第三章 第一节 认识交变电流-【导与练】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第二册同步全程学习全书word（粤教版）

[本章学业要求] 物理观念:能了解交变电流的内涵,能用公式和图像描述正弦式交变电流,知道远距离高压输电的原因和变压器的工作原理;能说明发电机和电动机工作过程中的能量转化,能解释生产、生活中的远距离输电现象.具有与交变电流相关的运动与相互作用观念和能量观念. 科学思维:能用理想变压器模型分析升压、降压的问题;能通过控制变量法分析线圈匝数与电压的关系;能恰当使用证据说明远距离输电需要高压的原因;能对交变电流高压输电提出质疑及改进建议. 科学探究:能完成“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”等物理实验.能分析物理现象,能提出并准确表述可探究的物理问题,能作出有依据的假设;能根据实验目的和实验器材设计实验方案,能根据电路图设计实验步骤,用相关实验器材获得数据,能主动注意安全;能分析数据,形成与实验目的相关的结论,作出解释,能撰写规范的实验报告,在报告中能呈现设计的实验方案、实验步骤、实验表格,以及数据分析过程和实验结论,能根据实验中的问题提出改进措施. 科学态度与责任:能认识到物理学的理论发展是推动技术进步的源泉;对交变电流及远距离输电等有进一步了解的兴趣;能领会发电机和电动机的发明及应用对人类生活和社会发展的深远影响,能体会基础科学的重大发现在工业革命和社会发展中的作用. 第一节　认识交变电流 [课标引领] 建构核心素养 物理观念 知道交变电流的概念,借助交流和直流的区别,初步形成物理观念 科学思维 掌握交变电流瞬时值表达式,通过瞬时值的推导,体会物理模型在物理规律形成中的作用 科学探究 通过探究交变电流产生的原理,培养学生分析现象和归纳总结的能力 科学态度与责任 通过了解交流发电机的结构及应用,体会科技对社会发展的推动作用 一、观察交变电流的图像 在日常生活中,手电筒和日光灯是家庭中常见的照明工具,用示波器显示出来的两者工作时的电流波形图分别如图甲和乙所示,请观察两者的电流波形图,分析它们有何区别? 答案:手电筒中的电流强弱和方向不随时间改变,是直流;日光灯中的电流强弱和方向都随时间做周期性变化. 1.交变电流 强弱和方向随时间做周期性变化的电流,称为交变电流,简称交流(AC).我们日常生活和生产中所使用的交变电流是按正弦规律变化的. 2.直流 方向不随时间改变的电流称为直流.其中强弱和方向 都不随时间变化的电流称为恒定电流.  3.波形图 电流或电压随时间变化的图像称为交变电流的波形图. 二、交变电流的产生 1.交流发电机 (1)构造:交流发电机最基本的结构是线圈和磁极,线圈可绕中心轴转动. (2)能量转化:交流发电机的工作过程是将机械能转化为电能和回路中内能的过程. 2.交变电流的产生原理 (1)产生条件:在匀强磁场中,线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动. (2)过程分析. 示意图 线圈位置 穿过线圈 的磁通量 有无感 应电流 感应电流 方向(若有) 说明 图甲所在位置 最大 无 线圈此时所处的位置叫作中性面 图甲至图乙的过程 变小 有 abcd 图乙所在位置 为零 有 abcd 此位置与中性面垂直 图乙至图丙的过程 变大 有 abcd 图丙所在位置 最大 无 此位置与中性面平行 图丙至图丁的过程 变小 有 dcba 图丁所在位置 为零 有 dcba 此位置与中性面垂直 图丁至图戊的过程 变大 有 dcba 图戊 所在位置 最大 无 此位置与中性面平行 (3)交变电流的方向变化. 线圈每经过中性面一次,感应电流的方向就改变一次,而线圈每转动一周要经过两次中性面,感应电流的方向改变两次. 三、用公式描述交变电流 阅读教材“讨论与交流”,尝试完成瞬时感应电动势表达式的推导. 答案:经过时间t,线圈转过的角度θ=ωt,线圈旋转过程中ab和cd边的速度v=ω,与磁感线垂直的速度为vsin θ,即ωsin ωt;根据法拉第电磁感应定律,线圈上产生的感应电动势e=2Blvsin θ=ωBll′sin ωt=ωBSsin ωt,其中,S表示线圈的面积.设Em=ωBS,可知线框的电动势是随时间按正弦函数规律变化的,为e=Emsin ωt. 1.正弦式交变电流 按正弦规律变化的交变电流称为正弦式交变电流,简称正弦式电流. 2.正弦式交变电流的公式 (1)瞬时电动势:e=Emsin ωt.  (2)最大值表达式:Em=NBSω. (3)瞬时电流:i=sin ωt=Imsin ωt.  (4)瞬时电压:u=iR=sin ωt=Umsin ωt.  注意:表达式中Em、Um、Im分别为感应电动势、路端电压、感应电流的峰值,而e、i、u则是这几个量的瞬时值. 3.其他形式的交变电流 在电子技术中应用的交变电流,不只限于