第3章 第1节 交变电流(Word教师用书)-【状元桥·优质课堂】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第二册（人教版2019）

第三章　交变电流 第1节　交变电流 [学习目标] 1.通过实验认识交变电流，会用图像和公式描述正弦式交变电流(科学探究).2.用右手定则和法拉第电磁感应定律推理得出正弦式交变电流方向和大小的规律(科学思维).3.知道交变电流的峰值、瞬时值的含义(物理观念).4.了解发电机是将机械能转化为电能的装置(物理观念)． 知识点一　交变电流 1．交变电流：电流、电压的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． 3．恒定电流：大小和方向都不随时间变化的电流． 知识点二　交变电流的产生 1．产生条件：在匀强磁场中，矩形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) 3．中性面：线圈在磁场中转动的过程中，线圈平面与磁场垂直时所在的平面． 知识点三　交变电流的变化规律 1．推导正弦式交变电流瞬时值的表达式 若线圈平面从中性面开始转动，如图所示，则经时间t： 线圈转过的角度为ωt；ab边的线速度跟磁感线方向的夹角θ＝ωt；ab边转动的线速度大小v＝ω；根据法拉第电磁感应定律，线框上ab边产生的感应电动势eab＝BLabvsin θ＝sin ωt；因此，整个线圈产生的感应电动势e＝2eab＝2BLabvsin_θ＝BSωsin ωt，若线圈为N匝，则e＝Emsin ωt，其中Em＝NBSω. 2．从两个特殊位置开始计时的瞬时值的表达式 从中性面位置开始计时 从与中性面垂直的位置开始计时 磁通量 Φ＝Φmcos_ωt＝BScos_ωt Φ＝Φmsin_ωt＝BSsin_ωt 感应电动势 e＝Emsin ωt＝NBSωsin ωt e＝Emcos ωt＝NBSωcos ωt 电压 u＝Umsin ωt＝sin ωt u＝Umcos ωt＝cos ωt 电流 i＝Imsin ωt＝sin ωt i＝Imcos ωt＝cos ωt 3.峰值：表达式中的Em、Um、Im分别为电动势、电压和电流能达到的最大值，叫作峰值． 知识点四　交流发电机 交流发电机的基本组成部分是两部分，即产生感应电动势的线圈(通常叫作电枢)和产生磁场的磁体.常见的发电机种类有：旋转电枢式发电机和旋转磁极式发电机． 1．判断下列说法的正误． (1)交变电流的大小一定随时间变化．(×) (2)交变电流不稳定，很容易“烧坏”家用电器．(×) (3)在匀强磁场中，线圈绕垂直磁场的转轴匀速转动，在某些特殊时段，感应电动势和磁通量可能同时变大．(×) (4)交变电流的图像均为正弦函数图像或余弦函数图像．(×) 2．(多选)一矩形闭合线圈在匀强磁场中匀速转动，当线圈平面通过中性面时(　　) A．线圈平面与磁感线垂直，此时通过线圈的磁通量最大 B．通过线圈磁通量的变化率达到最大值 C．线圈中感应电流为零 D．此位置前后的感应电流方向相反 答案　ACD 解析　当线圈平面通过中性面时，线圈平面与磁感线垂直，通过线圈的磁通量最大，通过线圈磁通量的变化率为零，线圈中感应电流为零，此位置前后的感应电流方向相反，选项A、C、D正确． 考点一　交变电流的产生 【例题1】 矩形线圈abcd在匀强磁场中逆时针匀速转动时，线圈中产生如图所示的交流电，设沿a→b→c→d→a方向为电流正方向，则对应t1时刻线圈位置为(　　) 思维导引：(1)t1时刻电流最大，感应电动势最大，磁通量的变化率最大；(2)在图B、D位置磁通量的变化率最大，由右手定则可确定电流方向． 答案　B 解析　由题图知在t1时刻线圈获得最大正向电流，电流方向为a→b→c→d→a，又线圈为逆时针转动，故只有B图符合电流方向为a→b→c→d→a且最大． 中性面和中性面的垂直面两特殊位置的比较 1．线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Ф最大，但＝0，e＝0，i＝0，电流方向将发生改变． 2．线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Ф＝0，最大，e最大，i最大，电流方向不变．运用以上特点结合右手定则和楞次定律，可以快速、准确地解决一些有关电磁感应现象和交变电流的问题． 【变式1】 如图所示，下列各图是交流发电机的示意图．线圈abcd在磁场中匀速转动产生交变电流．线圈的ab边和cd边连在两个金属滑环上，两个滑环通过由金属片制成的电刷和外电路相连．当线圈沿逆时针方向转动时，下列关于电流方向判断正确的是(　　) A．当线圈转到图甲的位置时，线圈中的电流方向为d→c→b→a B．当线圈转到图乙的位置时，线圈中的电流方向为a→b→c→d C．当线圈转到图丙的位置时，线圈中的电流方向为d→c→b→a D．当线圈转到图丁的位置时，线圈中的电流方向为a→b→c→d 答案　B 解析　图甲、丙中，ab和cd边运动方向与磁感线方向平行，不切割磁感线，所以没有电流产生，选项A、C错误；当线