第03章 第2节 交变电流是怎样产生的-【创新设计】2019版同步课堂讲义物理（鲁科版选修3-2）

第2节　交变电流是怎样产生的 学习目标 核心提炼 1.认识交流发电机，了解交流发电机的结构。 1个原理——交变电流的产生原理 2个位置——中性面和与中性面垂直的平面[来源:学科网ZXXK] 3个表达式——交变电流的电动势、电流、电压的表达式[来源:Z+xx+k.Com] 1个图象——交变电流的图象[来源:学科网ZXXK][来源:学|科|网Z|X|X|K] 2.理解交变电流的产生和变化规律，知道中性面的概念。[来源:学#科#网Z#X#X#K] 3.能用数学表达式和图象描述正弦交变电流的变化规律，知道最大值、有效值和瞬时值之间的关系。已知数学表达式能描绘出图象，已知图象能写出数学表达式。 一、交流发电机 　阅读教材第49～50页，了解交流发电机的结构。 1.原理：闭合导体与磁极之间做相对运动，穿过闭合导体的磁通量发生变化。 2.构造：主要有线圈(电枢)和磁极两部分。 3.分类 (1)旋转电枢式发电机：磁极固定不动，让电枢在磁极中旋转。 (2)旋转磁极式发电机：电枢固定不动，让磁极在电枢中旋转。 4.转子与定子：转动的部分叫转子，固定不动的部分叫定子。 思维拓展 　旋转电枢式发电机如图1甲所示和旋转磁极式发电机如图乙所示的发电原理相同吗？利用了什么原理？ 图1 答案　相同。都利用了电磁感应原理。 二、交变电流的产生原理 　阅读教材第50～52页，知道交变电流是如何产生的。 1.正弦式交变电流的产生条件：将闭合矩形线圈置于匀强磁场中，并绕垂直磁场方向的轴匀速转动。如图2所示。 图2 2.两个特殊位置 (1)中性面：线圈平面与磁感线垂直时的位置。(S⊥B位置，如图1中的甲、丙) ①线圈处于中性面位置时，穿过线圈的Φ 最大，但线圈中的电流为零。 ②线圈每次经过中性面时，线圈中感应电流的方向都要改变，线圈转动一周，感应电流的方向改变两次。 (2)垂直中性面位置(S∥B位置，如图1中的乙、丁) 此时穿过线圈的Φ为零，电流最大。 思考判断 (1)只要线圈在磁场中转动，就可以产生交变电流。(×) (2)线圈在通过中性面时磁通量最大，电流也最大。(×) (3)线圈在通过垂直中性面的平面时电流最大，但磁通量为零。(√) (4)线圈在通过中性面时电流的方向发生改变。(√) 三、交变电流的变化规律 　阅读教材第52～54页，知道并掌握交变电流的变化规律。 1.瞬时值表达式：从中性面开始计时，电动势：e＝Emsin_ωt，电压：u＝Umsin__ωt，电流i＝Imsin_ωt。 2.峰值：表达式中的Em、Um、Im分别为电动势、电压和电流可以达到的最大值，叫做峰值。 3.交流发电机输出的电压波形 思维拓展 　线圈电动势的最大值与哪些因素有关？ 答案　因为Em＝NBSω，即与磁感应强度、线圈的匝数、面积、线圈转动的角速度有关。 预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中 问题1 问题2 　交变电流的产生 [要点归纳] 　线圈绕OO′轴沿逆时针方向匀速转动，如图3甲至丁所示。 图3 1.过程分析 转动过程 磁通量变化 电流方向 甲→乙 减小 B→A→D→C 乙→丙 增大 B→A→D→C 丙→丁 减小 A→B→C→D 丁→甲 增大 A→B→C→D 2.两个特殊位置的对比 中性面位置(甲、丙) 与中性面垂直位置(乙、丁) 位置 线圈平面与磁场垂直 线圈平面与磁场平行 磁通量 最大 零 磁通量变化率 零 最大 感应电动势 零 最大 感应电流 零 最大 电流方向 改变 不变 [精典示例] [例1] (多选)如图4所示为演示交变电流产生的装置图，关于这个实验，下列说法正确的是(　　) 图4 A.线圈每转动一周，指针左右摆动一次 B.图示位置为中性面，线圈中无感应电流 C.线圈逆时针转动到图示位置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 解析　线圈在磁场中匀速转动时，在电路中产生呈周期性变化的交变电流，线圈经过中性面时电流改变方向，线圈每转动一周，有两次通过中性面，电流方向改变两次，指针左右摆动一次，故选项A正确；线圈处于图示位置时，ab边向右运动，由右手定则知，ab边的感应电流方向为a→b，感应电流最大，故选项B错误，C正确；线圈平面与磁场方向平行时，ab、cd边垂直切割磁感线，线圈产生的电动势最大，也可以这样认为，线圈平面与磁场方向平行时，磁通量为零，磁通量的变化率最大，故选项D错误。 答案　AC 交变电流的变化特点 (1)线圈转至与磁感线平行时，磁通量的变化率最大，感应电动势最大，故线圈每转一周，电动势最大值出现两次。 (2)线圈每经过中性面一次，感应电流和感应电动势的方向都要改变一次。线圈转动一周，两次经过中性面，感