第1节 交变电流--2022-2023学年高二物理同步教学精选导学案

第1节 交变电流 学习目标： 1．学生通过实验认识交变电流，知道交变电流和直流电的区别。 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。 课前预习：阅读教材47-51页完成下列任务 一、交变电流 1．波形图：在显示屏上显示的电压(或电流)随时间变化的图像。 2．交变电流：随时间做周期性变化的电流，简称交流。 3．直流：方向不随时间变化的电流，如电池供给的电流、日常使用的各种充电器输出的电流等。 二、交变电流的产生和变化规律 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匀速转动。 （2）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。 特点∶ 磁通量最大，E感=0，I感=0。 （3）峰值面：与中性面垂直的平面∶磁通量为0，E感最大，I感最大。 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。 （4）线圈每转动一周，两次经过中性面，交流电的方向改变两次。 （5）过程分析(如图所示)： 2．正弦式交变电流的瞬时值表达式 （1）从中性面位置开始计时 e＝Emsin ωt，i＝Imsin ωt，u＝Umsin ωt （2）从与中性面垂直的位置开始计时 e＝Emcos ωt，i＝Imcos ωt，u＝Umcos ωt. （3）交变电流的峰值 Em＝NωBS，Im＝，Um＝. 三、交流发电机 1．交流发电机的构造 由产生感应电动势的线圈(通常叫作电枢)和产生磁场的磁体两部分组成。 2．发电机类别 （1）旋转电枢式发电机：电枢转动，磁极不动的发电机。输出电压一般不超过500 V。 （2）旋转磁极式发电机：磁极转动，电枢不动的发电机。输出电压可达几万伏。 交变电流的定义 例1．下列关于交变电流和直流的说法正确的是（　　） A．若电流大小做周期性变化，则一定是交变电流 B．直流的大小可以变化，但方向不一定变化 C．交变电流一定是按正弦或余弦规律变化的 D．交变电流的最大特征就是电流的方向发生周期性的变化 【详解】A．若电流大小做周期性变化，则不一定为交变电流，因为没有提及电流方向随时间做周期性变化，A错误； B．直流的大小可以变化，但直流的方向一定不变，B错误； C．交变电流的方向发生周期性的变化，但不一定是按正弦或余弦规律变化的，C错误； D．交变电流的最大特征就是电流的方向发生周期性的变化，D正确。 故选D。 交变电的产生 例2.如图1所示，交流发电机的矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间t变化的规律如图2所示。已知线圈匝数为20匝，则下列说法正确的是（　　） A．线圈转动的角速度为 B．1.5s时线圈所在平面与中性面垂直 C．100s内线圈中电流方向改变50次 D．感应电动势的最大值为4πV 【答案】D 【解析】A．由图乙可得交流电的周期T=2s，故线圈转动的角速度， 故A错误； B．由图2可知，1.5s时磁通量最大，则线圈处于中性面位置，故B错误； C．交变电流一个周期内电流方向改变两次，则100s内线圈中电流方向改变100次，故C错误； D．感应电动势的最大值， 故D正确。 故选：D。 跟踪训练： 1.在匀强磁场中，一个100匝的闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，如图所示，穿过该线圈的磁通量随时间按正弦规律变化。则(　 ) A．t＝0时，线圈位于中性面位置 B．t＝0.5 s时，线圈中的磁通量变化率为零 C．t＝0.8 s时，线圈产生的感应电动势处于减小的过程中 D．t＝1.0 s时，线圈产生的感应电动势为零 解析：选B　t＝0时，线圈位于和中性面垂直的位置，A错误；t＝0.5 s时，线圈中的磁通量变化率为零，B正确；t＝0.8 s时，线圈产生的感应电动势处于增大的过程中，C错误；t＝1.0 s时，线圈产生的感应电动势最大，D错误。 交变电流的变化规律 例3．一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图甲所示，则下列说法正确的是(　 ) A．t＝0时刻，线圈平面与中性面垂直 B．t＝0.01 s时刻，磁通量的变化率达到最大 C．t＝0.02 s时刻，交流电动势达到最大 D．该线圈相应的交流电动势图像如图乙所示 解析：选B　由题图甲知，当t＝0时，Φ最大，说明线圈平面与中性面重合，A错误；当t＝0.01 s 时，Φ＝0最小，Φ­t图像的切线斜率最大，即磁通量的变化率最大，B正确；当t＝0.02 s时，Φ也最大，交流电动势为0，C错误；由以上分析可知，D错误。 跟踪训练： 1.如图所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生的正弦式电流的图像，当调整线圈