第三章 第1节 交变电流（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册（教科版2019）

第1节　交变电流 课程内容要求 核心素养提炼 1．了解交变电流的概念，会区分交流电和直流电． 2．了解交变电流的产生过程，会根据右手定则判断感应电流方向． 3．掌握交变电流的变化规律，会推导正弦交变电流瞬时值的表达式． 4．了解交流发电机与电动机中的能量转化． 1．物理观念：借助交变电流等概念，体会物理观念的形成过程． 2．科学思维：通过交变电流瞬时值的推导，体会物理模型在物理规律探索中的作用． 3．科学态度与责任：通过交流发电机和电动机的结构及应用，体会科技对社会发展的推动作用． [对应学生用书P42] 1．交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流，简称交流电(AC). 2．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． [思考] 手电筒和日光灯是家庭中必备的照明工具，但给它们提供电能的电源是不同的，它们产生的电流相同吗？ 提示　不相同．电源有交流和直流之分．电池是直流电源，它提供的是直流电；家庭电路给日光灯提供的是交流电，其典型特征是电流大小和方向发生周期性变化． 1．正弦交流电的产生 (1)产生条件：在匀强磁场中，闭合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．正弦交流电的变化规律 表达式 图像 瞬时电动势：e＝Emsin ωt 最大值表达式：Em＝NBSω 瞬时电压：u＝Umsin_ωt 瞬时电流：i＝Imsin_ωt 注　表达式中Em、Um、Im分别为电动势、电压、电流的峰值，而e、u、i则分别是这几个量的瞬时值． [判断]　(对的画“√”，错的画“×”) (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流电．(　×　) (2)正弦交流电的函数表达式与计时起点有关.(　√　) (3)当线圈中的磁通量为零时，产生的电流也为零．(　×　) 1．发电机是把机械能(或其他形式的能)转化为电能的装置． 2．电动机能够有效地将电能转化为机械能． [思考] 发电机工作过程中的能量是如何转化的？ 提示　发电机工作时产生的感应电流在磁场中会受到安培力，安培力的作用总是阻碍转子的运动，在这一过程中发电机把机械能转化成电能． [对应学生用书P43] 探究点一　交变电流与直流电的比较 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，电流表的指针如何摆动？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． 1．交变电流与直流电的区别 交变电流 直流电 脉动直流 恒定电流 方向 随时间做周期性变化 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) 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，常见的几种电流波形如图所示． (2)特点：无论大小是否变化，但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，是交变电流 B．电流的大小变化，方向不变，不是交变电流 C．电流的大小不变，方向不变，是直流电 D．电流的周期为0.02 s B　[由i­t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、直流电的定义可知，图中所示电流是直流电，B正确．] [题后总结]　识别交变电流的两个技巧 (1)只要电流的大小和方向发生周期性变化，该电流即为交变电流． (2)在i­t或u­t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的纵坐标是否为0，还要观察i(u)的值有无正负变化． [训练1]　下列各i­t图像中表示交变电流的是(　　) D　[B、C两图像中，虽然电流大小随时间做周期性变化，但都在t轴一侧，即方向不变，故不是交变电流．A图中电流的方向没发生变化，不是交变电流．D图中，电流大小分布在t轴两侧，电流的大小、方向均做周期性变化，是交变电流．故选D．] 探究点二　正弦交流电的产生过程 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？ (2)当线圈转到什么位置时线圈中没有电流？ 提示　(1)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)当线圈转到与图中位置垂直的位置时，AB、CD边的速度方向都与磁感线方向平行，不切割磁