5.1交变电流导学案

新课导入：

今天我们开始学习交变电流，交变电流是电磁感应现象的进一步延伸。 知识链接:

电路中产生感应电流的条件：(1)电路闭合（2）磁通量变化 感应电流方向的判断：楞次定律 右手定则 感应电动势的计算：法拉第电磁感应定律：

（1）E＝BLvsin θ.( 导体切割磁感线时产生的感应电动势)

一、教学目标

（1）使学生理解交变电流的产生原理，知道什么是中性面。 （2）掌握交变电流的变化规律及表示方法。

（3）理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准确含义。 二、教学重点：交变电流产生的物理过程的分析 三、教学难点：交变电流的变化规律及应用

新课教学：

（一）探究手摇交流发电机输出电流的特点：

实验一：用手摇交流发电机对小灯泡供电 现象：小灯泡一闪一闪地发光 结论：电流的大小是周期变化的

实验二：用手摇交流发电机对并联的反向的发光二极管供电 现象：两个发光二极管轮流发光 结论：电流的方向是周期变化的

小结：手摇交流发电机的输出电流的大小和方向都随时间做周期性的变化。 1、 交变电流，简称交流（AC）：大小和方向都随时间做周期性变化的电流

例： 家庭电路中的电流属于交流 2、 直流（DC）：方向不随时间变化的电流

大小、方向均不随时间变化的电流叫恒定电流。

例：电池供给的电流,大小和方向都不随时间变化,所以属于直流.，也是恒定电流 思考:交变电流的大小是否一定变化?这与直流电的最大区别是什么? 用示波器观察交流电通过二极管前后的波形 （二）探究（正弦式）交变电流的产生： 1、（正弦式）交变电流的产生：

线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,线圈中就会产生正弦交变电流. 2、交流发电机的构造： 思考：

1、线圈沿逆时针方向匀速转动过程，哪些边切割磁感线？（ab和cd）

2、在转动过程中，哪个位置线圈中没有电流，哪个位置线圈中电流最大？磁通量的情况呢？

物理学中把线圈平面与磁感线垂直时的位置称为为中性面。

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3、 你能判断出线圈从中性面开始逆时针转动一周中，线框中电流方向吗？

中性面位置：无电流 电流最大 中性面位置：无电流 电流最大 中性面位置：无电流 由甲图位置到丙图位置，电流方向：A-B-C-D ； 由丙图位置到甲图位置， 电流方向：D-C-B-A 4、你能总结线圈在转动过程中，电流方向的变化规律吗？

线圈平面每经过中性面时，感应电流的方向就改变一次，线圈转动一周，感应电流的方向改变两次。 5、你能定性的分析出线圈从中性面转动半周过程中电流的大小变化规律吗？

从中性面开始转动过程中，电流从零逐渐变大到最大，再由最大减小到下一个中性面变为零。 （三）定量分析交变电流的变化规律：

如图所示，在磁感应强度B的匀强磁场中，矩形线圈逆时针绕中轴匀速转动，角速度为ω。图中标A的小圆圈表示线圈AB边的横截面，标D的小圆圈表示线圈CD边的横截面,AB、CD长度为L1，AD、BC长度为L2，设线圈平面从中性面开始转动。 思考：

1.线圈与中性面的夹角是多少？___________ 2. AB边的速度多大？_____________v1L2 21L2sin 212nBL1L2sinnBSsin

2 3. AB边速度方向与磁场方向夹角多大？____________

4. AB边产生的感应电动势多大？___________________eABnBL1 5.线圈中感应电动势多大？_______________eeABeCD结论：

1、当线圈abcd经过中性面时开始计时，t，enBSsintEmsint 2、Em是感应电动势的最大值，叫做峰值。Em=NBS=Nm

,与线圈形状和转轴位置无关。

3、由于电动势按正弦规律变化，当负载为电灯等用电器时，负载两端的电压u、通过的电流i，

也按正弦规律变化，uUmsint，iImsint 4、图像：

这种按正弦函数规律变化的交变电流叫正弦式交变电流，简称正弦式电流。 思考：

1、如果从线框平面与磁感线平行的位置开始计时，那么表达式如何？

enBScostEmcost

2、转速对交变电流的影响：

由e=NBSωsinωt可知，当转速增大时，角速度也增大，使得感应电动势随之增大，同时交变电流的变化也加快。

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3、注意：两个特殊位置的不同特点：

（1）线圈平面与中性面重合时，SB，最大，e0，i0，电流方向发生改变； （2）线圈平面与中性面垂直时，S//B，0，e最大，i最大，电流方向不变；

正弦交变电流是一种最简单又最基本的交变电流，家庭电路的交变电流就是正弦交变电流。实际中应用的交变电流，不只限于正弦交变电流，它们随时间变化的规律是各种各样的。

典例分析：

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 跟踪练习：下图中哪些情况线圈中产生了交流电( )

例2：交流发电机工作时的电动势的变化规律为 e=EmSinωt，如果转子的转速n提高一 倍，其它条件不变，则电动 势的变化规律将变化为：

A。e=EmSin2ωt B. e=2EmSin2ωt C. e=2EmSin4ωt D. e=2EmSinωt

例3、如图所示，ab边长为20cm，ad边长为10cm的矩形单匝线圈，磁场的磁感应强度B＝0.2T，线圈转速n＝100r/s.求： (1)线圈产生的感应电动势的最大值； 1(2)若从中性面计时，经过 600 s时线圈电动势的瞬时值是多大？

例4 一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电动势的最大值为 311V，线圈在磁场中转动的角速度是100πrad/s。 （1）写出感应电动势的瞬时值表达式。

（2）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路的总电阻为100Ω，试写出通过负 载的电流强度的瞬时表达式、在t=1/120s时电流强度的瞬时值为多少？ （3）线圈从中性面转过180度的过程中，电动势的最大值、平均值分别是多少？ （4）转动过程中磁通量的变化率最大值是多少？

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