3.1 交变电流 导学案 -2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

第3章 交变电流 第1节 交变电流 【学习目标】 1.通过实验观察交变电流的方向。 2.会分析交变电流的产生过程，会推导交变电流电动势的表达式。 3.掌握什么是正弦式交变电流，会运用正弦式交变电流的瞬时值表达式(重点)。 【知识储备】 问题1：产生感应电流的条件？ 问题2：如何判断感应电流方向？ 问题3：产生感应电动势的条件？ 问题4：感应电动势公式？ 问题5：二极管的特点？ 【课前预习】 一、交变电流 1．波形图：在显示屏上显示的电压(或电流)随时间变化的图像。 2．交变电流：随时间做 的电流，简称交流。 3．直流： 不随时间变化的电流，如电池供给的电流、日常使用的各种充电器输出的电流等。 二、交变电流的产生和变化规律 1、交变电流的产生 （1）产生条件：在匀强磁场中，矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。 （2）中性面：线圈在磁场中转动的过程中，线圈平面与磁场 时所在的平面。 特点∶ 磁通量最 （大或小），E感= ，I感= 。 （3）峰值面：与中性面垂直的平面∶磁通量为0，E感最大，I感最大。 峰值：表达式中的Em、Um、Im分别为电动势、电压和电流可能达到的最大值，叫作峰值。 （4）线圈每转动一周，两次经过中性面，交流电的方向改变 次。 【新课引入】 问题：用电压传感器先观察电池供给的电压的波形，再观察学生电源交流挡供给的电压的波形。这两种波形有什么差异？ 【演示实验】手摇发电机 现象： 说明： 思考1：发电机为何会产生交流电？ 问题：线圈转动时，哪几条边在切割磁感线？ 交流发电机的基本构造 【自主探究】定性分析 在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？ 在线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？ 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？ 甲 乙 丙 丁 Φ V⊥ E 【合作探究】定量计算 匀强磁场B,线圈从中性面开始转动，角速度ω。经过时间 t，线圈转到如图所示位置，已知AB和 CD的长度为L，AD和BC的长度为d，求线圈中的感应电动势的表达式: 经过时间t，线框转过的角度θ= ；AB和CD的速度：v= ； 与磁感线垂直的速度：v⊥= ； AB 边中的感应电动势e1= ； 线圈中的感应电动势e=2e1= ； 注意：S表示线框的面积。 线圈匝数为N时：e= ； 【典例精析】 例1：线框在匀强磁场中绕OO′轴匀速转动(由上向下看是逆时针方向)，当转到如图所示位置时，磁通量和感应电动势大小的变化情况是(　　) A．磁通量和感应电动势都在变大 B．磁通量和感应电动势都在变小 C．磁通量在变小，感应电动势在变大 D．磁通量在变大，感应电动势在变小 例2：一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图甲所示，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＝0.01 s时刻，Φ的变化率最大 C．t＝0.02 s时刻，交变电动势达到最大 D．该线圈产生的相应交变电动势的图象如图乙所示 例3：如图所示的几种情况中，如果N、B、ω、S均相同，则感应电动势的峰值相同吗？ 【课堂小结】 【学以致用】 1.(多选)下列表示交变电流的有（ ） 2.(多选)一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴匀速转动，线圈中的感应电动势e随时间t变化的规律如图所示，则下列说法正确的是(　　) A．图中曲线是从线圈平面与磁场方向平行时开始计时的 B．t1和t3时刻穿过线圈的磁通量为零 C．t1和t3时刻穿过线圈的磁通量的变化率为零 D．感应电动势e的方向变化时，穿过线圈的磁通量最大 3.一个矩形线圈在匀强磁场中