第三章 1 交变电流-【新课程能力培养】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册学习手册（人教版）

N 高中物理选择性必修第二册（人教版） 第三章交变电流 知识网络图 定义：方向随时间做周期性变化的电流 大小：从中性面开始计时e=NBSwSinot 交变电流 的产生 中性面：磁场方向与线圈平面垂直时线圈所处的平面 交流发电机在一个周期内①感应电流方向改变2次；②有2次最大值，此时磁通量最小； ③有2次最小值，此时磁通量最大；④磁通量减小时，感应电流增大 周期、频率、角速度、转速关系：0=2π仁2Ⅱ-2rn 瞬时值：=NBS0 sint R+r 物理量 峰值：En=NBSw,Im=NE,Un-NBSR R+r R+r 有效值：U=U 交变电流 构造：闭合铁芯，有两个或多个线圈，原线圈又叫初级线圈，副线圈又叫次级线圈 原理：互感，不能改变频率和周期，也不能改变恒定电压 U1=n4 变压器 电压关系： U22 电流关系：4=2 24 功率关系：1U=2U2 电压关系： 山4=4，U2=U3+U,2=2,U4=U用=4R用 U2 n2 Ua na 电流关系： 4=2,2g=线， 3=n4 12n 14 n3 功率关系：P发=P=P2,P2=P+r线，P=P4=P用 电能的输送 输电电流：2==U- U2U3T线 损耗功率：PPP以U上UsUs上=6r T线 损耗电压：U线U-U=r线 32)学 第三章交变电流。 1.交变电流 在乙、丁位置时线圈中 最大。 知识梳理 画出对应的主视图（目的是画出平面 图)如图所示。 川知识点1交变电流 A(B 1.交变电流：大小和方向随时间做 A(B) D(C 变化的电流称为交变电流，简称 (C)U (AC)。 2.直流： 不随时间变化的电流称为 直流(DC)。 D(C 提示：电池提供的电流是直流。 D(C A(R 4(B) 川知识点2正弦式交变电流 1.定义：随时间按正弦规律变化的电流叫作 、 3.正弦式交变电流的规律 正弦式交变电流，简称正弦式电流。 : (1)表达式 2.正弦式交变电流的产生 电动势为e= 矩形线圈在匀强磁场中绕 负载两端的电压为u= 的轴匀速转动时产生正弦交变电流，如图 流过负载的电流为= 所示。 (2) 峰值：Em、Um、Im叫作峰值（最大值）。 (3)瞬时值：e、u、i叫作瞬时值。 川知识点3中性面 电流沿ABCD方向 电流沿DCBA方向 1.定义：与匀强磁场磁感线 的平面 叫作中性面。 2.线圈平面处于跟中性面重合的位置时： (1)线圈各边都不 磁感线，即感应 电流等于0。 电流沿ABCD方向 电流沿DCBA方向 (2) 磁感线垂直于该时刻的线圈平面，穿过 线圈的磁通量 磁通量的变化 丙 率为 感应电动势及电流均为 在甲、丙位置时线圈中没有 学 33 高中物理选择性必修第二册（人教版） (3)交变电流的方向在中性面的两侧是相： 开始计时的位置有关。 反的。 2.峰值表达式 3.线圈每经过 次，电流方向就改 由e=NBSwsin wt可知，电动势的峰值 变一次，线圈转动一周，两次经过 Em=NBSw=NΦmw,与线圈的形状及转轴位置 所以电流的方向改变两次。 无关。 4.线圈平面处于跟中性面垂直的位置时，线 例1如图所示，N=50匝的 圈平面 于磁感线，磁通量为 矩形线圈abcd放在匀强磁 磁通量的变化率 感应电动势、 场中，磁感应强度B=0.4T, 感应电流均 电流方向不变。 ab边长l,=20cm,ad边长 l2=25cm。外力使线圈绕垂 要点突破 直于磁感线且通过线圈中线 例1题图 川要点1交变电流的变化规律 的O0'轴以w=100mrad/s的角速度匀速转 动，线圈电阻r=12,外电路电阻R=92, 1.瞬时值表达式的推导 t=0时线圈平面与磁感线平行，ab边正转出 如图所示，线圈从中性面处开始以角速 纸外，cd边转入纸里。求： 度ω匀速转动，经过时间t后： (1)t=0时感应电流的方向。 (2)感应电动势的瞬时值表达式。 (3)从图示位置转过90°的过程中流过电阻 R的电荷量。 思路点拨 解答此题应注意两点：一是开始计 线圈转过的角度：w 时的位置，线圈是在中性面还是位于与 中性面垂直的位置；二是计算电荷量时 ab边的线速度跟磁感线方向的夹角：0=wt 应使用平均值。 b边转动的线速度大小：=oR=u ab边产生的感应电动势：e=BLwsin=BS -sin wt 整个一匝线圈产生的电动势：e=2e=BSwsin wt N匝线圈产生的总电动势：e=NBSwsin wt=E sin wt 提示：若线圈从位于与中性面垂直的位置开 始计时，e=Encos wt,.所用瞬时值表达式与 34)学 第三章交变电流。 例2（多选）矩形线圈 变式训练1 在匀强磁场中匀速转动 有一个10匝正方形线框， 0 产生的电动势e-t图像 边长为20cm,线框总电阻为 如图所示，则在时刻 ××1×× 例2题图 12,线框绕OO'轴以10mrad/s ××!×× ( 的角速度匀速转动，如图所 0 A.t、t3线圈通过中性面 示。垂直于线框平面向里的匀 变式训练1题图 B.t2、t4线圈中磁通量最大 强磁场的磁感应强度为0.5T。问： C.t1、t3线圈中磁通量变化率最大 (1)该线框产生的交变电流的电动势最大 D.t2、t4线圈平面与中性面垂直 值、电流最大值分别是多少？ 思路点拨 (2)写出感应电动势随时间变化的表达式。 理解中性面的含义。当线圈平面位 (3)线框从图示位置转过60°时，感应电动 于中性面时与磁感线垂直，线圈不切割 势的瞬时值是多少？ 磁感线，磁通量最大，但磁通量的变化 率为0，线圈中没有感应电流。 B变式训练2 如图所示，单匝矩形线圈 的一半放在具有理想边界的匀 强磁场中，线圈轴线O0'与磁 XX 场边界重合。线圈按图示方向 10 匀速转动。若从图示位置开始 变式训练2题图 计时，并规定电流方向沿a→b→c→d→a为 要点2正弦交变电流图像的认识和应用： 正方向，则线圈内感应电流随时间变化的图 线圈在中性面位置开始计时，磁通量和 像是下列选项中的( 电动势随时间变化的图像如表所示： 项目 磁通量 电动势 表达 重=Φcos wt=- e=Esin wt=nBSosin wt 式 BScos wt 图像 学(35 高中物理选择性必修第二册（人教版） A.高空风车发电的工作原理是电流的磁效应 情境拓展 B.无论风力多大，线圈b的发电频率不变 如图是一款高空风车及其发电模块原理：C.该时刻线圈磁通量为零，感应电动势也 简图，该装置利用充气球将发电机带上高 为零 空，通过电缆将电能传输到地面，可为救灾 D.该时刻线圈b端电势高于a端电势 场所等临时供电。在发电期间，发电机线圈 ab在某一时刻转至图示位置，则下列说法正 确的是( 情境拓展题图 2.交变电流的描述 知识梳理 知识点2交变电流的瞬时值、峰值、 有效值、平均值 知识点1表征交变电流变化快慢的物 1.瞬时值：交变电流 的值，是时 理量 间的函数。正弦交流电瞬时值的表达式为 1.周期T:电流完成 e=E sin wt,u=Usin wt,i=sin wt。在求 用的时间。单位：秒，符号：S。 解某一时刻线圈受到的磁力矩时，用的是 2.频率：交变电流完成周期性变化的次数 瞬时值。 与所用时间之比叫作它的频率，数值等：2.峰值：交变电流的电流或电压所能达到的 于变化电流在单位时间内完成的 最大值，也叫最大值；电容器的击穿电压 。单位：赫兹，符号：Hz。 为最大值。 3.角频率ω：线圈在匀强磁场中转动的角速：3.有效值：跟交变电流的热效应等效的 度。单位：rad/s。 的值叫作交变电流的有效 4.角速度、频率、周期的关系：w=22π 值。正弦交流电的有效值与最大值之间的 关系：E= U= 各种交流电电气设备铭牌上所标示的值、 36)学要点突破 例A【解析】由楞次定律可知，铝框的转动将阻 碍其磁通量的变化，故两者转动方向相同，A正确，B 错误；磁铁停止转动后，铝框的转动将产生感应电流， 从而铝框会受到安培力的作用，阻碍铝框的转动，故铝 框会慢慢停下来，C错误；两者静止时转动铝框，铝框 将产生感应电流，而通电导体将产生磁场，可使磁铁转 动，D错误。 变式训练B 情境拓展 B【解析】根据题意可知，硬币进人磁场和离开磁 场时，穿过硬币的磁通量发生变化，硬币中产生感应电 流，感应电流会阻碍硬币的相对运动，即硬币进入磁场 的过程会受到来自磁场的阻力，若磁场阻力大于硬币重 力沿斜面的分力，硬币将做减速运动，若磁场阻力等于 硬币重力沿斜面的分力，硬币将匀速进入磁场，若磁场 阻力小于硬币重力沿斜面的分力，硬币继续加速运动， 但速度增加变慢。综上所述，磁场能使硬币的速度增大 得更慢，如果没有磁场，则测速器示数会更大一些，故 A、C正确，B错误；硬币进人磁场和离开磁场时，穿 过硬币的磁通量发生变化，硬币中产生感应电流，感应 第三章 交 >m1.交变电流 知识梳理 知识点1 1.周期性交流2.方向 知识点2 2.垂直于磁感线感应电流感应电流 3.(1)E sin wt Usin wt I sin wt 知识点3 1.垂直2.(1)切割(2)最大003.中性面 中性面4.平行0最大最大 要点突破 1 (1)adcba (2)e=314cos(100mt)V (3)0.1C【解析】(1)根据右手定则，线圈中感应电 流的方向为adeba。(2)感应电动势的瞬时值表达式为e= WBl,l2 cos wt=-314cos(100mt)V。(3)从t=0起转过90° 的过程中流过电阻R的电荷量为9=7=品如 参考答案与解析。 电流会阻碍硬币的相对运动，对硬币做负功，使硬币的 机械能减小，故D正确。 Pm4.互感和自感 知识梳理 知识点1 1.自感2.(2)相反相同 要点突破 例AC【解析】刚闭合S的瞬间，由于L的自感 作用，L瞬间相当于断路，所以电流通过D、D2的大小 相等，灯泡D、D2的亮度相同，A正确，B错误；闭合 S待电路达到稳定后，L相当于短路，D被短路熄灭， 通过D2的电流比原来大，C正确，D错误。 变式训练D 情境拓展 C【解析】变化的磁场才能使金属中产生涡流，涡 流产生的磁场影响探测器，进而使其报警，由此可知探 测器回路内的电流为变化的电流，A错误，C正确；塑 料板内无大量可自由移动的电子，不会产生感应电流， B错误；残破的古铜币内会产生涡流，探测器会报警， D错误。 变电流 _NAΦ△r=NBl=0.1C。 (R+T)△t R+r 变式训练1(1)628V,628A(2)e-628sin(10mt)V (3)5.44V 例2AD【解析】对于线圈在匀强磁场转动的模 型，要能够把图线和实物联系在一起，弄清转动过程中 两个特殊位置和特征：通过中性面时磁通量最大，但磁 通量变化率为0，产生的感应电动势也为0：通过与中 性面垂直的位置时磁通量为0，但磁通量变化率最大， 产生的感应电动势也最大，结合图像可以判断A、D正确。 变式训练2A 情境拓展 D【解析】高空风车发电的工作原理是电磁感应， A错误；风力越大，风车转动得越快，线圈b的发电 频率越大，B错误；由图可知，该时刻线圈平面与磁场 平行，线圈磁通量为零，感应电动势最大，C错误；根 据题意，由右手定则可知，该时刻线圈中的电流由一→ b,则线圈b端电势高于a端电势，D正确。 33