第3章 第2节 交变电流的产生（课件PPT）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第二册（鲁科版2019）

第2节　交变电流的产生 核心素养导学 一、交流发电机和正弦式交变电流的产生原理 1．交流发电机 (1)定义：能产生大小和方向随时间做________变化电流的发电机。 (2)构造：主要由______ (电枢)和______两部分组成。 (3)原理：只要通过闭合回路的_______发生变化，就可产生感应电动势和感应电流。 2．产生原理 (1)产生条件：在匀强磁场中，矩形线圈绕____________方向的轴匀速转动。 (2)中性面：线圈在磁场中转动的过程中，线圈平面与磁感线______时所在的平面。 周期性 线圈 磁极 磁通量 垂直于磁场 垂直 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。　　 Emsin ωt Imsin ωt Umsin ωt 3．拓展一步：交变电流的相位 (1)相位：从线圈平面与中性面夹角为φ0的位置开始计时，经过时间t后，________称为交变电流的相位或相。 (2)初相：t＝0时的相____称为初相。 ωt＋φ0 φ0 1.以下四个图表示交变电流产生的过程，如何理解线圈平面转到中性面时感应电动势为0，而线圈平面与中性面垂直时感应电动势最大呢？ 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。 提示：(1)Em＝NBSω (2)e＝NBSωcos ωt 新知学习(一)|正弦式交变电流的产生 [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。 3．两个特殊位置 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 续表 [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i­t或e­t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·漳州高二检测)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，线圈产生的感应电动势处于减小的过程中 D．t＝1.0 s时，线圈产生的感应电动势为零 解析：t＝0时，线圈位于和中性面垂直的位置，A错误；t＝0.5 s时，线圈中的磁通量变化率为零，B正确；t＝0.8 s时，线圈产生的感应电动势处于增大的过程中，C错误；t＝1.0 s时，线圈产生的感应电动势最大，D错误。 答案：B 2．如图所示，矩形线圈绕垂直于匀强磁场的对称轴做匀速转动，经过中性面时，以下说法错误的是 (　 ) A．线圈平面与磁感线方向垂直 B．线圈中感应电流的方向将要发生改变 C．通过线圈平面的磁通量最大 D．通过线圈的感应电流最大 解析：中性面，就是磁场方向与线圈平面垂直的位置，A正确；经过中性面时，电流减为0，经过中性面电流方向将发生改变，B正确；经过中性面时，磁场垂直于线圈平面，此时磁通量最大，C正确；经过中性面时，线圈平面与磁场方向垂直，不切割磁感线，不产生感应电动势，感应电流为0，D错误。 答案：D　 新知学习(二)|交变电流的变化规律 [重点释解] 1．交变电流的峰值 (1)由交变电动势的表达式e＝NBSωsin ωt可知，电动势的峰值Em＝NBSω。 (2)交变电动势的最大值，由线圈匝数N、磁感应强度B、转动角速度