一周电流方向改变两次。

③线圈垂直中性面时，虽然磁通量等于零，但是磁通量的变化率却最大，因此感应电动势最大，感应电流最大。

④矩形线框在匀强磁场中匀速转动，仅是产生交变电流的一种方式但不是唯一方式。

⑤交变电流的典型特征是电流方向变化，其大小可以不变，如图5-1-3所示的交变电流称为方波形交变电流，在方向变化时其大小不变。 范例点睛（不议不讲）

【例1】一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，当线圈通过中性面时 ( )

A．线圈平面与磁感线方向垂直 B．通过线圈的磁通量达到最大值 C．通过线圈的磁通量变化率达到最大值 D．线圈中的电动势为零

1．关于线圈在匀强磁场中转动时产生的交变电流，以下说法中正确的是 ( ) A．线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，感应电动势方向不变 B．线圈每转动一周，感应电流方向就改变一次

C．线圈平面经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向都要改变一次 D．线圈转动一周，感应电动势和感应电流方向都只改变一次 二、交变电流的变化规律 1．交变电流的数学表达式

据交变电流的产生原理图知，ab和cd边产生的感应电动势均为Blsint, 此时整个线圈的感应电动势为e2Blsint或eEmsint。 注意：①Em2Bl为最大值，也叫电动势的峰值。【第五章交变电流导学案】

②eEmsint，交变电流按正弦规律变化，这种电流叫正弦式交变电流，简称正弦交流电。

③上式的表示形式仅展于自中性面开始计时的情况。当从垂直于中性面开始计时时，表达式应为eEmcost。

④交变电动势的最大值Em2Bl，当线圈abcd绕中心轴线（ab、bc中心连线）匀速转动时，设角速度为，则

lad

2

,线圈的面积Sladlab，所以EmBS，如果线圈匝数为N，则EmNBS，由此可见，交变电动势的最大值，由线圈匝数N、磁感应强度B、转动角速度和线圈面积S决定，与转轴的位置无关。因此在如上图所示几种情况下，如果N、B、，S均相同，则感应电动势的峰值均为EmNBS。

若线圈给外电阻R供电，设线圈本身电阻为r，由闭合电路欧姆定律得：

i

e

ERrmRr

sint 可写为iImsint

R两端电压可记为：uUmsint

2．正弦交变电流的图象

正弦交变电流的电动势、电流和电压可由如右图所示图象表示。 3．几种不同类型的交变电流

在实际应用中，交变电流有不同的变化规律，常见的有以下几种，如下图所示。

4．线圈转动过程中平均电 动势和瞬时电动势

线圈在转动过程中某一段时间内或从一个位置到另一个位置的过程中所产生的电动势，称为平均电动势，它不等于始、末两时刻瞬时值的平均值，必须用法拉第电磁感应定律计算，即E一筹。瞬时电动势是线圈在某一时刻或某一位置时的电动势。

同理，计算交变电流在某段时间内通过导体横截面的电荷量，也必须用平均值，即QIt(式中I

ERr

)。 范例点睛（不议不讲）

【例2】如右图所示，一半径为r=10 cm的圆形线圈共100匝，在磁感应强度

B

5

2

T的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的。中心轴线OO′以

n600r/min的转速匀速转动，当线圈转至中性面位置(图中位置)时开始计时。

(1)写出线圈内所产生的交变电动势的瞬时值表达式； (2)求线圈从图示位置经1/60s时的电动势的瞬时值； (3)求线圈从图示位置经1/60s时间内的电动势的平均值。 2、有一个10匝的正方形线框，边长为20cm，线框总电阻为1，线框绕OO′轴以10rad/s的角速度匀速转动，如右图所示，垂直于线框平面向罩的匀强磁场的磁感应强度为O.5 T。求：(1)该线框产牛的交变电流电动势最大值、电流最大值分别是多少?

(2)线s框从图示位置转过60。时，感应电动势的瞬时值是多大? (3)写出感应电动势随时间变化的表达式。 规律探寻

一、正弦交变电流瞬时值、峰值表达式的推导 1．瞬时值表达式的推导

若线圈平面从中性面开始转动，如下图，则经时间t:

2．峰值表达式

由eEmNBSsint可知，电动势的峰值EmNBSsint。 说明：（1）瞬时值与开始计时的位置及线圈转动的进间有关。

①若线圈从中性面开始计时eEmsint。

②若线圈从位于与中性面垂直的位置开始计时，eEmcost （2）峰值与开始计时的位置及线圈转动的时间无关。【第五章交变电流导学案】

范例点睛（不议不讲）

【例3】如图下所示，单匝矩形线圈的一半放在有界匀强磁场中，中心轴线OO′与磁场边界重合，线圈绕中心轴线按图示方向(从上向下看逆时针方向)匀速转动，t=0时刻线圈平面与磁场方向垂直，规定电流方向沿abcd为正方向，则如图所示中能表示线圈内感应电流随时间变化规律的是( )

二、中性面位置和垂直中性面位置，磁通量大小与电流大小分析

在中性面位置时，磁场垂直线圈平面，磁通量最大，但各边的速度方向与磁场平行，不切割磁感线，线圈中没有感应电流，因为感应电动势En



t

，正比于钕通量的变化率，与磁通量的大小无关，在中性面时，虽然磁通量最大，但磁通量的变化率为零。垂直于中性面位置时，磁通量为零，但磁通量的变化率最大，等于BS且电流

i

eRBSR

。 范例点睛（不议不讲）

【例4】关于中性面，以下说法正确的是 ( ) A．中性面就是穿过线圈的磁通量为零的面B．中性面就是线圈中磁通量变化率为零的面 C．线圈过中性面时，电流方向必改变 D．中性面就是线圈内感应电动势为零的面 课堂训练（不练不讲） 课本：P34 3、4、5题

09级分校高二物理导学案 课题：第2节 描述交变电流的物理量 设计人：程豪俊 审核人：高二物理组 每案一语：生命是充满遗憾的篇章，因为她没有机会让你修改病句。 课时目标：1．知道交变电流的周期、频率及它们之间的关系。 2．理解交变电流的峰值和有效值的含义，学会他们的计算方法。 3．知道并熟练应用正弦(或余弦)交流电的有效值与最大值的关系。 4．知道我国生产和生活用电的周期、频率的大小。 课前预习（不看不讲）

1．周期：交变电流完成 所需的时间。用T表示，单位是 。

2．频率：交变电流在1s内完成周期性变化的 。用f表示，单位是 ，符号 。频率与周期的关系是f 。

3．峰值：交变电流的电压、电流所能达到的 。电容器所能承受的电压要 交流电压的峰值。 4．有效值 (1)定义：使交变电流和恒定电流通过 的电阻，在交流的一个周期内，产生的 与交变电流相同的恒定电流的电流、电压，叫做这个交流的有效值。 (2)应用：

①交流用电设备上所标的 和 (额定值)。 ②交流电压表测量的数值。

③无特别说明时提到的交变电流的数值。 5．对于正弦交流电的有效值I、U与峰值Im、U

m

。之间的关系：I ，

U。

新知导读

一、周期和频率 1．周期的定义：交变电流完成一次周期性变化所需的时间，单位s。 2．频率的定义：交变电流在1s内完成周期性变化的次数，单位Hz。 3．周期(T)、频率(f)及角速度()之问的关系 T1或f1 2f

T

T

2f

注意：①我国民用交变电流T0.02s,f20Hz,100

rad/s,电流方向每秒改变100次。

②打点计时器接交流电，T=0.02s，所以每0.02s打一点。 二、峰值和有效值

1．正弦交变电流的最大值——峰值(Im)

矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴转到与磁感线平行时，感应电动势有最大值。

EmNBS

此时电阻电路中的电流及用电器两端电压也有最大值。 Im

Em

Rr

,UmImR 注意：①最大值可以表示交变电流的强弱或电压的高低，但不适合用来描述交变电流产生的效果。

②最大值在实际中有一定的指导意义，所有使用交变电流的用电器，其最大耐压值，应大于其用的交流电压的最大值；电容器上的标称电压，即其耐压值，是电容器所允许加的电压的最大值。

2．正弦交变电流有效值

(1)定义有效值的依据：电流热效应。

(2)定义：让交流和直流通过同样阻值的电阻，

如右图 (a)、(b)所示。如果它们在同一时间内产生的热量相等，则： 直流电源的电动势E为交变电动势e的有效值，用E表示。

通过R的恒定电流I为交流电路中通过电阻R的交变电流i的有效值，用I表示。加在R两端的直流电压U为交流电路中加在R两端的交流电压“的有效值，用U表示。 3．有效值与最大值的关系

在正弦或余弦交变电流中，最大值与有效值之间的关系如下：

E

Em20.707EUm20.707UI

m Um Im2

0.707Im

注意：①在定义有效值时要注意：三同

②公式EEm/2Um/2Im/2仅适用于正弦或余弦交变电流。 ③在计算交变电流通过导体产生的热量和电功率以及确定保险丝的熔断电流时，只能用交变电流的有效值。如电功率的计算式PIU中，U、I

均为有效值。

④在交流电路中，电压表、电流表、功率表等电工仪表的示数均为交变电流的有效值。在没有具体说明情况下，所给出的交变电流的电压、电流及电功率指的都是有效值。

⑤我国民用交变电流：照明电压220V和动力电压380V都是指有效值 4．交变电流的图象与交变电流的平均值 (1)理解正弦交变电流的图象

正弦交变电流随时间的变化情况可以从图象上表示出来，图象描述的是交变电流随时间变化的规律，它是一条正弦曲线，如下图所示。从图中我们可以找出正弦交变电流的最大值Im、周期T，也可以根据线圈在中性面时刻感应电动势e为零、感应电流i为零、线圈中的磁通量最大的特点，找出线圈旋转到中性面的时刻，即线圈中磁通量最大的时刻是O时刻、t2时刻和t4时刻。也可以根据线圈旋转至平行磁感线时，感应电动势最大、线圈中感应电流最大和磁通量为零的特点，找出线圈平行磁感线的时刻，即线圈中磁通量为零的时刻是在t1时刻和t3时刻。 (2)交变电流的平均值 交变电流的图象中，图线与横轴(t轴)所围的面积跟时间的比值，称为交变电流的平均值。 注意：①交变电流的平均值与交变电流的方向及所取时间长短均有关，其数值可根据法

拉第电磁感应定律En



t

计算电动势的平均值，再计算电流的平均值。 ②在计算通过导体某一截面的电荷量时，只能用交变电流的平均值，

qIt

ERtnR

。 ③交变电流平均值不是初、末状态瞬时值的平均值。

范例点睛（不议不讲）

【例1】如下图所示，求解非对称性交变电压的有效值是多少?

1．如右图所示，匀强磁场的磁感应强度B=0.5 T，边长L=10 cm的正方形abcd共100匝，线圈电阻r1，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，角速度2rad/s，外电路电阻R4，求： (1)转动过程中感应电动势的最大值；

(2)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过60°角时的瞬时感应电动势； (3)由图示位置转过60°角的过程中产生的平均感应电动势； (4)交变电压表的示数；

(5)线圈转动一周外力所做的功； (6)

1

6

周期内通过R的电荷量为多少? 规律探寻

一、有效值的理解、计算 1．有效值的理解

交变电流的有效值是根据电流的热效应定义的，理解有效值重点在“等效”，“效果”相同在定义中体现为相同电阻、相同时间，产生相同热量，交变电流与多大的直流电“效果”相同，有效值就是多大。 2．有效值的计算

(1)对于正弦交变电流，可先根据ENBA求出最大值，然后根据UE

mm求出其

2

有效值。

(2)当电流是非正弦交变电流时，必须根据有效值的定义求解。

3．几种常见交变电流有效值的计算 二、有效值、峰值、瞬时值、平均值的区别 范例点睛（不议不讲）

【例2】如图所示为一交流电的电流随时间而变化的图象，此交流电电流的有效值为 ( ) A．52A B．5 A C．3.52A D．3.5 A 【例3】电阻R1、R2与交流电源按照如下图甲所示方式连接，R110,R210。合上开关S后，通过电阻R2的正弦交变电流i随时间t变化的情况如右图乙所示，则 ( ) A．通过R1的电流有效值是1.2 A B．R1两端的电压有效值是6 V C．通过R2的电流最大值是1.22A D．R2两端的电压最大值是62A 课堂训练（不练不讲） 课本：P36 3、4、5题

09级分校高二物理导学案

课题：第3节 电感和电容对交变电流的影响设计人：程豪俊 审核人：高二物理组 每案一语：我们无法浪费时间，我们浪费的只是我们自己。 课时目标

1．理解电感、电容对交变电流有阻碍作用的原因。

2．知道用感抗、容抗来表示电感、电容对交变电流阻碍作用的大小。 3．知道感抗、容抗与哪些因素有关。 课前预习（不看不讲）

1．感抗 (1)物理意义：表示电感 作用的大小。

(2)影响感抗大小的因素：线圈的自感系数 ，交流的频率 ，感抗越大。 2． 电流能够通过电容器， 不能通过电容器。 3．容抗 (1)物理意义：表示电容 作用的大小。

(2)影响容抗大小的因素：电容器的电容 ，交流的频率 ，容抗越小。 新知导读一、电感器对交变电流的阻碍作用

1．电感线圈对交变电流的作用：阻碍交变电流。 2．电感线圈对交变电流的阻碍作用的本质

交变电流通过线圈时，由于电流时刻都在变化，所以自感现象就不断地发生，而自感电动势总是要阻碍电流变化的，这就是线圈的电感对交变电流的阻碍作用。 范例点睛（不议不讲）

【例1】在如下图所示电路中，L为电感线圈，R为灯泡，电流表内阻为零，电压表内阻

无限大，交流电源的电压u2sin100

tV。若保持电压的有效值不变，只将电源频率改为100Hz，下列说法正确的有 ( )

A．电流表示数增大 B．电压表示数增大 C．灯泡变暗 D．灯泡变亮

1．关于电感对交变电流的影响，以下说法正确的是( )

A．电感对交变电流有阻碍作用 B．电感对交变电流阻碍作用越大，感抗就越小。 C．电感具有“通交流、阻直流，通高频、阻低频”的性质

D．线圈的自感系数越大，交变电流的频率越高，电感对交变电流的阻碍作用就越大 二、电容器对交变电流的阻碍作用 1．交变电流“通过”电容器的本质

把交流电源接到电容器两个极板上后，当电源电压升高时，电源给电容器充电，电荷向电容器极板上聚集，在电路中，形成充电电流；当电源电压降低时，电容器放电，原来极板上聚集的电荷又放出，在电路中形成放电电流。电容器交替进行充电和放电，电路中就有了电流，好像是交流电“通过”了电容器，但实际上自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘介质。

注意：①电容器的电容越大，交变电流的频率越高，则容抗就越小。

第三篇:《第五章交变电流复习导学案20131219》

高中物理选修3-2 第五章交变电流复习导学案

班级 姓名 学号 时间 编写：陆风军

【知识网络】

交

变

电【第五章交变电流导学案】

流

【知识梳理】

产生: 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动而产生的 瞬时值:I=I msinωt 峰值:I m= nsBω/R 描 述

有效值:IIm/2 周期和频率的关系:T=1/f 图像：正弦曲线

电感对交变电流的作用：通直流、阻交流，通低频、阻高频 电容对交变电流的作用：通交流、阻直流，通高频、阻低频 原理：电磁感应 变压比：U1/U2=n1/n2 变压只有一个副线圈：I1/I2=n2/n1 器 变流比： 有多个副线圈：I1n1= I2n2= I3n3=…… P2功率损失：P（）R线 损U电能的输送

P电压损失：U损R线 应用 U远距离输电方式：高压输电

【典例分析】

类型一、关于交流电的变化规律

【例1】如图所示，匀强磁场的磁感应强度B=0．5T，边长L=10cm的正方形线圈abcd共100匝，线圈电阻r＝1Ω，线圈绕垂直与磁感线的对称轴OO/匀速转动，角速度为ω＝2πrad／s，外电路电阻R＝4Ω，求：

（1）转动过程中感应电动势的最大值．

（2）由图示位置（线圈平面与磁感线平行）转过600时的即时感应电动势．

（3）由图示位置转过600角时的过程中产生的平均感应电动势．

（4）交流电电表的示数．

（5）转动一周外力做的功．

（6）1周期内通过R的电量为多少？ 6

类型二、表征交流电的物理量 【例2】通过某电阻的周期性交变电流的图象如右。求该交流电的有效值I。

【例3】如图所示，（甲）和（乙）所示的电流最大值相等的方波交流电流和正弦交流电流，则这两个电热器的电功率之比Pa∶Pb

类型三、交流电图象的应用

【例4】一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图，下面说法中正确的是（ ）

A．t1时刻通过线圈的磁通量为零；

B．t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大；

C．t3时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大；

D．每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值为最大。

【例5】一只矩形线圈匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动穿，过线圈的磁通量随时间变化的图像如图中甲所示，则下列说法中正确的是( )

A.t=0时刻线圈平面与中性面垂直

B.t=0.01s时刻，Φ的变化率达最大

C.t=0.02s时刻，交流电动势达到最大

D.该线圈相应的交流电动势图像如图乙所示

【例6】有一交流电压的变化规律为u=311sin314tV，若将一辉光电压最小值是220V的氖管接上此交流电压，则在1秒钟内氖管发光的时间是多少？

类型四、电感和电容对交流电的作用

【例7】如图所示电路中，三只电灯的亮度相同，如果交流电的频率增大，三盏电灯的亮度将如何改变?为什么?

类型五、理想变压器的理想化条件及其规律

【例8】如图所示为一理想变压器，K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈两端的电压，I1为原线圈中的电流强度，则（ ）

A．保持U1及P的位置不变，K由a合到b时，I1将增大

B．保持P的位置及U1不变，K由b合到a时，R消耗的功率减小

C．保持U1不变，K合在a处，使P上滑，I1将增大

D．保持P的位置不变，K合在a处，若U1增大，I1将增大

【例9】如图，一理想变压器原线圈接入一交流电源，副线圈电路中R1、R2、R3和R4均为固定电阻，开关S

U

1和

U

2

； 电流表，读数分别为I1、I2和I3。现断开S，U1数值不变，下列推断中正确的是（ ）

A．U2变小、I3变小

B．U2不变、I3变大

C．I1变小、I2变小

D．I1变大、I2变大

【例10】在变电站里，经常要用交流电表去监测电网上的强电流，所用的器材叫电流互感器。如下所示的四个图中，能正确反应其工作原理的是（ ）

A

A A

A A. B. C. D.

【例11】有一台内阻为lΩ的发电机，供给一个学校照明用电，如图所示．升压变压器匝数比为1∶4，降压变压器的匝数比为4∶1，输电线的总电阻R=4Ω，全校共22个班，每班有“220 V，40W”灯6盏．若保证全部电灯正常发光，则：

（l）发电机输出功率多大？

（2）发电机电动势多大？

（3）输电线上损耗的电功率多大？

（4）输电效率是多少？

（5）若使用灯数减半并正常发光发电机输出功率是否减半．

【例12】发电机输出功率为100 kW，输出电压是250 V，用户需要的电压是220 V，输电线电阻为10 Ω.若输电线中因发热而损失的功率为输送功率的4%，试求：

（1）在输电线路中设置的升、降压变压器原副线圈的匝数比.

（2）画出此输电线路的示意图.

（3）用户得到的电功率是多少？

第四篇:《第五章交变电流1.交变电流导学案》【第五章交变电流导学案】

第五章第一节交变电流导学案

教学目标：

1． 会观察电流（或电压）的波形图，理解交变电流、直流的概念

2． 分析线圈转动1周中电动势和电流方向的变化，能对交变电流的产生有比较清楚的

了解，具有运用基本原理解决新情境下问题的能力。

3． 知道交变电流的变化规律即表示方法，知道交变电流的峰值、瞬时值的物理意义。教学重点：

交变电流的产生及表达式的推导 教学难点：

交变电流的产生及推导 学生自主学习：

1．交变电流的产生和变化规律

________和________随时间做_________变化的电流叫做交变电流，简称交流 ________不随时间变化的电流称为直流

大小和方向都不随时间变化的电流叫做_________电流 2．中性面：_______________________________

磁通量___________

特点磁通量的变化率____________

感应电动势e＝________，_______感应电流

________，线圈转动一周，感应电流方向改变______次 3.正弦式电流的产生和变化规律 （1）. 产生： 考虑下面几个问题：

1.图5.1-3中在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向那个方向流动？ 2.在线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流向那个方向流动？

3.线圈转到什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置时线圈中的电流最大? 4.大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线，从E经负载流向F的电流为正，反之为负。在横坐标上标出线圈到达甲、乙、丙、丁几个位置时对应的时刻。 （2）. 变化规律： 根据图回答下面几个问题： ①．线圈与中性面的夹角是多少？ ②．ab边速度多大？

③．ab边速度方向与磁场方向夹角多大？ ④．ab边产生感应电动势多大？ ⑤．线圈中感应电动势多大？

（1） 函数形式：N匝面积为S的线圈绕垂直磁场平行线圈平面的轴以角速度转动， 从中性面开始计时，则电压e

NBSsint，（m=NBS）

eemsint， 电流iRm

R

sintImsint 电压u=Ir=Im Rsinwt

从与中性垂直位置开始计时：（ 写出对应的表达式） （2）图象： 正弦式图像：

锯齿形扫描电压波形： 矩形脉冲波形：

例1 矩形线圈abcd的边长ab=cd=40cm,bc=da=30cm,共有200匝，以300r/min的转速在磁感强度为0.2T的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的中心轴OO′匀速转动,

在t=0时刻处于图所示位置.此线圈产生的感应电动势最大值Em= Ｖ，有效值为E＝____Ｖ，再转过 °出现第一次中性面。

例2如图所示的100匝矩形线框绕OO′轴匀速转动，转速为120r/min。ab=cd=0.2m，ad=bc=0.1m，磁感应强度B＝1T，试求：（1）线圈中产生的感应电动势的最大值是多少？（2）感应电动势的瞬时表达式；

课后巩固练习

1交流发电机在工作时的电动势为e＝Emsint，若将其线框的转速提高到原来的两倍，其他条件不变，则其电动势变为（ ）

A.Emsint/2 B.2Emsint/2 C.Emsin2t D.2Emsin2t

2矩形线框在匀强磁场内匀速转动过程中，线框输出的交流电压随时间变化的图像如图所示，下列说法中正确的是（ ）

（A）1 s末线框平面垂直于磁场，通过线框的磁通量变化最快， （B）2 s末线框平面垂直于磁场，通过线框的磁通量最大， （C）交流电压的最大值为362 V，频率为0.25Hz， （D）交流电压的最大值为36V，周期为4 s。

3如图13-1-5是某交流发电机产生的交变电流的图像，根据图像可以判（ ） A、此交变电流的频率为5Hz B、此交变电流的周期为0.1s

C、将标有“12V、3W”的灯泡接在此交变电流上，灯泡可以正常发光 D、图像上对应的0.15s时刻，发电机中的线圈刚好转至中性面

4.如图所示，一正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动沿OO′观察，线圈逆时针转动，已知匀强磁场的磁感应强度为B，线圈匝数为n，边长为l，电阻为R，转动的角速度为ω，则当线圈转至图示位置时（ ）

nBl2

A．线圈中感应电流方向为abcda B．线圈中感应电流为

R

C．穿过线圈的磁通量为0 D．穿过线圈的磁通量的变化率为0

5.一个矩形线圈在匀强磁场中转动，产生的感应电动势按正弦规律

变化，其瞬时值的表达式为e=220的是：( )

sin100πtV，下列说法中正确

与中性面重合

A．频率是50Hz B．当t=0时，线圈平面

C．当t=1/100 s时，e的值最大为220V D．线圈转动的角速度为314rad/s

6、一矩形线圈,绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面的固定轴转动,线圈中的感应电动势e

随时间t的变化如图所示,下面说法中正确的是

（ ）

A.t1时刻通过线圈的磁通量为零 B.t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大

C.t3时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大【第五章交变电流导学案】

1

-D.每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值最小

框转至中性面时开始计时。t1=1/60s，线框中感应电动势为

t2=1/30s时，线框中感应电动势为50

3V，求：（1）感

应电动势的最大值； （2）线框转动的角速度的大小；（3）线框中感应电动势的瞬时

表达式。【第五章交变电流导学案】

8.匀强磁场的磁感应强度B，边长L的正方形线圈abcd共N匝,线圈电阻为r ,线圈绕垂直于磁感线的轴OO’ 以如图所示的角速度ω匀速转动,外电路电阻为R .

⑴在答卷图中标出此刻线圈感应电流的方向. (2)转动过程中感应电动势的最大值有多大? (3)线圈平面与磁感线成60°时的感应电动势多大?

(4)从图示位置开始,线圈转过600

的过程中通过电阻R的电量是多少？

Em-Et

第五篇:《选修3-2第五章第1节交变电流导学案》

选修3-2第五章第1节交变电流导学案

一、预习目标

1、知道交变电流产生的原理

2、知道交变电流的变化规律及物理量间的关系 二、预习内容

1、交变电流

________和________随时间做_________变化的电流叫做交变电流，简称交流（ ） ________不随时间变化的电流称为直流（ ）

大小和方向都不随时间变化的电流叫做_________电流 2、交变电流的产生 （1）过程分析

甲 乙 丙 丁 戊

（2）中性面：_______________________________ 磁通量___________

磁通量的变化率____________ 特点

感应电动势e＝________，_______感应电流

感应电流方向________，线圈转动一周，感应电流方向改变______次

课内探究学案

一、学习目标

1、理解交变电流的产生原理及变化规律；

2、理解描述交变电流几个物理量以及它们之间的关系；

学习重难点：交变电流的产生原理、变化规律及物理量间的关系 二、学习过程

1、为什么矩形线框在匀强磁场中匀速转动，线框里能产生交变电流？

2、交变电流的产生过程中的两个特殊位置及特点是什么？

(1)中性面：与匀强磁场磁感线垂直的平面叫中性面.线圈平面处于跟中性面重合的位置时；

(a)线圈各边都不切割磁感线，即感应电流等于零；

(b)磁感线垂直于该时刻的线圈平面，所以磁通量最大，磁通量的变化率为零. (c)交变电流的方向在中性面的两侧是相反的.

(2)线圈平面处于跟中性面垂直的位置时，线圈平面平行于磁感线，磁通量为零，磁通量的变化率最大，感应电动势、感应电流均最大，电流方向不变.

3、交变电流的变化规律：

如图5－1－1所示为矩形线圈在匀强磁场中匀速转动的四个过程：

当以线圈通过中性面对为计时起点时，交变电流的函数表达式：e=Em sinωt，其中Em=2NBLv=NBωS；i=Im sinωt，其中Im=Em/R。

当以线圈通过中性面对为计时起点时，交变电流的函数表达式：e=Em sinωt，其中Em=2NBLv=NBωS；i=Im sinωt，其中Im=Em/R。

图5－1－2所示为以线圈通过中性面时为计时起点的交变电流的e－t和i-t图象：

三、反思总结

1.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动（绕与磁场垂直的轴）时，线圈中产生正弦交变电流，从中性面开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为：

e=NBSωsinωt= Emsinωt e—ωt图线是一条正弦曲线. 2.中性面特点：Φ最大，而e=0. 四、当堂检测

1、交流发电机在工作时电动势为e= Emsinωt ，若将发电机的转速提高一倍，同时将电枢所围面积减少一半，其它条件不变，则电动势为（ ）

A、e= Emsin（ωt/2） B、e= 2Emsin（ωt/2） C、e= Emsin2ωt D、e= Em/2sin2ωt 答案：C

2、如图是一个正弦交变电流的i—t图象，根据这一图象，该交流电的瞬时值表达式为-----------A

答案：i=5sin(5πt)

课后练习与提高

1、如图甲中所示，一矩形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线圈所围面积的磁通量Φ随时间t变化的规律如图乙所示，下列论述正确的是（ ） A、t1时刻线圈中感应电动势最大； B、t2时刻导线ad的速度方向跟磁感线垂直；

C、t3时刻线圈平面与中性面重合； D、t4 、t5

时刻线圈中感应电流方向

相同

答案：B C

2、如图所示，一交流发电机的线圈在匀强磁场中匀速转动，线圈匝数N=100，线圈电阻r=3Ω，ab=cd=0.5m，bc=ad=0.4m，磁感应强度B=0.5T，

电阻R=311Ω，当线圈以n=300r/min的转速匀速转动时，求： ⑴感应电动势的最大值； ⑵t=0时刻，线圈在图示位置，写出此交变电流电动势的瞬时值表达式；

⑶此电压表的示数是多少？

答案：(1)100πV (2)e=100πcos(10πt)V (3)U=220V

第五章交变电流导学案

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