高二物理导学案选修32交变电流Word格式.docx

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3、若线圈有N匝呢？

4、电动势、电流与电压的瞬时值与时间的关系可以用正弦曲线来表示，如下图所示：

5、几种常见的交变电波形

训练案

题型一：

交变电流的概念

1．下列各图中，表示交变电流的是（　　）．

2．矩形线框绕垂直于匀强磁场且沿线框平面的轴匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是（　　）．

A．当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大

B．当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零

C．每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流方向就改变一次

D．线框经过中性面时，各边不切割磁感线

3．下图中哪些情况线圈中产生了交流电（　　）．

题型二：

交变电流的规律

4.如图所示，一矩形线圈abcd，已知ab边长为l1，bc边长为l2，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω从图示位置开始匀速转动，则t时刻线圈中的感应电动势为（　　）．

A．0.5Bl1l2ωsinωt

B．0.5Bl1l2ωcosωt

C．Bl1l2ωsinωt

D．Bl1l2ωcosωt

5.如图所示，一单匝闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动，转动过程中线框中产生的感应电动势的瞬时值为e＝0.5sin（20t）V，由该表达式可推知以下哪些物理量（　　）．

A．匀强磁场的磁感应强度

B．线框的面积

C．穿过线框的磁通量的最大值

D．线框转动的角速度

6.如图所示为演示交变电流产生的装置图，关于这个实验，正确的说法是（　　）．

A．线圈每转动一周，指针左右摆动两次

B．图示位置为中性面，线圈中无感应电流

C．图示位置ab边的感应电流方向为a→b

D．线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零

题型三：

交变电流的图象

7.处在匀强磁场中的矩形线圈abcd，以恒定的角速度绕ab边转动，磁场方向平行于纸面并与ab垂直．在t＝0时刻，线圈平面与纸面重合（如图所示），线圈的cd边离开纸面向外运动．若规定由a→b→c→d→a方向的感应电流为正，则能反映线圈中感应电流i随时间t变化的图线是（　　）．

8．如图所示，面积均为S的线圈均绕其对称轴或中心轴在匀强磁场B中以角速度ω匀速转动，能产生正弦交变电动势e＝BSωsinωt的图是（　　）．

9.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，所产生的交变电流的波形如图所示，下列说法中正确的是（　　）．

A．t1时刻穿过线圈的磁通量达到峰值

B．在t2时刻穿过线圈的磁通量达到峰值

C．在t3时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值

D．在t4时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值

2.2描述交变电流的物理量

【学习目标】

1、知道交变电流的周期和频率，以及它们与转子角速度ω的关系。

2、知道交变电流和电压的最大值、瞬时值、有效值等及其关系。

3、知道我国供电线路交变电流的周期和频率。

【重点、难点】

1、周期、频率的概念，有效值的概念和计算

2、有效值的概念和计算

自主学习案

1.交变电流的周期和频率

（1）周期T：

交变电流完成_________所需要的时间.用_________表示,单位_________.

（2）频率：

1秒内完成_________的次数.用f表示,单位：

_________.

（3）周期和频率的关系：

_________或_________.

（4）物理意义：

表征交变电流变化的快慢.

（5）线圈转动角速度ω与频率f的关系：

2.交变电流的峰值

（1）交变电流在一个周期内所能达到的最大值叫做交变电流的峰值.以此可以表示交变电流的强弱或电压的高低.

（2）意义：

磁场中旋转线圈与中性面垂直时交变电流的瞬时值.对单匝线圈而言,其电压的峰值可表示为Em=_________或Em=_________.

电流的峰值可表示为Im=_________或Im=_________.

3.交变电流的有效值

（1）根据电流的_________来规定.让交变电流和直流通过相同阻值的电阻,如果它们在相等的时间内产生的_________相等,就把这一直流电的数值叫做这一交变电流的有效值.

（2）有效值和峰值的关系

E=___________,U=___________,I=___________.，这一关系只适用于____________电流.

（3）在没有特别说明时,通常所说的交变电压、电压、电动势都是指有效值,交流电表测量的值也是有效值,交流用电设备铭牌标出的电压、电流值也是指有效值.

探究一、周期和频率

1.什么是周期，频率？

它们之间有什么关系？

2.ω与周期T、频率f之间的关系是什么？

3、如图所示，这个交流电的周期是多少？

频率是多少？

探究二、峰值和有效值

（一）、峰值

交变电流的峰值Im或Um表示什么？

（二）、有效值

1.如图所示，通过一个R=1Ω的电阻i随时间变化的曲线。

这个电流不是恒定电流。

2.怎样计算通电1s内电阻R中产生的热量？

3.如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通过这个电阻R，也能在1s内产生同样的热，这个电流是多大？

4.什么是交流电的有效值？

5.理论计算表明，正弦交变电流的有效值I、U与峰值Im、Um之间有什么关系？

探究三、交流电的相位（了解）

1、什么是相位？

2、什么是相位差

交变电流的周期和频率

1．某交变电流的方向在1s内改变100次，则其周期T和频率f分别为（　　）．

A．T＝0.01sB．T＝0.02s

C．f＝100HzD．f＝50Hz

2.某交变电压随时间的变化规律如图所示，则此交变电流的频率为________Hz.线圈转动的角速度是________rad/s.若将此电压加在10μF的电容器上，则电容器的耐压值不应小于________V.

3．我国照明电压的瞬时值表达式为e＝220

sin（100πt）V，它的周期是________，频率是________，在1s内电流的方向改变________次，电压最大值为________．

交流电的有效值和最大值

4．关于交流电的有效值U和最大值Um，下列说法中正确的是（　　）．

A．任何形式的交流电都具有U＝

的关系

B．只有正弦交流电才具有U＝

C．照明电压220V，动力电压380V指的都是最大值

D．交流电压表和交流电流表测的都是最大值

5．已知负载上的交变电流u＝311sin（314t）V，i＝14.1sin（314t）A，根据这两式判断，下述结论中正确的是（　　）．

A．电压的有效值为311VB．负载电阻的大小为22Ω

C．交变电流的频率是55HzD．交变电流的周期是0.01s

6．在电路的MN间加一如图所示的正弦交流电，负载电阻为100Ω，若不考虑电表内阻对电路的影响，则交流电压表和交流电流表的读数分别为（　　）．

A．220V,2.20AB．311V,2.20A

C．220V,3.11AD．311V,3.11A

7．一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图甲所示．已知发电机线圈内阻为5.0Ω，现外接一只电阻为95.0Ω的灯泡，如图5-2-14乙所示，则（　　）．

A．电压表○V的示数为220V

B．电路中的电流方向每秒钟改变50次

C．灯泡实际消耗的功率为484W

D发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2J

8.在图所示电路中，A是熔断电流I0＝2A的保险丝，R是可变电阻，S是交流电源．交流电源的内电阻不计，其电动势随时间变化的规律是e＝220

sin（314t）V．为了不使保险丝熔断，可变电阻的阻值应该大于（　　）．

A．110

Ω

B．110Ω

C．220Ω

D．220

§

2.3示波器的使用

【学习目标】

1．认识学生示波器的各调节旋钮；

2．学会使用示波器观察交流电的波形，加深对正弦交变电流的理解；

【重点难点】

重点是认识示波器面板上各旋钮的作用，

难点是使用示波器。

一、示波器原理

1.若在偏转电极YY’上加电压，电子将在方向上发生偏转；

若在偏转电极XX’上加电压，电子将在方向上发生偏转.（填“竖直”或“水平”）

2.当所加电压恒定时，亮斑的位置是固定的；

当所加电压变化时，亮斑的位置是移动的.

U/V

3.示波器机内扫描电压是加在电极上的（填“YY’”或“XX’”），画出它随时间变化的图像：

2T

3T/2

T

t/s

T/2

二、认识示波器的面板

1.辉度调节旋钮：

用来调节图像.

2.聚焦调节旋钮

3.辅助聚焦旋钮

2和3配合使用，使图线线条清晰

.

4.电源开关

5.指示灯：

指示电源接通

6.竖直旋钮

7.水平位移旋钮

6和7分别用来调节图像在竖直和水平方向的.

8.Y旋钮

9.X增益旋钮

8和9分别用来调节图像在竖直和水平方向的.

10.调节旋钮：

指加在偏转电极上的输入信号按开关上的倍率衰减.“1”表示衰减，“10”表示衰减为，最右边的“

”表示机内提供的正弦交流信号,或检查示波器是否正常工作.

11.范围旋钮：

用来改变扫描电压的频率范围，其中最右边的“外X”表示不使用机内扫描电压，而使用机外输入的扫描信号进行水平扫描.

12.扫描旋钮：

在选定扫描频率范围内调节扫描电压的频率.

13.Y输入、X输入、地：

如果使用机内扫描电压，则不使用.

14.交直流选择开关：

“DC”表示流，“AC”表示流.

15.同步极性开关：

置于“﹢”位置，扫描由被测信号正半周起同步；

置于“-”位置，扫描由被测信号负半周起同步.

注意：

（1）开机和关机前，先把辉度调到亮度最低状态

（2）亮度不宜过大，以免烧坏荧光屏，当亮斑长时间停留在荧光屏上不动时，应将亮度减弱

（3）开关、旋钮用力适度，以防损坏

例1如图为示波器的面板，屏上显示的是一亮度很低，线条较粗且模糊不清的波形.

（1）若要增大显示波形的亮度，应调节旋钮.

（2）若要屏上波形线条变细且边缘清晰，应调节

旋钮.

（3）若要将波形曲线调至屏中央，应调节

与旋钮.

例2如图所示，图甲为示波器上的面板，图乙为一信号源.

（1）若要观测此信号源发出的如图

丙所示的正弦交流信号，应将信号源的a端与示波器面板上的____接线柱相连，b端与接线柱____相连.

（2）若示波器显示屏上显示的波形如图丁所示，要使波形横向展宽，应调节___旋钮.（3）若将信号源改为一节干电池的直流电源，并已正确接入示波器，此时DC、AC开关应置于___________位置.

1．如图示波管，当两偏转电极XX′和YY′电压为零时，电子枪发射的电子经加速电压加速后会打在荧屏上的正中间（图示坐标的O点，其中x轴与XX′电场的场强方向重合，x轴正方向垂直于纸面指向纸内，y轴与YY′电场的场强方向重合）.若要电子打在图示坐标的第Ⅲ象限，则（）

A．X、Y极接电源的正极，X′、Y′接电源的负极

B．X、Y′极接电源的正极，X′、Y接电源的负极

C．X′、Y极接电源的正极，X、Y′接电源的负极

D．X′、Y′极接电源的正极，X、Y接电源的负极

2.用示波器观察频率为900Hz的正弦电压信号.把该信号接入示波器Y输入.

①当屏幕上出现如图所示的波形时,应调节_____钮.如果正弦波的正负半周均超出了屏幕的范围,应调节_____钮或________钮,或这两个钮配合使用,以使正弦波的整个波形出现在屏幕内.

②如需要屏幕上正好出现一个完整的正弦波形,应将___钮置于____位置,然后调节___钮.

3．某学生用示波器观察按正弦规律变化的电压图线时，他将扫描范围旋钮置于第一挡（10Hz～100Hz）.把衰减调节旋钮置于“

”挡，把同步极性选择开关置于“+”位置，调节扫描微调旋钮，在屏上出现了如图甲所示的正弦曲线.后来他又进行了两步调节，使图像变成如图乙所示的曲线，这两步调节可能是（）

A.将衰减调节旋钮换挡并调节标有“↓↑”的竖直位移旋钮

B.将衰减调节旋钮换挡并调节Y增益旋钮

C.调节扫描范围旋钮和调节Y增益旋钮

D.将同步极性选择开关置于“-”位置并调节Y增益旋钮

4．在“练习使用示波器”实验中，某同学将衰减调节旋钮置于最右边的“

”挡，扫描范围旋钮置于“外X”挡，“X输入”与“地”之间未接信号输入电压，他在示波器荧光屏上看到的图象可能是图中的（）

2.42.5电感和电容对交变电流的影响

1、理解为什么电感对交变电流有阻碍作用；

2、知道用感抗来表示电感，电感对交变电流阻碍作用的大小，知道感抗与哪些因素有关；

3、知道交变电流能通过电容，知道为什么电容器对交变电流有阻碍作用；

4、知道用容抗来表示电容对交变电流阻碍作用的大小，知道容抗与哪些因素有关。

1、电感对交变电流的阻碍作用大小及感抗与哪些因素有关；

2、电容对交变电流的阻碍作用大小及容抗与哪些因素有关。

3、交变电流能够通过电容器的本质。

1、实验表明电感对交变电流有阻碍作用：

电感对交变电流阻碍作用的大小用感抗表示，线圈的__________越大，交变电流的____越高，阻碍作用越大，感抗也越大，低频扼流圈的自感系数很大，它有“__________”的作用，高频扼流圈的自感系数较小，它有“______________”的作用。

2、电容对交变电流的阻碍作用：

（1）通过实验可以看到交变电流能够通过电容器，其实自由电荷并未通过极板间的绝缘介质，只是在交变电压的作用下，电容器交替进行________电路中就有了电流。

（2）容抗：

表示电容对交流的阻碍作用的大小，______越大，交流的________越高，电容器对交流的阻碍作用越小，容抗也越小。

（3）电容在电路中的作用是“_______________”

探究一、电感对交变电流的阻碍作用

1、连接实验电络图

2、

（1）

（2）（3）三个电路图中交流电源与直流电源的电动势相同。

A1、A2、A3为三个完全相同的小灯泡。

闭合电键，观察A1、A2、A3亮度。

3、实验结果是什么？

如何解释？

4、什么是感抗？

它的大小与什么因素有关？

探究二、电容对交变电流的作用

1、连接实验电路图

2、

（1）

（2）两个电路中交流电源与直流电源电动势相同，A1、A2、为两个完全相同的小灯泡，闭合电键，观察A1、A2、的亮暗情况。

感抗和容抗

1.如图所示交流电源的电压有效值跟直流电源的电压相等，当将双刀双掷开关接到直流电源上时，灯泡的实际功率为P1，而将双刀双掷开关接在交流电源上时，灯泡的实际功率为P2则（　　）．

A．P1＝P2B．P1＞P2

C．P1＜P2D．不能比较

2．某信号源中有直流成分、交流高频成分和交流低频成分，为使放大器仅得到交流低频成分，如下图所示电路中可行的是（　　）．

3．交变电流通过一段长直导线时，电流为I，如果把这根长直导线绕成线圈，再接入原电路，通过线圈的电流为I′，则（　　）．

A．I′>

IB．I′<

IC．I′＝ID．无法比较

4.如图所示，两个同学利用图示装置做实验，第一位同学使导体杆ab在导轨上匀速运动，第二位同学使杆ab在导轨上做变速运动，但两位同学对ab杆做的功一样多，第一位同学的方法使小灯泡消耗的电能为W1，第二位同学的方法使小灯泡消耗的电能为W2，它们相比较（　　）．

A．W1＝W2B．W1＞W2

C．W1＜W2D．不能比较

5．对电容器能通交变电流的原因，下列说法正确的是（　　）．

A．当电容器接到交流电源上时，因为有自由电荷通过电容器，电路中才有交变电流

B．当电容器接到交流电源上时，电容器交替进行充电和放电，电路中才有交变电流

C．在有电容器的交流电路中，没有电荷定向移动

D．在有电容器的交流电路中，没有电荷通过电容器

6.一个灯泡通过一个线圈与一交流电源相连接，如图所示．一块铁插进线圈之后，该灯将（　　）．

A．变亮

B．变暗

C．没有影响

D．无法判断

电阻、电感、电容的作用比较

7.如图所示的电路中，正弦交流电源电压的有效值为220V，则关于交流电压表的示数，以下说法中正确的是（　　）．

A．等于220V

B．大于220V

C．小于220V

D．等于零

8.在收音机线路中，经天线接收下来的电信号既有高频成分又有低频成分，经放大后送给下一级，需要把低频成分和高频成分分开，只让低频成分输入给下一级，我们采用了如图装置电路，其中代号a、b应选择的元件是（　　）．

A．a是电容较大的电容器，b是低频扼流线圈

B．a是电容较大的电容器，b是高频扼流线圈

C．a是电容较小的电容器，b是高频扼流线圈

D．a是电容较小的电容器，b是低频扼流线圈

9.在频率为f的交变电流电路中，如图所示，当开关S依次分别接通R、C、L支路，这时通过各支路的电流有效值相等．若将交变电流的频率提高到2f，维持其他条件不变，则下列几种情况不正确的是（　　）．

A．通过R的电流有效值不变

B．通过C的电流有效值最大

C．通过L的电流有效值最小

D．流过R、C、L的电流有效值都不变

2.6变压器

1.了解变压器的构造及工作原理。

2.掌握理想变压器的电压、电流与匝数间关系。

3.掌握理想变压器工作规律并能运用解决实际问题。

1、变压器工作原理及工作规律。

2、理解副线圈两端的电压为交变电压。

3、推导变压器原副线圈电流与匝数关系。

4、掌握公式中各物理量所表示对象的含义。

预习案

1．变压器

（1）构造：

由和绕在铁芯上的两个线圈组成。

①原线圈：

与连接的线圈。

②副线圈：

（2）变压器的工作原理：

变压器工作的基础是互感现象，电流通过原线圈时在铁芯中激发的磁场不仅穿过原线圈，也同时穿过副线圈，由于电流的大小、方向在不断变化，铁芯中的磁场也在不断变化，变化的磁场在副线圈中产生

（3）作用：

改变交变电流的电压，不改变交变电流的和。

2．电压与匝数的关系

（1）理想变压器：

没有的变压器。

（2）电压与匝数的关系：

理想变压器原、副线圈的电压之比，等于两个线圈的之比，即：

（3）两类变压器：

副线圈的电压比原线圈电压低的变压器叫变压器；

副线圈的电压比原线圈电压高的变压器叫变压器。

探究一、变压器原理

1、思考与讨论

2、变压器的构造以及原理

探究二、变压器线圈两端的电压与匝数的关系

实验目的：

探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系

实验器材：

可拆变压器，学生电源，多用电表，导线若干

实验步骤：

（1）按图示电路连接电路

（2）原线圈接低压交流电源6V，保持原线圈匝数n1不变，分别取副线圈匝数n2=

n1，n1，2n1，用多用电表交流电压档分别测出副线圈两端的电压，记入表格。

（3）原线圈接低压交流电源6V，保持副线圈匝数n2不变，分别取原线圈匝数n1=

n2，n2，2n2，用多用电表交流电压档分别测出副线圈两端的电压，记入表格。

U1＝6V

实验次数

1

2

3

4

5

6

原线圈匝数n1

n1

n2

副线圈匝数n2

2n1

2n2

副线圈输出电压U2

结论

（4）总结实验现象，得出结论。

注意事项：

（1）连接好电路后，同组同学分别独立检查，然后由老师确认，电路连接无误才能接通电源。

（2）注意人身安全。

只能用低压交流电源，电源电压不能超过12V

（3）使用多用电表交流电压档测电压时，先用最大量程测试，然后再用适当的挡位进行测量。

探究三、理想变压器原线圈的输入功率与副线圈的输出功率关系

变压器的工作原理

1．关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是（　　）．

A．通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变

B．穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等

C．穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势

D．原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈

2．理想变压器在正常工作时，原、副线圈中一定相同的物理量是（　　）．

A．每匝线圈中磁通量的变化率

B．交变电流的频率

C．原线圈的输入功率和副线圈的输出功率

D．原线圈的感应电动势和副线圈的感应电动势

3．对理想变压器作出的判断正确的是（　　）

A．高压线圈匝数多、电流大、导线粗

B．低压线圈匝数少、电流小、导线细

C．高压线圈匝数多、电流大、导线细

D．低压线圈匝数少、电流大、导线粗

变压器的基本规律

4．一理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，原线圈输入电压的变化规律如图甲所示，副线圈所接电路如图乙所示，P为滑动变阻器的触头．下列说法正确的是（　　）．

A．副线圈输出电压的频率为50Hz

B．副线圈输出电压的有效值为31V

C．P向右移动时，原、副