2019-2020学年新素养同步导学沪教版高中物理选修3-2（课件 讲义，含物理核心素养）第2章 交变电流与发电机 (共12份打包)

2.1　怎样产生交变电流 [学科素养与目标要求] 物理观念：1.会观察电流(或电压)的波形图，理解交变电流和直流的概念.2.知道交变电流的变化规律及表示方法，知道交变电流的瞬时值、最大值的物理意义. 科学思维：1.根据法拉第电磁感应定律和楞次定律分析感应电流的产生过程，会推导电动势和交变电流随时间的变化规律.2.认识交变电流的图像，并能将图像与实际运动相结合. 一、交变电流 两个发光二极管接成如图1所示电路 图1 (1)把电路接在干电池的两端时，可以观察到的现象是什么？ (2)把电路接在手摇式发电机两端时，又会观察到怎样的现象？ 答案　(1)当接在干电池两端时，只有一个发光二极管会亮. (2)当接在手摇式发电机两端时，两个发光二极管间或闪亮，原因是发电机产生与直流不同的电流，两个发光二极管一会儿接通这一个，一会儿再接通另外一个，电流方向不停地改变. [要点总结] 1.交流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫交变电流，简称交流. 2.直流：方向不随时间变化的电流称为直流.大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流. 3.对直流电流和交变电流的区分主要是看电流方向是否变化. 例1　(多选)如图所示的图像中属于交变电流的有(　　) 答案　ABC 解析　选项A、B、C中e的方向均发生了变化，故它们属于交变电流；选项D中e的方向未变化，故是直流. 二、交变电流的产生 图2 假定线圈沿逆时针方向匀速转动，如图2甲至丁所示.请分析判断： (1)图中，在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？ (2)在线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？ (3)当线圈转到什么位置时线圈中感应电动势为零，转到什么位置时线圈中的感应电动势最大？ (4)大致画出线圈转动一周的过程中，电动势e随时间变化的曲线，从E经过负载流向F的电流记为正，反之为负.在横坐标上标出线圈到达甲、乙、丙、丁几个位置时对应的时刻. 答案　(1)由B到A　(2)由A到B (3)线圈转到甲或丙位置时线圈中感应电动势为零，称为中性面.线圈转到乙或丁位置时线圈中的感应电动势最大. (4) [要点总结] 1.交流发电机的构造：主要由可转动的线圈(电枢)和磁体两部分组成. 2.正弦式交变电流的产生：将闭合线圈置于匀强磁场中，并绕垂直磁场方向的轴匀速转动. 3.中性面——线圈平面与磁感线垂直时的位置 (1)线圈处于中性面位置时，穿过线圈的Φ最大，但线圈中的感应电动势为零(填“最大”或“零”). (2)线圈每次经过中性面时，线圈中感应电动势方向都要改变.线圈转动一周，感应电动势方向改变两次. 4.旋转电枢式发电机和旋转磁极式发电机 (1)旋转电枢式发电机产生电压一般不超过500 V (2)旋转磁极式发电机能产生几千伏到几万伏电压 5.交变电流的电能从哪里来 从能量转化的角度看，发电机是把机械能转变为电能的机器. 例2　(多选)矩形线框绕垂直于匀强磁场且在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，各边切割磁感线的速度为零 答案　CD 解析　线框位于中性面时，线框平面与磁感线垂直，穿过线框的磁通量最大，但此时切割磁感线的两边的速度与磁感线平行，即不切割磁感线，所以感应电动势等于零，此时穿过线框的磁通量的变化率等于零，感应电动势或感应电流的方向也就在此时刻变化.线框垂直于中性面时，穿过线框的磁通量为零，但切割磁感线的两边都垂直切割，有效切割速度最大，所以感应电动势最大，此时穿过线框的磁通量的变化率也最大.故C、D选项正确. 三、交变电流的变化规律 如图3所示是线圈ABCD在磁场中绕轴OO′转动时的截面图.设AB边长为L1，BC边长为L2，线圈面积S＝L1L2，磁感应强度为B，线圈转动的角速度为ω，则： 图3 (1)甲、乙、丙位置AB边产生的感应电动势各为多大？ (2)甲、乙、丙位置整个线圈中的感应电动势各为多大？ (3)若线圈有n匝，则甲、乙、丙中整个线圈的感应电动势各为多大？ 答案　(1)甲：eAB＝0 乙：eAB＝BL1vsin ωt＝BL1·sin ωt ＝BL1L2ωsin ωt＝BSω·sin ωt 丙：eAB＝BL1v＝BL1·＝BL1L2ω＝BSω (2)整个线圈中的感应电动势由AB和CD两部分产生，且eAB＝eCD，所以 甲：e＝0 乙：e＝eAB＋eCD＝BSω·sin ωt 丙：e＝BSω (3)若线圈有n匝，则相当于n个完全相同的电源串联，所以 甲：e＝0 乙：e＝nBSωsin ωt 丙：e＝nBSω [要点总结] 1.正弦式交变电流的瞬时值表