第3章 第1节 交变电流（Word教参）-【优化指导】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第二册(人教版2019)

第1节　交变电流 课程内容要求 核心素养提炼 1.了解交变电流和直流电的概念，会区分交流电和直流电． 2．了解交变电流的产生过程，会根据右手定则判断感应电流方向． 3．掌握交变电流的变化规律，会推导正弦式交变电流瞬时值的表达式． 4．了解交流发电机的组成和种类． 1.物理观念：借助交变电流、直流电等概念，体会物理观念的形成过程． 2．科学思维：通过交变电流瞬时值的推导，体会物理模型在物理规律探索中的作用． 3．科学态度与责任：通过交流发电机的结构及应用，体会科技对社会发展的推动作用． [对应学生用书P40] 1．交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流，简称交流． 2．直流：方向不随时间变化的电流．大小和方向都不随时间变化的电流称为恒定电流． [思考] 在日常生活中，手电筒和日光灯是家庭中必备的照明工具，但给它们提供电能的电源是不同的，它们产生的电流相同吗？ 提示　不相同．电源有交流和直流之分．电池是直流电源，它提供的是直流电；家庭电路给日光灯提供的是交流电，其典型特征是电流方向发生周期性变化． 1．交变电流的产生 (1)产生条件：在匀强磁场中，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动． (2)过程分析(如图所示)： 2．交变电流的变化规律 (1)正弦式交变电流：按正弦规律变化的交变电流，简称正弦式电流． (2)函数和图像 函数 图像 瞬时电动势：e＝Emsin ωt 最大值表达式：Em＝NBSω 瞬时电压：u＝Umsin_ωt 瞬时电流：i＝Imsin_ωt 注　表达式中Em、Um、Im分别为电动势、电压、电流的峰值，而e、u、i则是这几个量的瞬时值． [判断] 　(1)只要闭合线圈在匀强磁场里匀速转动就一定产生正弦式交变电流．(×) (2)正弦式交变电流的函数形式与计时起点有关．(√) (3)当线圈中的磁通量为零时，产生的电流也为零．(×) 1．交流发电机的构造 发电机主要由线圈(电枢)和磁体两部分组成． 2．交流发电机的种类 两种类型 转子 定子 特点 旋转电枢式 电枢 磁极 电压低，功率小 旋转磁极式 磁极 电枢 电压高，功率大 [思考] 发电机工作过程中能量是如何转化的？ 提示　发电机工作时产生的感应电流在磁场中会受到安培力，安培力的作用总是阻碍转子的运动，在这一过程中发电机把机械能转化成电能． [对应学生用书P41] 探究点一　交变电流与直流电的比较 　为探究交变电流的特点，如图所示，把电流表接入到模型发电机的输出端，摇动发电机的手柄，观察电流表的指针摆动情况是怎样的？电流表指针的摆动情况说明什么问题？ 提示　随着线圈的转动，电流表的指针不停地在“0”刻度线两侧左右摆动，说明手摇发电机产生的电流大小、方向都处于变化中． 1．交变电流与直流电的区别 交变电流 直流电 脉动直流 恒定电流 方向 随时间做周期性变化 不随时间变化 不随时间变化 大小 可以随时间变化，也可以不随时间变化，如矩形脉冲 随时间变化 不随时间变化 2.常见的几种交变电流的图像 (1)图像：不同的交变电流的变化规律不同，常见的有以下几种类型，如图所示． (2)特点：无论大小是否变化，但电流的方向一定随时间做周期性变化． (多选)如图所示的四种电流随时间变化的图像中，属于交变电流的有(　　) CD　[A图电流数值总为正，表示电流方向不变，是直流电．B图电流值也总是正值，表示电流方向不变，电流大小随时间变化，也是直流电．C图电流大小不随时间变化，但方向随时间变化，是交变电流．D图电流大小和方向都随时间变化，是交变电流，而且是正弦式交变电流．因此，是交变电流的有C和D．] [题后总结]　识别交变电流的两个技巧 (1)只要电流的方向发生周期性变化即为交变电流． (2)在i­t或u­t图中，正负表示方向，在读图时不仅要注意图像中的坐标原点的纵坐标是否为0，还要观察i(u)的值有无正负变化． [训练1]　下列各i­t图像中表示交变电流的是(　　) D　[B、C两图像中，虽然电流大小随时间做周期性变化，但都在t轴一侧，即方向不变，故不是交变电流．A图中电流的方向没发生变化，不是交变电流．D图中，电流分布在t轴两侧，电流的大小、方向均做周期性变化，是交变电流．故选D．] 探究点二　交变电流的产生过程 在发电机模型中，线圈所处的位置和感应电动势的大小有直接关系．请思考并回答下列问题： (1)当线圈处于如图所示的位置时，线圈的AB边或CD边切割磁感线的速度有何特点？线圈中的感应电流有何特点？穿过线圈的磁通量的变化率有何特点？ (2)当线圈转到什么位置时线圈中没有电流？ 提示　(1)线圈处于图中所示的位置时，线圈的AB边或CD边的速度方向与磁感线方向垂直，所以切割磁感线的速度最