09第三章 1. 交变电流（教师用书word）-2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第二册【精讲精练】人教版 江苏专版

#1　交变电流 [学业要求] 1．会观察电流(或电压)的波形，理解交变电流和直流的概念。 2．理解交变电流的产生过程，会分析电动势和电流方向的变化规律。 3．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、峰值的物理含义。 4．知道交流发电机的构造。 一、交变电流 1．交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫作交变电流，简称交流(AC)。 2．直流：方向不随时间变化的电流称为直流(DC)，大小方向都不随时间变化的电流称为恒定电流。 二、交变电流的产生 1．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。 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) 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0。 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2次。 (2)垂直中性面位置(S∥B位置)此时穿过线圈的Φ为0，电流最大。 三、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、电压和电流可能达到的最大值，叫作峰值。 3．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。 4．其他形式的交变电流：如图甲所示的锯齿形交变电流，如图乙所示的方波交变电流。 四、交流发电机 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)和磁体两部分。 3．分类： 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 4.转子与定子：转动的部分叫转子，不动的部分叫定子。 1．下列说法正确的是(　　) A．只要线圈在磁场中转动，就可以产生交变电流 B．线圈在通过中性面时磁通量最大，电流也最大 C．线圈在通过垂直中性面的平面时电流最大，磁通量最大 D．线圈在通过中性面时电流的方向发生改变 答案　D 2．有一个正方形线圈的匝数为10匝，边长为20 cm，线圈总电阻为1 Ω，线圈绕垂直磁场方向的OO′轴以10π rad/s的角速度匀速转动，如图所示，匀强磁场的磁感应强度为0.5 T，该线圈产生的感应电动势的峰值为6.28_V，感应电流的峰值为6.28_A，若从中性面位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为e＝6.28_sin_10πt(V)。 知识点一　交变电流的产生 [问题探究] 假定线圈绕OO′轴沿逆时针方向匀速转动，如图甲至丁所示。请分析判断： (1)线圈转动一周的过程中，线圈中的电流方向的变化情况。 (2)线圈转动过程中，当产生的感应电流有最大值和最小值时线圈分别在什么位置？ 答：(1) 转动过程 电流方向 甲→乙 B→A→D→C 乙→丙 B→A→D→C 丙→丁 A→B→C→D 丁→甲 A→B→C→D (2)线圈转到乙或丁位置时线圈中的电流最大。线圈转到甲或丙位置时线圈中电流最小，为零，此时线圈所处的平面称为中性面。 [归纳升华] 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 　如图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(　　) 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b→a 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，ab边的感应电流方向为a→b，故选项B错误，C错误；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]　A 核心素养·思维升华 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，感应电动势和感应电流的方向都改变两次。 1.如图所示，线圈在匀强磁场中绕垂直于匀强磁场且在线圈平面内的轴匀速