第3章 1.交变电流-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修 第二册同步课堂高效讲义教师用书（人教版）

第三章　交变电流 1．交变电流 【学习目标】 学科知识 学科能力 学科素养 1.直流和交流的区别 2．交变电流的产生原理 3．交变电流的产生规律 1.了解交变电流和直流的概念，会区分交流和直流 2．了解交变电流的产生过程，会根据右手定则判断电流方向 3．掌握交变电流的变化规律，会推导正弦式交变电流瞬时值表达式 4．了解交流发动机的组成和种类 1.物理观念：从能量观和相互作用观了解交变电流的产生原因 2．科学思维：通过建立交变电流的模型和交变电流的变化规律培养学生建模能力和科学推理能力 3．科学探究：通过简易发电机和示波器分析交变电流的变化规律 知识点一　交变电流　交变电流的产生 如图所示，线圈绕OO′轴沿逆时针方向匀速转动，思考下列问题： (1)线圈转动一周的过程中，线圈中的电流方向如何变化？ (2)线圈转动过程中，当产生的感应电流有最大值和最小值时线圈分别在什么位置？ 提示：(1) 转动过程 电流方向 甲→乙 B→A→D→C 乙→丙 B→A→D→C 丙→丁 A→B→C→D 丁→甲 A→B→C→D (2)线圈转到乙或丁位置时线圈中的感应电流最大。线圈转到甲或丙位置时线圈中感应电流最小且为零。 1．恒定电流：电压、电流不随时间发生变化的电流。 2．交变电流：大小和方向随时间做周期性变化的电流叫作交变电流，简称交流。 3．直流：方向不随时间变化的电流称为直流。 4．交变电流的产生 (1)产生条件：线圈在匀强磁场中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：线圈平面与磁场垂直的位置。 学生用书↓ 第71页 【判断正误】 1．方向周期性变化、大小不变的电流是交变电流。(√) 2．只要线圈在磁场中转动，就可以产生交变电流。(×) 3．家庭生活用电是交变电流。(√) 中性面与中性面的垂面位置特点的比较 项目 中性面 中性面的垂面 图示 位置 线圈平面与 磁场垂直 线圈平面与 磁场平行 磁通量Φ 最大 零 磁通量变 化率 零 最大 感应电 动势e 零 最大 感应电流i 零 最大 电流方向 改变 不变 交流发电机发电示意图如图所示，线圈转动过程中，下列说法正确的是(　　 ) A．转到图甲位置时，通过线圈的磁通量变化率最大 B．转到图乙位置时，线圈中产生的感应电动势为零 C．转到图丙位置时，线圈中产生的感应电流最大 D．转到图丁位置时，AB边感应电流方向为A→B D　[转到题图甲位置时，线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大，但磁通量变化率为零，A错误；转到题图乙位置时，线圈产生的感应电动势最大，B错误；转到题图丙位置时，线圈位于中性面位置，此时感应电流最小，C错误；转到题图丁位置时，根据楞次定律可知AB边感应电流方向为A→B，D正确。] 针对练1.以下各个选项所示的电流中，属于交变电流的是(　　 ) B　[判断电流是交流还是直流，要看其方向是否随时间周期性变化。选项A、D中，尽管电流大小随时间周期性变化，但其方向不变，仍是直流，C为恒定电流，故只有B正确。] 针对练2.(多选)如图所示，线圈中产生了正弦式交变电流的是(均匀速转动)(　　) BCD　[根据正弦式交变电流产生的条件可知，在匀强磁场中，线圈转轴垂直于磁场方向运动时产生正弦式交变电流，B、C、D正确。] 针对练3.(多选)矩形线圈的面积为S，匝数为N，在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场的轴OO′以角速度ω匀速转动。如图所示，当转到线圈平面与磁场垂直的位置时(　　) A．线圈中的电动势为0 B．线圈中的电动势为NBSω C．穿过线圈的磁通量为0 D．线圈不受安培力作用 AD　[此时各边都不切割磁感线，所以电动势为0，A正确，B错误；线圈与磁场垂直，磁通量最大，C错误；感应电流为0，不受安培力，D正确。] 学生用书↓ 第72页 知识点二　交变电流的变化规律　交流发电机 如图所示，线圈平面从中性面开始转动，经过时间t到达图示位置，线圈匀速转动的角速度为ω，ad边的长度为lad，ab边的长度为lab，试分析回答下列问题。 (1)线圈转过的角度为多少？ (2)ab边的线速度跟磁感线方向的夹角θ为多少？ (3)ab边转动的线速度大小为多少？ (4)写出ab边产生的感应电动势(设线圈面积为S)的表达式？ (5)写出整个线圈产生的感应电动势的表达式？ (6)若线圈为N匝，则感应电动势的表达式怎样？ 提示：(1)线圈转过的角度为ωt。 (2)ab边的线速度跟磁感线方向的夹角θ＝ωt。 (3)ab边转动的线速度大小v＝ω。 (4)ab边产生的感应电动势(设线圈面积为S) eab＝Blabvsin θ＝sin ωt。 (5)整个线圈产生的感应电动势e＝2eab＝BSωsin ωt