3.1交变电流 导学案 -2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

题目 3.1交变电流 课型 新授课 日期 2023.11 学习目标 1.理解交变电流的产生原理，知道什么是中性面。 2.掌握交变电流的变化规律及表示方法。 3.理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准确含义。 基础知识 一、交变电流 1．定义：大小和 随时间做周期性变化的电流叫交变电流，简称交流。 2．分类：正弦式交变电流、矩形脉冲交变电流、锯齿形交变电流等。下图中是交流的是 二、交变电流的产生与变化规律 1．交变电流的产生 线圈从图示位置转过90°过程中，灵敏电流计往 偏； 转过90°~180°，灵敏电流计往 偏； 转过180°~270°，灵敏电流计往 偏； 转过270°~360°，灵敏电流计往 偏； 2.交变电流的大小：e＝ ，其中Em＝ 。 3．两个特殊位置 中性面 平行面 含义 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 磁通量的变化率 感应电动势 i-t图像（e-t图像） Φ-t图像 电流方向 发生改变 方向不变 三、交流发电机 1．旋转电枢式发电机 定子是 ，转子是 即电枢。输出电压一般不超过 。 2．旋转磁极式发电机 定子是 ，转子是 。输出电压一般不超过 。能提供很高的电压，大型发电机大多属于旋转磁极式发电机。 课堂拓展 1. 有人说，在图中，线圈平面转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大，因而线圈中的感应电动势最大；线圈平面跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量为0，因而感应电动势为0。这种说法对不对？为什么？ 2. 在上图中，设磁感应强度为0.01 T，单匝线圈长 AB 为 20 cm，宽 BC 为 10 cm，转速n＝50 r/s，求线圈转动时感应电动势的最大值。 3. 一台发电机产生正弦式电流。如果发电机电动势的峰值Em＝400 V，线圈匀速转动的角速度ω＝314 rad/s，试写出电动势瞬时值的表达式（设0时刻电动势瞬时值为0）。如果这台发电机的外电路只有电阻元件，总电阻为2 kΩ，电路中电流的峰值为多少？写出电流瞬时值的表达式。 4. 如图所示，KLMN是一个竖直的矩形导线框，全部处于磁感应强度为B的水平方向的匀强磁场中，线框面积为S，MN边水平，线框绕某一竖直固定轴以角速度ω匀速转动。 在MN边与磁场方向的夹角到达30°的时刻（图示位置），导线框中产生的瞬时电动势e的大小是多少？标出线框此时的电流方向。已知线框按俯视的逆时针方向转动。 随堂检测 1．在下列几种电流的波形图中，不能表示交变电流的是( ) 2．关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流，下列说法中正确的是( ) A．线圈每转动一周，感应电流方向就改变一次 B．线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，感应电动势方向不变 C．线圈平面每经过中性面一次，感应电流和感应电动势方向都要改变一次 D．线圈每转动一周，感应电流和感应电动势方向都要改变一次 3.如图所示，在水平向右的匀强磁场中，一线框绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线框通过电刷、圆环、导线等与定值电阻组成闭合回路。t1、t2时刻线框分别转到图甲、乙所示的位置，下列说法正确的是( ) A． t1时刻穿过线框的磁通量最大 B．t1时刻电阻中的电流最大，方向从右向左 C．t2时刻穿过线框的磁通量变化最快 D．t2时刻电阻中的电流最大，方向从右向左 4．如图所示，一个N匝矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO′以恒定的角速度ω转动，线圈产生的电动势的最大值为Em，从线圈平面与磁感线平行时开始计时，则( ) A．线圈产生的感应电动势的瞬时值表达式为e＝Emsinωt(V) B．在0～这段时间内，线圈中的感应电流先减小后增大 C．穿过线圈的磁通量的最大值为 D．在0～这段时间内，穿过线圈的磁通量一直减小 5．一闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴OO′匀速转动，线圈平面位于如图甲所示的匀强磁场中。通过线圈的磁通量Φ随时间t的变化规律如图乙所示，下列说法正确的是( ) A． t1、t3时刻通过线圈的磁通量变化率最大 B． t1、t3时刻线圈中感应电流方向改变 C． t2、t4时刻通过线圈的磁通量最大 D． t2、t4时刻线圈中感应电动势最小 6．甲、乙两矩形单匝金属线圈分别绕与磁感线垂直的轴在同一匀强磁场中匀速转动，输出的交变电流的感应电动势图像分别如图中甲、