第三章 第一节 认识交变电流（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（粤教版2019）

第一节　认识交变电流 课程内容要求 核心素养提炼 1．通过实验认识交变电流． 2．能用图像描述交变电流 1．物理观念：了解交变电流、中性面的概念，解决实际问题． 2．科学思维：能利用图像法表示交变电流，获得结论． 3．科学探究：能根据教材探究交变电流的表达式并进行分析整理，能解决交变电流的瞬时值、峰值的有关问题 [对应学生用书P59] 1．交变电流 强弱和方向随时间做周期性变化的电流，简称交流(AC). 2．图像的特点 (1)交变电流的图像随时间做周期性变化，如正弦交变电流的图像： (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． [思考] 在日常生活中，手电筒和日光灯是家庭中必备的照明工具，但给两种电器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；家庭照明电路给日光灯提供的是交流电，其典型特征是电流方向发生变化． 1．产生：闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，线圈中就产生正弦式交变电流． 2．产生过程示意图 3．中性面——线圈平面与磁感线垂直时的位置 (1)线圈处于中性面位置时，穿过线圈的Φ最大，但线圈中的电流为零． (2)线圈每次经过中性面时，线圈中感应电流方向都要改变．线圈转动一周，感应电流方向改变两次． [思考]发电机工作过程中能量是如何转化的？ 提示　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． 1．定义：按正弦规律变化的交变电流，简称正弦式电流． 2．函数表达式和图像 函数表达式 图　像 瞬时电动势：e＝Emsin_ωt 瞬时电压：u＝Umsin_ωt 瞬时电流： i＝Imsin_ωt 注：表达式中Em、Um、Im、分别是感应电动势、路端电压、感应电流的峰值，而e、u、i则是这几个量的瞬时值． [判断] (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．(×) [对应学生用书P60] 探究点一　交变电流的产生 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． 1．正弦式交变电流的产生过程分析 如图1所示为线圈ABCD在磁场中绕轴OO′转动时的截面图，AB和CD两个边切割磁感线，产生电动势，线圈中就有了电流(或者说穿过线圈的磁通量发生变化而产生了感应电流).具体分析如图2所示， 图1 图2 转动过程 磁通量变化 电流方向 甲→乙 减小 B→A→D→C 乙→丙 增大 B→A→D→C 丙→丁 减小 A→B→C→D 丁→甲 增大 A→B→C→D 2．两个特殊位置的对比 图示 位置 中性面位置 与中性面垂直的位置 特点 B⊥S B//S Φ＝BS，最大 Φ＝0，最小 e＝n＝0，最小 e＝n＝nBSω，最大 感应电流为零，方向改变 感应电流最大，方向不变 如图所示为演示交变电流产生的实验装置图，关于这个实验，正确的说法是(　　) A．线圈每转动一周，指针左右摆动两次 B．图中线圈所在平面位置为中性面，线圈中无感应电流 C．线圈在图中平面位置时，ab边中感应电流方向为a→b D．线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零 C　[线圈在磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，在电路中产生周期性变化的交变电流，线圈经过中性面时电流改变方向，线圈每转动一周，有两次通过中性面，电流方向改变两次，指针左右摆动一次，A项错误；线圈平面垂直于磁感线的位置称为中性面，显然图中线圈所在位置不是中性面，B项错误；线圈处于题中图示位置时，ab边向右运动，由右手定则知，ab边中感应电流方向为a→b，C项正确；线圈平面与磁场方向平行时，穿过线圈的磁通量为零，但磁通量的变化率最大，D项错误．] [训练1]　(多选)某发电机的原理简图如图所示，线圈按图示方向匀速转动．以下说法正确的是(　　) A．线圈经过图示位置时穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率为零 B．线圈从图示位置转过90°后，小灯泡中的电流方向发生变化 C．线圈转动两周，电流的方向改变2次 D．线圈转动两周，电流的方向改变4次 BD　[线圈位于图示位置时，与中性面垂直，穿过线圈的磁通量为0，磁通量的变化率最大，故A错误；线圈垂直于图示位置时，处于中性面，电流的方向要发生改变，故B正确；线圈