交變電流

【教學(xué)目標(biāo)】

一、知識(shí)與技能

1．使學(xué)生理解交變電流的產(chǎn)生原理，知道什么是中性面。

2．掌握交變電流的變化規(guī)律及表示方法。

3．理解交變電流的瞬時(shí)值和最大值及中性面的準(zhǔn)確含義。

二、過(guò)程與方法

1．掌握描述物理量的三種基本方法（文字法、公式法、圖象法）。

2．培養(yǎng)學(xué)生觀察能力，空間想象能力以及將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖形的能力。

3．培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問(wèn)題的能力。

三、情感、態(tài)度與價(jià)值觀

通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，體會(huì)運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理

問(wèn)題的重要性。

【教學(xué)重難點(diǎn)】

1．交變電流產(chǎn)生的物理過(guò)程的分析。

2．交變電流的變化規(guī)律及應(yīng)用。

【教學(xué)過(guò)程】

一、復(fù)習(xí)提問(wèn)、新課導(dǎo)入

演示：觀察直流電和交變電流的波形圖

學(xué)生觀察波形，引出直流電流和交變電流的概念。

二、新課教學(xué)

（一）交變電流

1．直流電流（DC）

方向不隨時(shí)間變化的電流稱(chēng)為直流。

電池供給的電流，大小和方向都不隨時(shí)間變化，所以屬于直流。

2．交變電流（AC）

電流、電壓大小和方向隨時(shí)間做周期性變化，這樣的電流叫作交變電流。

演示：用示波器觀察交流電通過(guò)二極管前后的波形。

加深學(xué)生對(duì)交變電流的理解。

[例題1]下列表示交變電流的有（）

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答案：CE

演示：觀察交變電流的方向

把兩個(gè)發(fā)光顏色不同的發(fā)光二極管并聯(lián)，注意使兩者正、負(fù)極的方向不同，然后連

接到教學(xué)用發(fā)電機(jī)的兩端。轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，兩個(gè)磁極之間的線(xiàn)圈隨著轉(zhuǎn)動(dòng)。觀察發(fā)光二極管

的發(fā)光情況。

實(shí)驗(yàn)說(shuō)明手搖發(fā)電機(jī)輸出的是交流電。

（二）交變電流的產(chǎn)生

首先引導(dǎo)學(xué)生思考：

（1）為什么矩形線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)線(xiàn)圈里能產(chǎn)生交變電流？

希望學(xué)生說(shuō)出：1、表面的切割說(shuō)；2、磁通變化的問(wèn)題。

（2）線(xiàn)圈中感應(yīng)電流的方向如何？

（3）當(dāng)線(xiàn)圈轉(zhuǎn)到什么位置時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大？線(xiàn)圈轉(zhuǎn)到什么位置時(shí)，產(chǎn)

生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小？（利用此圖分析在具體的幾個(gè)特殊位置分析感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)）

通過(guò)講解，引出中性面的概念和特點(diǎn)。

1．概念：線(xiàn)圈平面與磁感線(xiàn)垂直的位置。

2．特點(diǎn)：

①線(xiàn)圈通過(guò)中性面瞬間不切割磁感線(xiàn)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流為零。

②中性面位置磁通量最大，磁通量的變化率等于0。

③每當(dāng)線(xiàn)圈經(jīng)過(guò)中性面一次，感應(yīng)電流方向就改變一次。

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[例題2]一矩形線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)線(xiàn)圈通過(guò)中性面時(shí)（）

A．線(xiàn)圈平面與磁感線(xiàn)方向平行

B．通過(guò)線(xiàn)圈的磁通量達(dá)到最大值

C．通過(guò)線(xiàn)圈的磁通量變化率達(dá)到最大值

D．線(xiàn)圈中的電動(dòng)勢(shì)達(dá)到最大值

答案：B

（三）交變電流的變化規(guī)律

接上述思考：線(xiàn)圈由甲轉(zhuǎn)到乙，由乙轉(zhuǎn)到丙，由丙轉(zhuǎn)到丁，由丁轉(zhuǎn)到甲的過(guò)程中電

流大小變化嗎？若變，如何變？

在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，矩形線(xiàn)圈AB邊長(zhǎng)為L(zhǎng)1，BC邊長(zhǎng)為L(zhǎng)2，逆時(shí)針

繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度為ω，從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，經(jīng)時(shí)間t，線(xiàn)圈中的感

應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是多少？

請(qǐng)學(xué)生逐步分析：

①線(xiàn)圈與中性面的夾角是多少？

②AB邊速度方向與磁場(chǎng)方向夾角多大？

③AB邊的速度是多少？

④AB邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)多大？

⑤線(xiàn)圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)多大？若線(xiàn)圈的匝數(shù)為N匝呢？

教師解答：

①線(xiàn)圈與中性面的夾角

②AB邊速度方向與磁場(chǎng)?方=向??夾角為

③AB邊的速度是

1???

④邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)2為

AB?=2??

1

⑤線(xiàn)圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)?=2??1?2??????

若線(xiàn)圈的匝數(shù)為N匝?時(shí)=，??1?2??????，而，所以

總結(jié)：?=???1?2???????1?2=??=?????????

1．電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間變化的規(guī)律：

2．負(fù)載兩端的電壓u隨時(shí)間變化?的=規(guī)?律??：????

3．電流i隨時(shí)間變化的規(guī)律：?=???????

其中ω等于線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，?=???????

根據(jù)函數(shù)，結(jié)合數(shù)學(xué)知識(shí)，繪制?圖?象=：????

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思考：磁通量變化規(guī)律？

幾種常見(jiàn)的交變電波形

（四）交流發(fā)電機(jī)

介紹交流發(fā)電機(jī)

1．發(fā)電機(jī)的基本組成：

①用來(lái)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的線(xiàn)圈（叫電樞）

②用來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁極

2．發(fā)電機(jī)的基本種類(lèi)：

①旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)（電樞動(dòng)，磁極不動(dòng)）

②旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)（磁極動(dòng)，電樞不動(dòng)）

三、鞏固練習(xí)

1．判斷正誤：

（1）只要線(xiàn)圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，就可以產(chǎn)生交變電流。（）

（2）當(dāng)線(xiàn)圈中的磁通量最大時(shí)，產(chǎn)生的電流也最大。（）

（3）當(dāng)線(xiàn)圈平面與磁場(chǎng)垂直時(shí)，線(xiàn)圈中沒(méi)有電流。（）

（4）按正弦規(guī)律變化的交變電流稱(chēng)為正弦式交變電流。（）

（5）電子技術(shù)中所用到的交變電流全都是正弦式交變電流。（）

2．一閉合矩形線(xiàn)圈abcd繞垂直于磁感線(xiàn)

的固定軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線(xiàn)圈平面位于如圖

甲所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。通過(guò)線(xiàn)圈的磁通量Φ隨

時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示，下列說(shuō)法正確

的是（）

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A．t1、t3時(shí)刻通過(guò)線(xiàn)圈的磁通量變化率最大

B．t1、t3時(shí)刻線(xiàn)圈中感應(yīng)電流方向改變

C．t2、t4時(shí)刻線(xiàn)圈中磁通量最大

D．t2、t4時(shí)刻線(xiàn)圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小

3．如圖所示，一矩形閉合線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)軸OO′以恒

定的角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)，從線(xiàn)圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，則在這段時(shí)間內(nèi)（）

A．線(xiàn)圈中的感應(yīng)電流一直在減小

B．線(xiàn)圈中的感應(yīng)電流先增大后減小

C．穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量一直在減小

D．穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量的變化率先減小后增大

4．如圖所示為演示交變電流產(chǎn)生的裝置圖，關(guān)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)，正確的說(shuō)法是（）

A．線(xiàn)圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，指針左右擺動(dòng)兩次

B．圖示位置為中性面，線(xiàn)圈中無(wú)感應(yīng)電流

C．圖示位置ab邊的感應(yīng)電流方向?yàn)閍→b

D．線(xiàn)圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，磁通量變化率為零

5．有一個(gè)10匝正方形線(xiàn)框，邊長(zhǎng)為20cm，線(xiàn)框總電阻為1Ω，

線(xiàn)框繞OO′軸以10πrad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖所示，垂直于

線(xiàn)框平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5T。問(wèn)：

（1）該線(xiàn)框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)最大值、電流最大值分別是多

少？

（2）線(xiàn)框從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)60°時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值是多大？

（3）寫(xiě)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式。

6．如圖所示為交流發(fā)電機(jī)示意圖，線(xiàn)圈的AB邊連在金屬滑環(huán)

K上，CD邊連在滑環(huán)L上，導(dǎo)體做的兩個(gè)電刷E、F分別壓在兩個(gè)

滑環(huán)上，線(xiàn)圈在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以通過(guò)滑環(huán)和電刷保持與外電路的連接。關(guān)

于其工作原理，下列分析正確的是（）

A．當(dāng)線(xiàn)圈平面轉(zhuǎn)到中性面的瞬間，穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量最大

B．當(dāng)線(xiàn)圈平面轉(zhuǎn)到中性面的瞬間，線(xiàn)圈中的感應(yīng)電流最大

C．當(dāng)線(xiàn)圈平面轉(zhuǎn)到跟中性面垂直的瞬間，穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量最小

D．當(dāng)線(xiàn)圈平面轉(zhuǎn)到跟中性面垂直的瞬間，線(xiàn)圈中的感應(yīng)電流最小

7．如圖甲所示，單匝矩形線(xiàn)圈的一半放在具有理想邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線(xiàn)圈軸線(xiàn)

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OO′與磁場(chǎng)邊界重合。線(xiàn)圈按圖示方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。若從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，并規(guī)定電

流方向沿a→b→c→d→a為正方向，則線(xiàn)圈內(nèi)感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的圖像是圖乙中的

（）

8．關(guān)于交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律，下列說(shuō)法中正確的是（）

A．周期性變化的電流叫作交變電流

B．交流發(fā)電機(jī)線(xiàn)圈中磁通量最大時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也最大

C．當(dāng)線(xiàn)圈平面與磁感線(xiàn)平行時(shí)，線(xiàn)圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定為零

D．交變電流一定按正弦規(guī)律變化

E．線(xiàn)圈繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)就可以產(chǎn)生正弦式交變電流

9．如圖中各圖面積均為S的線(xiàn)圈均繞其對(duì)稱(chēng)軸或中心軸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中以角速度

ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，能產(chǎn)生正弦交變電動(dòng)勢(shì)e=BSωsinωt的圖是（）

10．一個(gè)匝數(shù)N=100匝的線(xiàn)圈所包圍的面積S=0.02m2，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B=0.5T中繞垂

直于磁感線(xiàn)的軸以角速度ω=100πrad/s