3.1交变电流-2023-2024学年高二物理备课必备讲义（人教版2019选择性必修第二册）

第三章 交变电流 第1节 交变电流 【科技前沿】交流电和直流电的优缺点 1、交流电即便在远距离输送的情况下，也能通过升压的方式将电力输送至很远的地方，再使用降压器下降电力的电压，供居民及工厂使用，且在发电量一致的情况下，交流电的发电设备操作起来会更加方便。 2、交流电的缺点在于目前大部分家用电器使用的是直流电，因此需将交流电进行整流滤波之后方可使用，此外，交流电与直接电相比，交流电差生的电弧容易出现熄灭的情况，从而影响到电器的使用。 3、直流电最大的优势在于使用时无需通过整流滤波设备，但是直流电在升降及降压的过程中，不得使用升降电压器，需使用专们的电子电路才能达到降压及升压的目的 【核心素养目标】 物理观念 通过实验观察交变电流的方向.会区分交流电和直流电。 科学思维 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. 科学探究 知道什么是正弦式交变电流，知道正弦式交变电流的瞬时值表达式. 科学态度与责任 了解交流发电机的构造及工作原理。 知识点一　交变电流与直流 【情境导入】 我们的照明用电为220的交流电，交流电的方向和直流电的方向有什么不同？ 【知识梳理】 1．交变电流：大小和方向随时间做 变化的电流叫作交变电流，简称 ． 2．直流： 不随时间变化的电流称为直流． 【重难诠释】 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．常见的交变电流的波形图 实际应用中，交变电流有着不同的变化规律，常见的有以下几种，如图所示． 3．直流 方向不随时间变化的电流叫作直流，大小和方向都不随时间变化的电流叫作恒定电流． 【典例精析】 例1．如图所示，下列电流的大小和方向都随时间变化，其中属于直流电的是（　　） A． B． C． D． 【规律方法】 交流电与直流电最本质的区别就是方向做周期性的改变，不是看大小的变化。 知识点二　交变电流的产生 【情境导入】 假定线圈绕OO′轴沿逆时针方向匀速转动，如图所示，则： (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小值和最大值时线圈分别在什么位置？ 【知识梳理】 【知识梳理】 交流发电机的线圈在磁场中转动时，转轴与磁场方向 ． 【重难诠释】 两个特殊位置 1．中性面位置(S⊥B，如图中的甲、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，如图中的乙、丁) 此时Φ为0，最大，e最大，i最大． 【典例精析】 例2．如图所示是课本中交流发电机发电过程的示意图，装置中两磁极之间产生的磁场可近似为匀强磁场，为了便于观察，图中只画了一匝线圈，线圈的AB边和CD边分别连接在滑环上，线圈在匀速转动过程中，下列说法正确的是（　　） A．转到图甲位置时，通过线圈的磁通量为0，此位置为中性面 B．转到图乙位置时，线圈中电流方向发生改变 C．转到图丙位置时，CD边切割磁感线，产生感应电流方向为D→C D．转到图丁位置时，线圈中的磁通量最大，磁通量的变化率最大 【规律方法】 1. 中性面磁通量最大，感应电动势最小，感应电流最小。 2. 与中性面垂直的平面，磁通量为零，感应电动势最大，感应电流最大。 3. 每经过中性面一次，感应电流方向改变一次。 4. 判断感应电流方向，可采用楞次定律或右手定则。 知识点三　正弦式交变电流的变化规律 【情境导入】 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？ 【知识梳理】 1．中性面 (1)中性面：与磁感线 的平面． (2)当线圈平面位于中性面时，线圈中的磁通量 ，线圈中的电流 ． 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＝ . 3．正弦式交变电流：按 规律变化的交变电流叫作正弦式交变电流，简称 ． 4．正弦式交变电流和电压 电流表达式i＝ ，电压表达式u＝Umsin ωt.其中Im、Um分别是电流和电压的 ，也叫 ． 【重难诠释】 1．正弦式交变电流的瞬时值表达式 (1)从中性面位置开始计时 e＝Emsin ωt，i＝Imsin ωt，u＝Umsin ωt (2)从与中性面垂直的位置开始计时 e＝Emc