(讲义)第3章 1 交变电流-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册(教科版2019)

1．交变电流 学习任务 1．知道交变电流、直流的概念。 2．知道交变电流的峰值、瞬时值的含义。 3．掌握交变电流的产生和变化规律。 知识点一　交变电流及其产生 1．交变电流 (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。 (2)直流：方向不随时间变化的电流。大小和方向都不随时间变化的电流，称为恒定电流。 (3)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。 2．正弦交变电流的产生 (1)产生条件：在匀强磁场中，闭合矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生的感应电流是正弦交流电。 (2)过程分析(如图所示)： (3)中性面：线圈在磁场中转动的过程中，线圈平面与磁场垂直时所在的平面。 　线圈所在区域磁场特点？ 提示：可看作是匀强磁场。 1：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)线圈转动一周有两次经过中性面，每转一周电流方向改变一次。 (×) (2)当线圈中的磁通量最大时，产生的感应电流也最大。 (×) (3)线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动时产生的电流是交变电流。 (√) 知识点二　交变电流的变化规律 1．从两个特殊位置开始计时瞬时值的表达式 从中性面位置开始计时 从与中性面垂直的位置开始计时 磁通量 Φ＝Φmcos ωt＝BS cos ωt Φ＝Φmsin ωt＝BS sin ωt 感应电动势 E＝Emsin ωt＝NBSωsin ωt E＝Emcos ωt＝NBSωcos ωt 外电路电压 u＝Umsin ωt＝sin ωt u＝Umcos ωt＝cos ωt 电流 i＝Imsin ωt＝sin ωt i＝Imcos ωt＝cos ωt 2．正弦交变电流的图像 3．几种不同类型的交变电流 甲　　　　乙　　　　丙　　　　丁 　正弦交流电的电动势、电流按正弦规律变化，对应的e-t、i-t图像形状有什么特点？ 提示：都是正弦函数图像。 2：填空 (1)交流发电机在工作时电动势为e＝Emsin ωt，若将发电机的转速提高一倍，同时将电枢所围面积减小一半，其他条件不变，则其电动势变为e′＝Emsin 2ωt。 (2)如图所示，100匝的线框abcd在图示磁场(匀强磁场)中匀速转动，角速度为ω，其电动势的瞬时值为e＝100cos (100πt) V，那么感应电动势的最大值为100 V，当从图示位置转过60°角时线圈中的感应电动势为 50 V，此时穿过线圈的磁通量的变化率为0.5 Wb/s。 知识点三　发电机与电动机中的能量转化 1．发电机 (1)定义：把机械能转化为电能的装置。 (2)发电方式：火力发电、水力发电，风力发电，太阳能发电，核能发电等。 2．电动机 (1)定义：将电能转化为机械能的装置。 (2)优点：高效易控，清洁无污染等。 　发电机和电动机工作过程中的能量转化有何不同？ 提示：发电机是通过电磁感应，把其他形式的能转化为电能；电动机是通过安培力做功，把电能转化为机械能。 3：填空 (1)发电机的分类可分为直流发电机、交流发电机。 (2)发电机将机械能转化为电能，输送给外电路。 1．如图，线圈此刻所在的位置是什么位置，磁通量最大还是最小？是否有感应电动势？ 2．如图，线圈此刻所在的位置是什么位置，磁通量最大还是最小？是否有感应电动势？ 提示：1．中性面　磁通量最大　无感应电动势 2．与中性面垂直的位置　磁通量为零　感应电动势最大 考点1　正弦交变电流的产生 1．两个特殊位置的特点 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 2．正弦交变电流的产生条件 (1)匀强磁场。 (2)线圈匀速转动。 (3)线圈的转轴垂直于磁场方向。 【典例1】　如图甲和乙是交流发电机的示意图，线圈ABCD在匀强磁场中匀速转动。下列说法正确的是(　　) 甲　　　　　　　　　　乙 A．图甲中穿过线圈的磁通量最大，电路中的感应电流最大 B．图乙中穿过线圈的磁通量最大，电路中的感应电流最大 C．图甲中穿过线圈的磁通量变化率为零，电路中的感应电流为零 D．图乙中穿过线圈的磁通量变化率为零，电路中的感应电流为零 C　[图甲中线圈位于中性面位置，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，产生的感应电动势为零，电路中的感应电流为0，故A错误，C正确；图乙中线圈位于与中性面垂直的位置，穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大，产生的感应电动势最大，电路中的感应电流最大，故B、D错误。] [注意事项]　产生正弦交变电流的条件是：线圈绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动，与线圈的形状和转轴的位置无关。 [跟进训练]