第三章 第一节 认识交变电流-【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（粤教版）

第一节　认识交变电流 核心素养要求 核心素养呈现 1.了解交变电流和直流的概念，会区分交流和直流． 2.了解交变电流的产生过程，会根据右手定则判断电流方向． 3.掌握交变电流的变化规律，会推导正弦交变电流瞬时值表达式. 　观察交变电流的图像 1．交变电流：强弱和方向随时间做周期性变化的电流称为交变电流，简称交流． 2．直流：方向不随时间改变的电流称为直流． 3．波形图：电流或电压随时间变化的图像称为交变电流的波形图． 　交变电流的产生 1．产生方式：闭合线圈置于匀强磁场中，并绕垂直于磁场方向的轴匀速转动． 2．中性面：线圈平面与磁场垂直时所处的位置． (1)中性面：与磁感线垂直的平面． (2)当线圈平面位于中性面时，线圈中的磁通量最大，线圈中的电流为零． (3)线圈每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次，而线圈每转动一周，感应电流的方向改变两次． 3．从能量的角度思考，交流发电机的工作过程是将机械能转化为电能和回路中内能的过程，符合能量守恒定律． (1)只要线圈在磁场中转动，就可以产生交变电流．(×) (2)线圈在通过中性面时磁通量最大，电流也最大．(×) (3)线圈在通过中性面时电流的方向发生改变．(√) 　用公式描述交变电流 1．正弦式交变电流：按正弦规律变化的交变电流，简称正弦式电流． 2．从中性面开始计时感应电动势的瞬时值：e＝Emsin ωt. 3．峰值：Em表示感应电动势达到的最大值，称为感应电动势的峰值． (1)只要闭合线圈在匀强磁场里匀速转动就一定产生正弦交变电流．(×) (2)正弦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．(×) 交变电流与直流 [思考探究] 为探究交变电流的特点，如图所示，把电流表接入到模型发电机的输出端，摇动发电机的手柄，观察电流表的指针摆动情况是怎样的？电流表指针的摆动情况说明什么问题？ 提示：随着线圈的转动，电流表的指针不停地在“0”刻度线两侧左右摆动，说明手摇发电机产生的电流大小、方向都处于变化中． [思维深化] 1．交变电流与直流的区别 交变电流 直流 脉动直流 恒定电流 方向 随时间周期性变化 不随时间变化 不随时间变化 大小 可以随时间变化，也可以不随时间变化，如矩形脉冲 可以随时间变化 不随时间变化 2.常见的几种交变电流的图像 (1)图像：不同的交变电流的变化规律不同，常见的有以下几种情况，如图所示． (2)特点：无论大小是否变化，但都有一个共同的特点，就是电流的方向一定随时间做周期性变化． 　对于如图所示的电流i随时间t做周期性变化的图像，下列描述正确的是(　　) A．电流的大小变化，方向也变化，是交流 B．电流的大小变化，方向不变，不是交流 C．电流的大小不变，方向不变，是直流 D．以上说法都不正确 【解析】　由i-t图像可知，电流的大小变化，但电流方向一直为正，故电流方向不变，根据交变电流、直流的定义可知，图中所示电流是直流，B正确． 【答案】　B 识别交变电流的两点技巧 (1)只要电流的方向发生周期性变化即为交变电流． (2)在i-t或u-t图中，正、负表示方向，在读图时不仅要注意图像中的坐标原点是否为0，还要观察i(u)的值有无正、负变化． [针对训练] 1．(多选)下列关于交变电流和直流的说法中正确的是(　　) A．如果电流大小做周期性变化，则一定是交变电流 B．直流的大小可以变化，但方向一定不变 C．交变电流一定是按正弦规律变化的 D．交变电流的最大特征是电流的大小和方向做周期性的变化 解析：选BD.判断电流是交变电流还是直流，应看电流的大小和方向两个要素，如果电流的大小和方向随时间做周期性变化，则为交流电．电流的方向不发生变化，即使其大小随时间变化，仍然为直流，故B、D正确． 交变电流的产生 [思考探究] 在发电机模型中，线圈所处的位置和感应电动势的大小有直接关系，请思考并回答下列问题： (1)当线圈处于如图所示的位置时，线圈的AB边或CD边切割磁感线的速度有何特点？线圈中的感应电流有何特点？穿过线圈的磁通量的变化率有何特点？ 提示：线圈处于图中所示的位置时，线圈的AB边或CD边的速度方向与磁感线方向垂直，所以切割磁感线的速度最大，线圈中的感应电流最大，磁通量的变化率最大． (2)当线圈转到什么位置时线圈中没有电流？ 提示：当线圈转到与图中位置垂直的位置时，AB、CD的速度方向都与磁感线方向平行，不切割磁感线，故线圈中没有感应电动势，没有感应电流． [思维深化] 1．产生原理：由电磁感应定律可知，当闭合回路的部分导体做切割磁感线的运动时，闭合回路中就有感应电流产生，当线圈在磁场中转动时，线圈所在的闭合回路中有感应电流产生，可用如图所示的装置做实验，当