第3章 第2节 交变电流的产生（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（鲁科版2019）

第2节　交变电流的产生 核心素养 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 1.认识交流发电机，了解交流发电机结构。 2．理解交变电流的产生原理，知道中性面的概念。 1.能用数学表达式和图像来描述正弦式交变电流的变化规律，知道最大值、有效值和瞬时值之间的关系。 2．可以通过已知数学表达式描绘出图像，也可以通过已知图像写出数学表达式。 探究正弦式交变电流的产生原理，能用法拉第电磁感应定律和楞次定律或右手定则分析解释交变电流的形成过程。 领会将法拉第电磁感应定律应用于交变电流这一技术的重大意义，感受物理学对技术发展的重大推动作用，培养学习科学并有志于利用科学技术服务于人类的意识。 [对应学生用书P54] 知识点一 交流发电机❶ 1.原理：由法拉第电磁感应定律可知，只要通过闭合回路的磁通量发生变化，就可以产生感应电动势和感应电流。 2．构造：发电机主要由线圈(电枢)和磁极两部分组成。 知识点二 正弦式交变电流的产生原理 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：线圈平面与磁感线垂直的位置。 (1)线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零，线圈中的感应电动势为零，感应电流为零。 (2)线圈每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次，线圈每转动一周，感应电流的方向就改变两次。 1．线圈在通过中性面时磁通量最大，电流也最大。(　×　) 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。(　√　) 知识点三 正弦式交变电流的变化规律 1.正弦式交变电流的表达式❷ (1)e＝Emsin_ωt(从中性面开始计时，其中Em＝nBSω) (2)i＝Imsin_ωt(外电路为纯电阻电路，其中Im＝) (3)u＝Umsin_ωt(其中Um＝ImR) 2．正弦式交变电流的图像❸ 1．正弦式交变电流的峰值越大，则瞬时值也越大。(　×　) 2．交变电流的图像均为正弦函数图像或余弦函数图像。(　×　) 3．交变电流瞬时值表达式与开始计时的位置无关。(　×　) 批注❶：交流发电机的种类 两种类型 转子 定子 特点 旋转电枢式 电枢 磁极 电压低，功率小 旋转磁极式 磁极 电枢 电压高，功率大 批注❷：表达式中Em、Im、Um分别为电动势、电流、电压的峰值，而e、i、u则是这几个量的瞬时值。 批注❸：几种不同类型的交变电流 [对应学生用书P55] 探究点一　交变电流的产生原理　(科学思维之提升) ►情境探究 假定线圈绕OO′轴沿逆时针方向匀速转动，如图甲至丁所示。请分析判断： (1)在线圈由甲转到乙的过程中，AB边的电流向哪个方向流动？ (2)在线圈由丙转到丁的过程中，AB边的电流向哪个方向流动？ (3)当线圈转到什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置时线圈中的电流最大？ 提示：(1)由B到A。 (2)由A到B。 (3)线圈转到甲或丙位置时线圈中没有电流；线圈转到乙或丁位置时线圈中的电流最大。 ►探究归纳 两个特殊位置的对比 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 注意：(1)线圈中的磁通量最大时，磁通量的变化率为零，电流为零。 (2)线圈转动每一周，交变电流的方向改变两次。 ►对点例练 (多选)(2021·河北邯郸高二月考)图甲是交流发电机的示意图，两磁极之间的磁场可视为匀强磁场，金属线圈ABCD绕转轴OO′匀速转动。A为电流传感器(与计算机相连)，R为定值电阻，线圈电阻为r，其余电阻不计。图乙为计算机上显示的电流随时间变化的图像，下列说法中正确的是(　　) A．金属线圈恰好处于图甲所示的位置时感应电动势为0，对应图乙中t1或t3时刻 B．金属线圈恰好处于图甲所示的位置时感应电动势最大，对应图乙中t2或t4时刻 C．t1、t3时刻穿过线圈的磁通量的绝对值最小，磁通量的变化率最大 D．t2、t4时刻穿过线圈的磁通量的绝对值最小，磁通量的变化率最大 AD　解析：金属线圈恰好处于图甲所示的位置时，磁通量最大，AB、CD边均不切割磁感线，感应电动势为0，电流为0，对应图乙中t1或t3时刻，由法拉第电磁感应定律可知，磁通量的变化率为0, B、C错误，A正确；t2、t4时刻感应电流最大，感应电动势最大，由法拉第电磁感应定律可知，磁通量的变化率最大，AB、CD边垂直切割磁感线，线圈平面与磁感线平行，磁通量最小，D正确。 [练1] (多选)图示为交流发电机的原理示意图，将矩形线框置于竖直向下的