第3章 第2节 交变电流的产生-【正禾一本通】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修2同步课堂高效讲义教师用书（鲁科版）

第2节　交变电流的产生 【核心素养目标】 物理观念 掌握交流发电机、交变电流的“四值”的概念。 科学思维 会用公式法、图像法解决问题。 科学探究 观察交流发电机产生交变电流的模型。 科学态度与责任 了解交变电流在工农业生产中的应用。 一、交流发电机 1．原理：由法拉第电磁感应定律知，只要穿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：主要由线圈(电枢)和磁极两部分组成。 3．分类： (1)旋转电枢式发电机：磁极固定不动，让电枢在磁极中旋转。 (2)旋转磁极式发电机：电枢固定不动，让磁极在电枢中旋转。 4．转子与定子：转动的部分叫转子，固定不动的部分叫定子。 学生用书第67页 二、正弦式交变电流的产生原理 1．产生方法：闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。 2．过程分析 3．中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置。 4．周期性：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1周，感应电流的方向改变两次。线圈转动所产生的感应电动势和感应电流都随时间做周期性变化。 三、正弦式交变电流的变化规律 1．感应电动势的瞬时值：e＝Emsin ωt。 2．感应电流的瞬时值：i＝Imsin ωt。 3．电压的瞬时值：u＝Umsin ωt。 4．图像描述(如图所示为交流发电机输出的电压波形)： 5．关于正弦式交变电源，当线圈平面与磁场垂直时，线圈中没有电流。 1．判断正误 (1)线圈经过与中性面垂直的位置时，穿过线圈的磁通量最小，但磁通量的变化率最大，线圈中的感应电动势最大。(　√　) (2)中性面的特点是磁通量最大，但感应电动势为零。(　√　) (3)线圈转一周有两次经过中性面，每转一周电流方向改变一次。(　×　) (4)只要闭合线圈在匀强磁场里匀速转动就一定产生正弦式交变电流。(　×　) (5)交变电流的瞬时值表达式与开始计时的位置无关。(　×　) (6)交流电的电动势的瞬时值表达式为e＝Emsin ωt时，穿过线圈磁通量的瞬时值表达式为Φ＝Φmcos ωt。(　√　) 2．链接实景 如图为交流发电机原理图。线圈在磁场中绕垂直磁场的轴匀速转动就产生了交流电。 结合原理图分析 (1)线圈在磁场中绕垂直磁场的轴转动为什么会产生电流。 (2)线圈的形状是否必须为矩形。 提示：　(1)线圈在磁场中绕垂直磁场的轴转动，穿过线圈的磁通量发生变化，会产生感应电动势对外供电。 (2)不一定是矩形。 学生用书第68页 知识点一　交变电流的产生过程 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边和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边和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．中性面 (1)中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置。 (2)线圈处于中性面位置时，穿过线圈的Φ最大，但＝0，e＝0，i＝0。 (3)线圈越过中性面，线圈中I感方向要改变。线圈转一周，感应电流方向改变两次。 2．两个特殊位置的对比分析 名称 中性面 中性面的垂面 位置 线圈平面与磁场垂直 线圈平面与磁场平行 磁通量 最大 零 磁通量的变化率 零 最大 感应电动势 零 最大 电流方向 改变 不变 特别提醒 线圈在匀强磁场中只有绕垂直于磁场的轴匀速转动时，线圈中才产生正弦式交变电流。 (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。] 学生用书第69页 交变电流产生的