第3章 1 交变电流-【精讲精练】2023-2024学年高中物理选择性必修第二册人教版（教师用书）

1　交变电流 [学业要求] 1．会观察电流(或电压)的波形，理解交变电流和直流的概念。 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。 4．知道交流发电机的构造。 一、交变电流 阅读教材，并回答： 1．教材图3.1­3中，下面给出了各位置对应的平面图，分析教材中的“思考与讨论”。 答：略 2．试在教材图3.1­4中大致画出感应电流随时间变化的曲线 答： [概念·规律] 1．交变电流：大小和方向都随时间做__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，__大小方向__都不随时间变化的电流称为恒定电流。 3．产生闭合线圈置于__匀强__磁场中，并绕__垂直磁场__方向的轴__匀速__转动。 4．两个特殊位置 (1)中性面：线圈平面与磁感线__垂直__时的位置。(S⊥B位置) ①线圈处于中性面位置时，穿过线圈的Φ__最大__，但线圈中的电流为__0__。 ②线圈每次经过中性面时，线圈中感应电流的方向都要改变，线圈转动一周，感应电流的方向改变__2__次。 (2)垂直中性面位置(S∥B位置)，此时穿过线圈的Φ为__0__，电流__最大__。 二、交变电流的变化规律 阅读教材，并回答： 交变电流是由于磁通量发生变化产生，电流大小取决于感应电动势大小。如何求电动势大小？有哪些方法？若线圈共N匝，请同学们根据教材图3.1­5求出感应电动势表达式。 答：见教材 [概念·规律] 1．瞬时值表达式：从中性面开始计时，电动势：e＝__Emsin_ωt__，电压：u＝__Umsin_ωt__，电流i＝__Imsin_ωt__。 2．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。 3．正弦式交变电流：按__正弦__规律变化的交变电流，简称正弦式电流。 4．其他形式的交变电流：如图甲所示的__锯齿形__交变电流，如图乙所示的__方波__交变电流。 三、交流发电机 1．原理：闭合导体与磁极之间做相对运动，穿过闭合导体的__磁通量__发生变化。 2．构造：主要有线圈(电枢)和__磁体__两部分。 3．分类： 转子 定子 特点 旋转电枢式 电枢 __磁极__ 电压低，功率小 旋转磁极式 磁极 __电枢__ 电压高，功率大 4.转子与定子：__转动__的部分叫转子，__不动__的部分叫定子。 探究点一　交变电流的产生 [交流讨论] 1．结合教材图3.1­3分析讨论 (1)线圈与磁场平行时，磁通量有何特点？电动势、电流有什么特点？ (2)线圈和磁场垂直的位置，称为中性面。在中性面，磁通量最大。电动势、电流有何特点？ (3)电流方向发生改变时，线圈在哪个位置？线圈中感应电流的方向一周期改变几次？ 答：(1) 磁通量为零，电动势、电流最大　(2) 电动势、电流为零　(3)中性面，2次 2．完成本节教材“练习与应用”第1题。 [归纳总结] 两个特殊位置的对比 中性面位置 与中性面垂直位置 位置 线圈平面与磁场垂直 线圈平面与磁场平行 磁通量 最大 零 磁通量变化率 零 最大 感应电动势 零 最大 感应电流 零 最大 电流方向 改变 不变 　(多选)如图所示为演示交变电流产生的装置图，关于这个实验，下列说法正确的是(　　) A.线圈每转动一周，指针左右摆动一次 B．图示位置为中性面，线圈中无感应电流 C．线圈逆时针转动到图示位置时，ab边的感应电流方向为a→b D．线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零 [解析]　线圈在磁场中匀速转动时，在电路中产生呈周期性变化的交变电流，线圈经过中性面时电流改变方向，线圈每转动一周，有两次通过中性面，电流方向改变两次，指针左右摆动一次，故选项A正确；线圈处于题图所示位置时，ab边向右运动，由右手定则，ab边的感应电流方向为a→b，故选项B错误，C正确；线圈平面与磁场方向平行时，ab、cd边垂直切割磁感线，线圈产生的电动势最大，也可以这样认为，线圈平面与磁场方向平行时，磁通量为零，磁通量的变化率最大，故选项D错误。 [答案]　AC ●核心素养·思维升华 交变电流的变化特点 (1)线圈转至与磁感线平行时，磁通量的变化率最大，感应电动势最大，故线圈每转一周，电动势最大值出现两次。 (2)线圈每经过中性面一次，感应电流和感应电动势的方向都要改变一次。线圈转动一周，两次经过中性面，感应电动势和感应电流的方向都改变两次。 1. (多选)如图所示，线圈在匀强磁场中绕垂直于匀强磁场且在线圈平面内的轴匀速转动时产生交变电流，则下列说法正确的是(　　) A.当线圈位于中性面时，线圈中感应电流