3.1 认识交变电流（word教参）-【优化探究】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第二册（粤教版）

第一节　认识交变电流 学习目标 核心素养 1.了解交变电流和直流电的概念。 2.了解交变电流的产生过程及其变化规律。 3.明确正弦式交变电流的变化规律及表达式，知道中性面、瞬时值、峰值等概念，知道中性面的物理特性。 物理观念：直流电、交流电、中性面、峰值、瞬时值 科学思维：区别直流电和交流电，利用正弦式电流的规律和图像分析相关问题 科学探究：探究线圈转动一周电动势和电流的变化规律 授课提示：对应学生用书第49页 [知识梳理] 一、交变电流、交变电流的图像 1．强弱和方向随时间做周期性变化的电流，简称交流。 2．通过示波器将电信号转化为看得见的图像。电流或电压随时间变化的图像称为交变电流的波形图，我们日常生活和生产中所使用的交变电流就是按正弦规律变化的。 二、交变电流的产生 1．产生过程(示意图) 2．中性面：线圈平面与磁场垂直的位置。 三、用公式描述交变电流 瞬时电动势e＝Emsin ωt，瞬时电压u＝Umsin ωt，瞬时电流i＝Imsin ωt。表达式中Em、Um、Im分别为电动势、电压、电流的峰值，而e、u、i则是相应物理量的瞬时值。 [自主评价] 1．判断正误 (1)线圈转动一周有两次经过中性面，每转一周电流方向改变一次。(×) (2)当线圈中的磁通量最大时，产生的感应电流也最大。(×) (3)线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动时产生的电流是交变电流。(√) (4)交变电流的瞬时值表达式与开始计时的位置无关。(×) 2．情景思考 在物理实验室做电学实验时，经常会用到学生电源，学生电源的主要功能是什么？ 提示：给学生提供安全的交变电压、电流以及安全的直流电压、电流。 授课提示：对应学生用书第50页 要点一　正弦交变电流的产生 　(1)如图，此位置是什么位置？磁通量最大还是最小？是否有感应电动势？ (2)如图，此位置是什么位置？磁通量最大还是最小？是否有感应电动势？ 提示：(1)中性面　磁通量最大，无感应电动势 (2)与中性面垂直的位置　磁通量为零　感应电动势最大 1．两个特殊位置的特点 中性面 中性面的垂面 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 2.正弦交变电流的产生条件 (1)匀强磁场。 (2)线圈匀速转动。 (3)线圈的转轴垂直于磁场方向。 这段时间内(　　)　(多选)如图所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO′以恒定的角速度ω转动，从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，则在0～ A．线圈中的感应电流一直在减小 B．线圈中的感应电流先增大后减小 C．穿过线圈的磁通量一直在减小 D．穿过线圈的磁通量的变化率一直在减小 [解析]　计时开始时线圈平面与磁场平行，感应电流最大，在0～时间内线圈转过四分之一个圆周，感应电流从最大减小为零，磁通量逐渐增大，其变化率一直减小，故A、D正确。 [答案]　AD 产生正弦式交变电流的条件是：线圈绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动，与线圈的形状和转轴的位置无关。 针对训练 1．(多选)矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面内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．当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流的方向就改变一次 D．线框经过中性面时，各边切割磁感线的速度为零 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方向与磁感线平行，即不切割磁感线，所以感应电动势等于零，即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在此时刻改变。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是垂直切割，有效切割速率最大，所以感应电动势最大，即此时穿过线框的磁通量的变化率最大，故C、D正确。 答案：CD 2．如图所示，在水平向右的匀强磁场中，一线框绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线框通过电刷、圆环、导线等与定值电阻组成闭合回路。t1、t2时刻线框分别转到图甲、乙所示的位置，下列说法正确的是(　　) A．t1时刻穿过线框的磁通量最大 B．t1时刻电阻中的电流最大，方向从右向左 C．t2时刻穿过线框的磁通量变化最快 D．t2时刻电阻中的电流最大，方向从右向左 解析：t1时刻，穿过线框的磁通量为零，线框产生的感应电动势最大，电阻中的电流最大，根据楞次定律，通过电阻的电流方向从右向左，A错误，B正确；t2时刻，穿过线框的磁通量最大，磁通量变化率为零，线框产生的感应电动势为零，电阻中的电流为零，C、D错误。 答案：B 要点二　对交变电流的变化规律的理