第三章 1.交变电流-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修第二册同步课堂高效讲义教师用书（教科版）

1．交变电流 【核心素养目标】 物理观念 知道什么是正弦交流电；知道中性面的特点；知道峰值、瞬时值等物理量的意义。 科学思维 利用法拉第电磁感应定律推导正弦式交变电流、电压的变化规律。 科学态度与责任 知道交变电流在工农业生产中的应用；体会物理学科在社会生产生活方面的作用和意义。 一、认识交变电流 1．恒定电流：大小和方向都不随时间发生变化的电流。 2．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，简称交流电。 3．正弦交流电：电流的大小和方向都随时间按正弦函数规律变化的交变电流。 二、正弦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匀速转动。 (2)过程分析(如图所示)： 2．交变电流的变化规律 (1)中性面：线圈转到与磁场垂直的平面，此时感应电动势为零。 (2)正弦式交变电流的变化规律 e＝Emsin_ωt(其中Em＝NBSω) u＝Umsin_ωt i＝Imsin_ωt。 三、发电机与电动机中的能量转化 1．发电机是把机械能转化为电能的装置。 2．电动机是把电能转化为机械能的装置。 1．判断正误 (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。(　　) (4)正弦式交变电流的峰值越大，则瞬时值也越大。(　　) 答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)× 2．链接实景 如图所示电路，其中二极管的特点是单向导电。a、b两端接在手摇式发电机两端时，又会观察到怎样的现象？为什么？ 提示：当接在手摇式发电机两端时两个发光二极管间或地闪亮，原因是发电机产生与直流电流不同的电流，两个发光二极管一会儿接通这一个，一会儿再接通另外一个，电流方向不停地改变。 学生用书↓第69页 知识点一　正弦式交变电流的产生 如图甲所示，线圈平面恰好处于中性面位置(S⊥B)。 如图乙所示，线圈平面恰好经过垂直于中性面位置(S∥B)。 试结合上述情景，讨论下列问题： (1)图甲、图乙中穿过线圈的磁通量有何特点？ (2)当线圈恰好经过图甲、图乙所示位置时，线圈中有感应电流吗？穿过线圈的磁通量的变化率有何特点？ (3)线圈在什么位置时，线圈中电流的方向发生改变？在一个周期内，电流方向改变几次？ 提示：(1)图甲中穿过线圈的磁通量最大，图乙中穿过线圈的磁通量为零。 (2)图甲中线圈AB边或CD边的速度方向与磁感线方向平行，不切割磁感线，线圈中感应电流是零，磁通量变化率是零；图乙中线圈AB边或CD边的速度方向与磁感线方向垂直，切割磁感线的速度最大，线圈中感应电流最大，磁通量的变化率最大。 (3)中性面　2次 1．不同位置的特点比较 — 中性面 中性面的垂面 远离中性面 靠近中性面 位置 线圈平面与磁场垂直 线圈平面与磁场平行 线圈平面与磁场夹角变小 线圈平面与磁场夹角变大 磁通量 最大 零 变小 变大 磁通量变化率 零 最大 变大 变小 感应电动势 零 最大 变大 变小 线圈边缘线速度与磁场方向夹角 零 90° 变大 变小 感应电流 零 最大 变大 变小 电流方向 改变 不变 不变 不变 2.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。 (2022·新疆昌吉高二期末)如图所示为演示交变电流产生的装置图，关于这个实验，正确的说法是(　　) A．线圈从中性面位置转过180°过程，穿过线圈的磁通量变化量为零 B．图示位置为中性面，线圈中无感应电流 C．图示位置ab边的感应电流方向为a→b D．线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零 C　[若磁场的磁感应强度为B，线圈面积为S，线圈从中性面位置转过180°过程，穿过线圈的磁通量可认为由BS变化为－BS，其变化量大小为2BS，故A错误；图示位置线圈平面与磁场平行，不是中性面，故B错误；根据楞次定律，图示位置ab边的感应电流方向为a→b，故C正确；线圈平面与磁场方向平行时，磁通量为零，磁通量变化率最大，故D错误。] 针对练1. (多选)矩形线圈的面积为S，匝数为N，在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场的轴OO′以角速度ω匀速转动。如图所示，当转到线圈平面与磁场垂直的位置时(　　) 学生用书↓第70页 A.线圈中的电动势为0 B．线圈中的电动势为NBSω C．穿过线圈的磁通量为0 D．线圈不受安培力作用 AD　[此时各边都不切割磁感线，所以电动势为0，A正确，B错误；线圈与磁场垂直，磁通量最大，C错误；感应电流为0，不受安培力，D正确。] 针对练2. 如图所示为交流发电机示意图，线圈的AB边