3.1交变电流-【堂堂清】2023-2024学年高二物理同步易混易错（人教版2019选择性必修第二册）

第三章 交变电流 第一节 交变电流 [核心素养·明目标] 核心素养 学习目标 物理观念 1.知道交变电流和直流的概念。 2.理解交变电流的产生过程，会分析电动势和电流方向的变化规律。 3.知道交变电流的变化规律及表示方法，知道交变电流的瞬时值、峰值的物理含义。 4.知道中性面的物理特点。 科学思维 通过学习掌握数形结合的思想。 科学探究 通过自主探究，结合图像，推导正弦式交流电的最大值和瞬时值表达式，能熟练使用数学表达式和图像描述正弦式交变电流的变化规律。 科学态度与责任 体会发电机的发明及应用对人类生活和社会发展的深远影响，感悟科学改变生活的魅力。 知识点一　交变电流的特点 [情境导学] 手电筒中干电池能给小灯泡提供电流，家用日光灯工作时也有电流通过，这两种电流除大小不同外，还有何区别？ 答案提示：手电筒中的电流为恒定电流；日光灯中的电流为交变电流。 1.恒定电流 大小和方向都不随时间变化的电流。 2.直流 方向不随时间变化的电流。 3.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。 4.交变电流的图像 (1)波形图：电压或电流随时间变化的图像。 (2)观察方法：用示波器或电压传感器观察。 5.日常使用的各种充电器能把交变电流变成低压直流。 知识点二 交变电流的周期和频率 1.周期 交变电流完成一次周期性变化所需要的时间，称为交变电流的周期，用符号T表示。 2.频率 交变电流在一段时间内完成周期性变化的次数与这段时间之比称为交变电流的频率，用符号f表示。 3.周期和频率的关系：T＝。 4.正弦式交变电流 电流的大小和方向随时间按正弦规律变化，这种电流被称为正弦式交变电流，简称正弦交流电。 知识点三 交变电流的产生原理 [情境导学] 　假定线圈绕OO′轴沿逆时针方向匀速转动，如图所示，则： (1)线圈转动一周的过程中，线圈中的电流方向如何变化？ (2)线圈转动过程中，当产生的感应电流有最大值和最小值时线圈分别在什么位置？ 答案提示：　(1) 转动过程 电流方向 甲→乙 B→A→D→C 乙→丙 B→A→D→C 丙→丁 A→B→C→D 丁→甲 A→B→C→D (2)线圈转到乙或丁位置时线圈中的感应电流最大。线圈转到甲或丙位置时线圈中感应电流最小，为零，此时线圈所处的平面称为中性面。 一、交流发电机 1.交流发电机的原理 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，就可产生感应电动势和感应电流。 2.交流发电机的构造 交流发电机主要由线圈(电枢)和磁极两部分组成。 3.交流发电机的种类 两种类型 转子 定子 旋转电枢式 电枢 磁极 旋转磁极式 磁极 电枢 二、正弦式交变电流的产生原理 1产生条件 在匀强磁场中，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。 2.产生原理 (1)中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置叫作中性面，线圈经过中性面时，不产生感应电动势，也没有感应电流。 (2)方向变化：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，经过中性面两次，感应电流的方向改变两次。 知识点四　正弦式交变电流的变化规律 [情境导学] 如图所示，线圈平面绕bc边的中点从中性面开始转动，角速度为ω。经过时间t，线圈转过的角度是ωt，ab边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于ωt。设ab边长为L1，bc边长为L2，线圈面积S＝L1L2，磁感应强度为B，则： (1)ab边产生的感应电动势为多大？ (2)整个线圈中的感应电动势为多大？ (3)若线圈有N匝，则整个线圈的感应电动势为多大？ 答案提示：(1)eab＝BL1vsin ωt＝BL1sin ωt＝BL1L2ωsin ωt＝BωSsin ωt。 (2)整个线圈中的感应电动势由ab和cd两边产生的感应电动势组成，且eab＝ecd， 所以e总＝eab＋ecd＝BSωsinωt。 (3)若线圈有N匝，则相当于N个完全相同的电源串联，所以e＝NBSωsin ωt。 1.正弦式交变电流的瞬时值表达式 (1)e＝Emsin ωt(从中性面开始计时，其中Em＝nBωS) (2)i＝Imsin ωt(外电路为纯电阻电路，回路的总电阻为R，其中Im＝) (3)u＝Umsin ωt(其中Um＝ImR) 2.正弦式交变电流的图像 3.交变电流的峰值 Em＝nBωS，Im＝，Um＝。 说明：电动势峰值Em＝nBωS由线圈匝数n、磁感应强度B、转动角速度ω和线圈面积S决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关。 如图所示的几种情况中，如果n、B、ω、S均相同，则感应电动势的峰值均相同。 4.正弦交变电流的瞬时值表达式 (1)从中性面位置开始计时 e＝Emsin ωt，i＝Imsin ωt，u＝Umsin ωt。