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（人教版2019）

第三章|　交变电流 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)了解发电机是将机械能转化为电能的装置。 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、交变电流 1．波形图：在显示屏上显示的电压(或电流)随时间变化的图像。 2．交变电流：随时间做周期性变化的电流，简称交流。 3．直流：方向不随时间变化的电流，如电池供给的电流、日常使用的各种充电器输出的电流等。 交变电流的电动势、电压、电流都随时间做周期性变化，不仅大小做周期性变化，其方向也做周期性变化。　　 二、交变电流的产生和变化规律 1．交变电流的产生 (1)产生条件：在匀强磁场中，矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴转动。 (2)线圈转动时产生的感应电流随时间变化的曲线。 2．正弦式交变电流的变化规律 (1)表达式：①e＝Emsin ωt；②u＝Umsin_ωt；③i＝Imsin_ωt。其中Em、Um、Im分别为电动势、电压、电流的峰值。 (2)图像(如图所示) 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、交流发电机 1．交流发电机的构造 由产生感应电动势的线圈(通常叫作电枢)和产生磁场的磁体两部分组成。 2．发电机类别 (1)旋转电枢式发电机：电枢转动，磁极不动的发电机。输出电压一般不超过500 V。 (2)旋转磁极式发电机：磁极转动，电枢不动的发电机。输出电压可达几万伏。,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.以上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？ 提示：根据法拉第电磁感应定律E＝n可知，感应电动势的大小不是与磁通量Φ直接对应，而是与磁通量的变化率成正比。虽然线圈经过中性面时磁通量最大，但磁通量的变化率为0，所以感应电动势为0；虽然线圈平面与中性面垂直时磁通量为0，但磁通量的变化率最大，所以感应电动势最大。 3．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) 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