第三章 第1节 交变电流-【高考领航】2023-2024学年高中物理选择性必修第二册同步核心辅导与测评（人教版）

第1节　交变电流 [学习目标要求]　1.知道什么是交变电流。2.了解正弦式交变电流的产生原理和方式。3.掌握正弦式交变电流的变化规律。 　交变电流 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．直流：方向不随时间变化的电流称为直流。 [练一练] 　(多选)下列图像描述的电流属于交变电流的是(　　) 解析：AD　大小和方向随时间做周期性变化的电流叫作交变电流，电流的方向没有发生变化，不属于交变电流，故选项B、C错误，选项A、D正确。 　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，线圈平面与磁场垂直时所在的平面。 [判一判] 　(1)只要线圈在磁场中转动，就可以产生交变电流。(×) (2)线圈在通过垂直中性面的平面时电流最大，但磁通量为零。(√) (3)线圈在通过中性面时电流的方向发生改变。(√) 　交变电流的变化规律 1．正弦式交变电流：按正弦规律变化的交变电流叫作正弦式交变电流，简称正弦式电流。 2．瞬时值表达式：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＝NωBS。 3．正弦式交变电流和电压：电流表达式i＝Imsin ωt，电压表达式u＝Umsin ωt．其中Im、Um分别是电流和电压的最大值，也叫峰值。 [判一判] 　(1)只要闭合线圈在匀强磁场里匀速转动就一定产生正弦式交变电流。(×) (2)正弦式交变电流的函数形式与计时起点有关。(√) (3)当线圈中的磁通量为零时，产生的电流也为零。(×) 　交流发电机 1．主要构造：电枢和磁体。 2．分类 (1)旋转电枢式发电机：电枢转动，磁极不动。 (2)旋转磁极式发电机：磁极转动，电枢不动。 [想一想] 　把发光颜色不同的两个二极管并联(该类二极管具有单向导电性，导通时发光)，使两者正负极方向不同。当摇动如图所示的手摇发电机时，两个二极管交替发光，则流过其中一个二极管的电流是交流还是直流？ 提示：手摇发电机产生的是交流电，因为该类二极管具有单向导电性，所以通过每个二极管的电流方向不变，为直流电。 学习任务一　交变电流的产生过程 [思维深化] 交变电流产生过程中的两个特殊位置 中性面 与中性面垂直的位置 图示 位置 线圈平面与磁场方向垂直 线圈平面与磁场方向平行 磁通量 最大 零 磁通量的变化率 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，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO′以恒定的角速度ω转动，从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，则在0～这段时间内(　　) A．线圈中的感应电流一直在减小 B．线圈中的感应电流先增大后减小 C．穿过线圈的磁通量一直在减小 D．穿过线圈的磁通量的变化率一直在减小 解析：AD　计时开始时线圈平面与磁场平行，感应电流最大，在0～时间内线圈转过四分之一个圆周，感应电流从最大减小为零，磁通量逐渐增大，其变化率一直减小，故A、D正确。 [针对训练] 1．在水平向右的匀强磁场中，一线框绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线框通过电刷、圆环、导线等与定值电阻组成闭合回路。t1、t2时刻线框分别转到如图甲、乙所示的位置，图甲中线框与磁感线平行，图乙中线框与磁感线垂直，下列说法正确的是(　　) 甲　　　　　　　乙　　 A．t1时刻穿过线框的磁通量最大 B．t1时刻通过电阻的电流最大，方向从右向左 C．t2时刻穿过线框的磁通量变化最快 D．t2时刻通过电阻的电流最大，方向从右向左 解析：B　t1时刻，穿过线框的磁通量为零，线框产生的感应电动势最大，通过电阻的电流最大，根据楞次定律判断知通过电阻的电流方向从右向左，A错误，B正确；t2时刻，穿过线框的磁通量最大，磁通量的变化率为零，线框产生的感应电动势为零，通过电阻的电流为零，C、D错误。 学习任务二　交变电流的变化规律 [导学探究] 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？ 提示：(1)eab＝BL1vsin ωt＝BL1sin ωt＝BL1L2ωsin ωt＝BSωsin ωt。 (2)整个线圈中的感应电动势由ab和cd两边产生的感应电动势组成，且eab＝ecd， 所以e总＝eab＋ecd＝BSωsin ωt。 (3)若线圈有N