导学案
5.1交变电流
【要点导学】
一、交变电流的定义
直流电
交变电流
二、正弦式交流电的产生及规律
线圈中的电流方向
过程 甲→乙 乙→丙 丙→丁 丁→戊
电流方向
【反馈练习】
1.关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流, 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要改变一次
2. 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转动，穿过线圈平面的磁通量Φ与产生的感应电动势e的大小关系正确的是 （ ）
A．Φ最大，e最大．
B．Φ最小，e最小．
C．Φ最大，e最小．
D．Φ最小，e最大．
1.中性面的特点
感应电动势 电流 φ △φ/△t
线圈经中性面
线圈平行磁场时
2.
3.表达式
（1）推导（画出侧视图）
（2）结论
条件
思考：转轴垂直匀强磁场，从线圈平行于磁场时开始计时，电动势变化表达式？
【反馈练习】
3.交流发电机工作时的电动势的变化规律为e=Emsinωt ，如果线圈的角速度ω提高1倍，其它条件不变，则电动势的变化规律将变化为（ ）
A、e=Emsinωt B、e=2Emsinωt C、e=2Emsin2ωt D、e=2Emsin4ωt
四、交变电流的图像：
五、交变电流的种类：
【反馈练习】
4、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转动，线圈中的感应电动势随时间的变化规律如图所示，下面说法中正确的是：（ ）
t1时刻通过线圈的磁通量为零；
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变化率的绝对值最大；
D.每当e变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大
5.P书本34页第五题
6、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100πrad/s。
（1）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？
（2）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？
【课后小练】
1、闭合线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的交流电瞬时值的表达式为i=0.2sin100πt，从t＝0到第一次出现通过线圈的磁通量变化率最大值的时间为（ ）
A.1/50 s B.1/100 s C.1/200 s D1/400 s
2．线圈在匀强磁场中转动产生的交流电动势为e=10sin20πt伏，则下列说法中正确的是（ ）
A．t=0时，线圈平面垂直于转轴； B.t=0时，穿过线圈的磁通量最大；
C．t=0时，导线切割磁感线的有效速度最大；D.t=0.4秒时，e有最大值10伏
3、如图（甲）所示，单匝矩形线圈的一半放在具有理想边界的匀强磁场中，线圈轴线OO’与磁场边界重合。线圈按图示方向匀速转动。若从图示位置开始计时，并规定电流方向沿a→b→c→d→a为正方向，则线圈内感应电流随时间变化的图像是下图（乙）中的哪一个？
（ ）
4、一个交变电流发电机产生的电动势为e=200sin100πtV，如果把线圈和一个阻值为100Ω的电阻组成闭合回路，线圈的电阻可略去不计，那么，流过电阻的电流瞬时表达式为i= A，电阻两端电压瞬时表达式u= V。
5、如图所示，匀强磁场的磁感应强度B=2 T，匝数n=6的矩形线圈abcd绕中心轴OO′匀速转动，角速度ω=200 rad/s。已知ab=0.1 m，bc=0.2 m，线圈的总电阻R=40Ω，试求：
（1）感应电动势的最大值，感应电流的最大值；
（2）设时间t=0时线圈平面与磁感线垂直，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式；
（3）画出感应电流的瞬时值i随ωt变化的图象；
（4）当ωt=30°时，穿过线圈的磁通量和线圈中的电流的瞬时值各是多大？
（5）线圈从图示位置转过的过程中，感应电动势的平均值是多大？通过线圈某一横截面的电量q？(共19张PPT)
5.1交变电流
一、交变电流的定义
实验一
（1）用干电池对小灯泡供电
（1 ） 用手摇式发电机对小灯泡供电
实验二
( 2 ) 在手摇式发电机输出端接上电流表
方向不随时间变化的电流直流电（DC),
大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流(AC) 。
二、交变电流的产生原理
1、多媒体演示矩形线圈在匀强磁场中匀速转动的整个过程
1 . 介绍装置的结构。
2 .为什么能产生电流？
3.为什么电流方向改变？
2、过程分析
思考：在线圈转动的过程中，那些边会产生感应电动势？
ab边 cd边
方法：怎样将立体图转化为侧视图？
将立体图转化为侧视图
（1）在线圈由甲转到乙的过程中，ab中电流方向？ cd中电流方向 线圈中电流方向？
a到b,c到d，abcd
过程
线圈中的电流方向
甲→乙
乙→丙
丙→丁
丁→戊
abcd
abcd
dcba
dcba
（2）：电流方向什么位置发生改变？
当线圈和磁场方向垂直时，电流方向改变。此位置对应的平面称为：中性面。
（3）线圈转到什么位置，电流最小（没有电流）？ 线圈转到什么位置，电流最大？
线圈经过中性面时，电流为0。线圈平行磁场时，电流最大。
以线圈经过中性面开始计时，切割边长为L1，另一边长为L2,线圈匝数为N，转动的角速度为ω推导任意时刻t线圈中的感应电动势e
∴
令
则有
e为电动势在时刻t的瞬时值，Em为电动势的最大值（峰值）NBSω
=NBSω
3、公式推导
1、电动势按正弦规律变化
2、电流按正弦规律变化
3、电压按正弦规律变化
成立条件：
转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时
小结：
思考：转轴垂直匀强磁场，从线圈平行于磁场时开始计时，电动势变化表达式？
1.交流发电机工作时的电动势的变化规律为e=Emsinωt ，如果线圈的角速度ω提高1倍，其它条件不变，则电动势的变化规律将变化为（ ）
A、e=Emsinωt B、e=2Emsinωt
C、e=2Emsin2ωt D、e=2Emsin4ωt
C
巩固练习：
三、交变电流的图象
e=Emsinωt
i=Imsinωt
e
i
ωt
ωt
Em
Im
t
t
T
3T/4
T/2
T/4
π/2
3π/4
π
π/4
(1)正弦交流电
(2)示波器中的锯齿形扫描电压
(3)电子计算机中的矩形脉冲
(4)激光通信中的尖脉冲
四、交变电流的种类
2、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转动，线圈中的感应电动势随时间的变化规律如图所示，下面说法中正确的是：
T1时刻通过线圈的磁通量为零；
T2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大；
T3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大；
每当e变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大。
答案： D
巩固练习：
3.P书本34页第五题
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100πrad/s。
（1）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？
（2）线圈从中性面转过180度的过程中,平均值是多少？
答案 （1）I=3.11Sin（100π×1/120）=3.11×1/2=1.555（A）
（2）E=NΔφ/Δt=2NBSω/π≈198V
