第3章 第1节 交变电流（教师用书Word）-【状元桥·优质课堂】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册（人教版2019）

第三章　交变电流 第1节　交变电流 [学习目标] 1.通过实验观察交变电流的方向(科学探究).2.会分析交变电流的产生过程，会推导交变电流电动势的表达式(科学思维).3.知道什么是正弦式交变电流，知道正弦交变电流的瞬时值表达式(物理观念).4.了解交流发电机的构造及工作原想(物理观念)． 知识点一　　交变电流 1．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. 2．直流：方向不随时间变化的电流称为直流． 知识点二　　交变电流的产生 交流发电机的线圈在磁场中转动时，转轴与磁场方向垂直. 知识点三　　交变电流的变化规律 1．中性面 (1)中性面：与磁感线垂直的平面． (2)当线圈平面位于中性面时，线圈中的磁通量最大，线圈中的电流为零. 2．从中性面开始计时，线圈中产生的电动势的瞬时值表达式：e＝Emsin ωt，Em叫作电动势的峰值，Em＝NBSω. 3．正弦式交变电流：按正弦规律变化的交变电流叫作正弦式交变电流，简称正弦式电流. 4．正弦式交变电流和电压 电流表达式i＝Imsin_ωt，电压表达式u＝Umsin_ωt.其中Im、Um分别是电流和电压的最大值，也叫峰值. 知识点四　　交流发电机 1．主要构造：电枢和磁体. 2．分类 (1)旋转电枢式发电机：电枢转动，磁极不动． (2)旋转磁极式发电机：磁极转动，电枢不动． 1．判断下列说法的正误． (1)交变电流的大小一定随时间变化．(×) (2)交变电流不稳定，很容易“烧坏”家用电器．(×) (3)在匀强磁场中，线圈绕垂直磁场的转轴匀速转动，在某些特殊时段，感应电动势和磁通量可能同时变大．(×) (4)交变电流的图像均为正弦函数图像或余弦函数图像．(×) 2．(多选)一矩形闭合线圈在匀强磁场中匀速转动，当线圈平面通过中性面时(ACD) A．线圈平面与磁感线垂直，此时通过线圈的磁通量最大 B．通过线圈磁通量的变化率达到最大值 C．线圈中感应电流为零 D．此位置前后的感应电流方向相反 解析　当线圈平面通过中性面时，线圈平面与磁感线垂直，通过线圈的磁通量最大，通过线圈磁通量的变化率为零，线圈中感应电流为零，此位置前后的感应电流方向相反，选项A、C、D正确. 考点一　　交变电流的产生 【情境导学】 线圈绕OO′轴沿逆时针方向匀速转动，如图所示，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？ 答案　(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，为零． 【知识拓展】 两个特殊位置 1．中性面位置(S⊥B，如上图中的甲、丙) 线圈平面与磁场垂直的位置，此时Φ最大，为0，e为0，i为0. 线圈经过中性面时，电流方向发生改变，线圈转一圈电流方向改变两次． 2．垂直中性面位置(S∥B，如上图中的乙、丁) 此时Φ为0，最大，e最大，i最大． 【例题1】 矩形线圈abcd在匀强磁场中逆时针匀速转动时，线圈中产生如图所示的交流电，设沿a→b→c→d→a方向为电流正方向，则对应t1时刻线圈位置为( ) 思维导引：(1)t1时刻电流最大，感应电动势最大，磁通量的变化率最大；(2)在图B、D位置磁通量的变化率最大，由右手定则可确定电流方向． 答案　B 解析　由题图知在t1时刻线圈获得最大正向电流，电流方向为a→b→c→d→a，又线圈为逆时针转动，故只有B图符合电流方向为a→b→c→d→a且最大． 【变式1】 如图所示线圈匀速转动或匀速直线运动，能产生交变电流的是( ) A B C D 答案　D 解析　A图中，转轴与磁场平行，线圈中磁通量不会发生变化，故没有感应电流产生，选项A错误；B图中，根据E＝BLv，可知产生的是恒定电流，不会产生交变电流，选项B错误；C图中，穿过闭合回路的磁通量不变，没有感应电流产生，选项C错误；D图中，线圈沿垂直磁场的转轴转动，可以产生交变电流，选项D正确． 考点二　　交变电流的变化规律 【情境导学】 如图所示，线圈平面绕bc边的中点从中性面开始转动，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)ab边产生的感应电动势为多大？ (2)整个线圈中的感应电动势为多大？ (3)若线圈有N匝，则整个线圈的感应电动势为多大？ 答案　(