(教用word)第3章 第2节 交变电流的产生-【提分教练】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第二册(鲁科版2019)

第2节　交变电流的产生 学业要求＋核心素养 1．认识交流发电机，了解交流发电机的结构。(物理观念) 2．理解交变电流的产生原理，知道中性面的概念。(物理观念) 3．掌握交变电流的变化规律，能用数学表达式和图像描述正弦交变电流的变化规律。(科学思维) 4．理解交变电流的瞬时值和最大值，能正确表示出正弦交变电流的最大值、有效值和瞬时值。(科学思维) 一、交流发电机及正弦式交变电流的产生原理 1．基础梳理 (1)交流发电机的原理：由法拉第电磁感应定律可知，只要通过闭合导体的磁通量发生变化，就可以产生感应电动势和感应电流。 (2)交流发电机的构造：发电机主要由线圈(电枢)和磁极两部分组成。 2．尝试探究 (1)线圈在中性面位置时，磁通量、感应电动势、感应电流具有怎样的特点？ 提示：线圈平面与磁场垂直的位置，即为中性面位置，在此位置磁通量最大，线圈的感应电动势和感应电流均为零。 (2)如图所示是交流发电机的示意图，K、L和E、F分别起什么作用？ 提示：K、L是滑环，E、F是电刷，AB边与滑环K相连接，CD边与滑环L相连接，在线圈转动时可以通过滑环与电刷始终保持与外电路的连接。 (3)在上图交流发电机的示意图中，哪两个边切割磁感线产生电动势？ 提示：AB边和CD边切割磁感线产生电动势。 二、正弦式交变电流的变化规律 1．基础梳理 正弦式交变电流的变化规律： e＝Emsinωt(条件：从中性面开始计时；其中：Em＝2Blv)； i＝Imsinωt(其中：Im＝)； u＝Umsinωt(其中：Um＝ImR)。 2．尝试探究 如图所示是线圈ABCD在磁场中绕轴OO′转动时的截面图。线圈平面从中性面开始转动，角速度为ω。经过时间t，线圈转过的角度是ωt，AB边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于ωt。设AB边长为l1，BC边长为l2，线圈面积S＝l1l2，磁感应强度为B，则： (1)甲、乙中AB边位于图示位置时产生的感应电动势各为多大？ 提示：甲：eAB＝0。 乙：eAB＝Bl1v＝Bl1·＝Bl1l2ω＝BSω。 (2)甲、乙中整个线圈中位于图示位置时产生的感应电动势各为多大？ 提示：整个线圈中的感应电动势由AB和CD两部分组成，且eAB＝eCD，所以甲：e＝0，乙：e＝BSω。 (3)假定线圈沿逆时针方向匀速转动，如图甲至丁所示。请分析感应电流的大小和方向。 ①图中，在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中的电流向哪个方向流动？ 提示：由B到A。 ②在线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？ 提示：由A到B。 ③当转到什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置时线圈中的电流最大？ 提示：当转到甲或丙位置时线圈中没有电流，称为中性面；当转到乙或丁位置时线圈中的电流最大。 ④大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线，从E经过负载流向F的电流记为正，反之记为负。在横坐标上标出线圈到达甲、乙、丙、丁几个位置时对应的时刻。 提示： 1．判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)只要线圈在磁场中转动，就可以产生交变电流。 (　　) ×　提示：若线圈绕与磁场平行的轴转动，则不会产生感应电流。 (2)当线圈中的磁通量最大时，产生的电流也最大。 (　　) ×　提示：线圈与磁场方向平行时，电动势最大，产生的电流也最大，此时磁通量为零。 (3)当线圈平面与磁场垂直时，线圈中没有电流。 (√) (4)表达式为e＝Emsin ωt的交变电流为正弦式交变电流，表达式为e＝Emsin 的交变电流也是正弦式交变电流。 (√) 2．(多选)如图所示的线圈中产生了交变电流的是(　　) A　　　　B　 　　　C　　　　D BCD　解析：当线圈绕垂直于磁场的轴转动时，磁通量发生周期性变化，在一个周期内既有增大又有减小，产生交变电流，选项B、C、D均符合此要求；选项A中线圈平面始终平行于磁场方向，磁通量始终为零，故不产生交变电流。 3．关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流，以下说法错误的是(　　) A．线圈平面每经过中性面一次，感应电动势方向改变一次 B．线圈每转动一周，感应电流方向就改变一次 C．线圈平面每经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向都要改变一次 D．线圈转动一周，感应电动势和感应电流方向都要改变两次 B　解析：线圈平面经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向都要改变一次，故一周内，电动势和电流方向改变两次，选项A、C、D正确，选项B错误。 4．(多选)交流发电机的线圈转到中性面位置时，下列说法正确的是(　　) A．电流将改变方向 B．磁场方向和线圈平面平行 C．穿过线圈的磁通量最大 D．线圈中产生的感应电动势最大 AC　解析：线圈平面每经过中性面一次，感应电流与感应电动势的方向均改变一次，故选项A正确；线圈位于中性面位置时，磁感线