第3章 第1节 交变电流（Word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第二册（教科版2019）

第三章　交流电 第1节　交变电流 核心素养导学 物理观念 (1)认识交变电流，知道生产生活中使用的大多数是正弦式交变电流。 (2)了解发电机和电动机中的能量转化。 科学思维 (1)经历建立正弦式交变电流模型，用右手定则和法拉第电磁感应定律推理得出正弦式交变电流方向和大小的规律的过程。 (2)会用图像和公式描述正弦式交变电流。 科学探究 能根据教材探究交变电流的表达式并进行分析整理。 科学态度与责任 通过推导正弦式交变电流的表达式体会建立模型与推理分析的思维方法。 　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 一、认识交变电流 1．恒定电流：大小和方向都不随时间变化的电流。 2．交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流。 3．正弦交流电：电流的大小和方向都随时间按正弦函数规律变化的交变电流。 二、正弦交流电的产生和变化规律 1．产生条件：在匀强磁场中，闭合矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。 2．正弦交流电的变化规律 (1)e＝Emsin ωt (2)i＝Imsin ωt (3)u＝Umsin ωt，其中e、i、u为感应电动势、电流、电压的瞬时值，Em、Im、Um为感应电动势、电流、电压的最大值。 3．图像 正弦式交变电流产生过程中的两个重要平面： (1)中性面：线圈转到与磁场方向垂直时的平面，此时感应电动势、电压、电流的值都为0。 (2)和中性面垂直的平面：线圈平面与磁场方向平行，此时感应电动势、电压、电流都达到最大值。　　 三、发电机与电动机中的能量转化 1．发电机 (1)概念：发电机是把机械能转化为电能的装置。 (2)火力发电、水力发电、风力发电、核能发电均是通过带动发电机发电。 2．电动机：将电能转化为机械能的装置。,1.根据图中甲、乙电流变化的图像，判断下列说法的正误。 (1)甲、乙两图都表示交变电流。(×) (2)甲是交变电流，乙不是交变电流。(×) (3)甲不是交变电流，乙是交变电流。(√) 2.如图，设线圈t＝0时刚好转到与中性面垂直的位置，设线圈转动的角速度为ω，线圈匝数为N，线圈面积为S，经过时间t，线圈转过角度θ＝ωt。 (1)线圈产生的感应电动势的最大值是多少？ (2)写出经过时间t，交变电流电动势的瞬时值表达式。 (3)画出一个周期内线圈中产生的交变电流电动势的变化图像。 提示：(1)Em＝NBSω (2)e＝NBSωcos ωt (3)如图所示 新知学习(一)|正弦式交变电流的产生 [任务驱动] 如图所示是交流发电机模型。采取哪些措施可以使它产生的电动势增大？ 提示：(1)增大磁铁的磁性。 (2)增加线圈的匝数。 (3)增大线圈的转速。　　　　 [重点释解] 1．正弦式交变电流的产生条件 (1)匀强磁场。 (2)线圈匀速转动。 (3)线圈的转轴垂直于磁场方向。 2．中性面 (1)中性面——线圈平面与磁感线垂直的位置。 (2)线圈处于中性面位置时，穿过线圈磁通量Φ最大，但＝0，e＝0，i＝0。 (3)线圈越过中性面，线圈中感应电流方向要改变。线圈转一周，感应电流方向改变两次。 3．两个特殊位置 中性面 中性面的垂直位置 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 最大 0 磁通量的变化率 0 最大 感应电动势 0 最大 感应电流 0 最大 电流方向改变情况 改变 不变 [典例体验] [典例]　一闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴OO′匀速转动，线圈平面位于如图甲所示的匀强磁场中。通过线圈内的磁通量Φ随时间t的变化规律如图乙所示，下列说法正确的是(　 ) A．t1、t3时刻线圈中感应电流方向改变 B．t1、t3时刻通过线圈的磁通量变化率最大 C．t2、t4时刻线圈中磁通量最大 D．t2、t4时刻线圈中感应电动势最小 [解析]　t1、t3时刻通过线圈的磁通量最大，而磁通量的变化率等于0，线圈中感应电流方向改变，A正确，B错误；t2、t4时刻磁通量为0，线圈与磁场平行，磁通量变化率最大，产生的感应电动势最大，线圈中感应电流方向没有改变，C、D错误。 [答案]　A /方法技巧/ 分析图像问题的两个关键点 (1)线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动时，开始计时时线圈所处的位置不同，得到的i-t或e-t图像也就不同。 (2)分析有关交变电流的图像问题时，要注意从图像中找出两个特殊位置(中性面和垂直中性面位置)所对应的时刻。 [针对训练] 1.(2022·杭州高二检测)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