3.1交变电流-2022-2023学年高二物理素养提升学案（人教版2019选择性必修第二册）

选择性必修二学案 第三章 交变电流 1　交变电流 一、新课标要求 1．知道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。知道中性面的物理特点。 二、科学素养要求 1.物理观念：理解交变电流的四值。 2.科学思维：会分析电动势和电流方向的变化规律，培养归纳总结、分析推理能力。 3.科学探究：通过交变电流的产生过程探究，培养科学探究能力。 4.科学态度与责任：培养科学精神和实事求是的科学态度，培养探究科学的兴趣。 三、教材研习 知识点一　交变电流 [情境导学] 手电筒中干电池能给小灯泡提供电流，家用日光灯工作时也有电流通过，这两种电流除大小不同外，还有何区别？ 提示：手电筒中的电流为恒定电流；日光灯中的电流为交变电流。 [知识梳理] 1．恒定电流 大小和方向都不随时间变化的电流。 2．直流 方向不随时间变化的电流。 3．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。 4．交变电流的图像 (1)波形图：电压或电流随时间变化的图像。 (2)观察方法：用示波器或电压传感器观察。 5．日常使用的各种充电器能把交变电流变成低压直流。 [初试小题] 1．判断正误。 (1)方向不随时间变化的电流是恒定电流。(×) (2)大小不变的电流一定是直流。(×) (3)方向周期性变化、大小不变的电流是交变电流。(√) 2．如图所示，其中不表示交变电流的是(　　) 知识点二　交变电流的产生和变化规律 [情境导学] 假定线圈沿逆时针方向匀速转动，如图所示。我们考虑下面几个问题。 (1)在线圈由甲图转到乙图所示位置的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？ (2)在线圈由丙图转到丁图所示位置的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？ [知识梳理] 1．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转动。 (2)过程分析(如图所示) (3)感应电流随时间变化的曲线 2．交变电流的变化规律 (1)中性面：线圈转到与磁场垂直的平面。 (2)电动势瞬时变化规律的推导 设线圈t＝0时刚好转到中性面位置，设线圈转动的角速度为ω，AB和CD的长度为l，AD和BC的长度为d，则经过时间t，线圈转过角度θ＝ωt，线圈AB和CD边的速度在垂直于磁感线方向的分速度v⊥＝ω·sin θ。单匝线圈的感应电动势e＝2Blvsin θ＝ωBldsin ωt＝BSωsin ωt。若线圈有N匝，则e＝NBSωsin ωt＝Emsin ωt。其中Em＝NBSω为电动势的最大值，也叫峰值。 (3)正弦式交变电流 ①表达式：e＝Emsin_ωt u＝Umsin_ωt i＝Imsin_ωt 其中Em、Um、Im分别为电动势、电压、电流的峰值。 ②图像(如图所示) [初试小题] 1．判断正误。 (1)当线圈转到和磁场垂直时，线圈就是中性面。(×) (2)线圈通过中性面垂面位置时，穿过线圈的磁通量为零，电动势也为零。(×) (3)在匀强磁场中，线圈绕垂直磁场的轴匀速转动通过中性面时，感应电流为零；但感应电流为零时，线圈不一定在中性面位置。(×) 2．一线圈在匀强磁场中匀速转动，在如图所示位置时(　　) A．穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最小 B．穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最大 C．穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最大 D．穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最小 知识点三　交流发电机 [情境导学] 发电机和电动机有什么相同点和不同点？ 提示：1．相同点：两者构造相同，都由线圈、磁体组成。 2．不同点：(1)发电机的工作原理是电磁感应现象，电动机的工作原理是通电导体在磁场中受力而运动。(2)发电机是把机械能转化为电能的装置，电动机是把电能转化为机械能的装置。 [知识梳理] 1．基本组成：产生感应电动势的线圈(电枢)和产生磁场的磁体。 2．分类 (1)旋转电枢式发电机：电枢转动，磁极不动，输出电压一般不超过500 V。 (2)旋转磁极式发电机：磁极转动，电枢不动，能够产生几千伏到几万伏的电压，输出功率可达几百兆瓦。 3．工作过程：发电机的转子由蒸汽轮机、水轮机等带动，蒸汽轮机、水轮机将机械能传递给发电机，发电机将机械能转化为电能，输送给外电路。 [初试小题] 1．判断正误。 (1)发电机是将其他形式的能转化为电能的装置。(√) (2)正弦式交变电流的峰值越大，则瞬时值也越大。(×) (3)交变电流的图像均为正弦函数图像或余弦函数图像。(×) 2．交流发电机正常工作时产生的电动势e＝Emsin ωt，若线圈匝数减为原来的一半，而转速增为原来的2倍，其他条件不变，则产生的电动势的表达式为(　　) A．e＝Emsin ωt