第3章 第1节 交变电流（Word教参）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册（人教版）

本高中物理讲义聚焦交变电流核心知识点，从交变电流与直流的定义辨析入手，系统梳理其产生原理（中性面、磁通量变化率），推导正弦式交变电流电动势表达式（峰值、瞬时值），并结合交流发电机构造与分类，构建完整知识支架。 资料以“多维度理解+全方位练明”设计，通过中性面与垂直位置对比表、电动势推导典例等培养物理观念与科学思维，变式拓展和真题练习助力科学探究。课中辅助教师系统授课，课后学生可通过典例解析和习题巩固查漏补缺。

第三章　交变电流 第1节　交变电流(强基课——逐点理清物理观念) 课标要求 学习目标 通过实验,认识交变电流。 1.理解中性面、交变电流的峰值和瞬时值的准确含义。 2.结合发电机示意图,用法拉第电磁感应定律推导正弦式交变电流电动势的表达式。 3.利用交流发电机模型及示意图,分析交变电流的产生原理。 逐点清(一)　交变电流 [多维度理解] 1.波形图:在显示屏上显示的电压(或电流)随时间变化的图像。 2.交变电流:随时间做周期性变化的电流,简称交流。 3.直流:方向不随时间变化的电流,如电池供给的电流、日常使用的各种充电器输出的电流等。 4.区分直流电流和交变电流的关键 (1)方向不变是直流电流。 (2)大小和方向都不变是恒定电流。 (3)只要方向随时间做周期性变化,就是交变电流。 [全方位练明] 1.判断下列说法是否正确。 (1)如果电流大小随时间做周期性变化,则一定是交变电流。 (×) (2)直流电的大小和方向一定不变。 (×) (3)交变电流一定是按正弦规律变化的。 (×) (4)交变电流的最大特征就是电流方向随时间做周期性变化。 (√) 2.下列所示图像中属于交变电流的是 (　　) 解析:选A　交变电流是指电流、电压的方向随时间做周期性变化的电流,故选A。 逐点清(二)　交变电流的产生和变化规律 [多维度理解] 1.交变电流的产生 (1)产生条件:在匀强磁场中,闭合线圈绕垂直于磁场方向的轴转动。 (2)线圈转动时产生的感应电流随时间变化的曲线: 2.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,穿过线圈的磁通量Φ最大,但=0,e=0,i=0。 (3)线圈越过中性面,线圈中感应电流方向要改变。线圈转一周,两次经过中性面,感应电流方向改变两次。 3.正弦式交变电流的变化规律 (1)正弦式交变电流:按正弦规律变化的交变电流叫作正弦式交变电流,简称正弦式电流。 (2)从中性面开始计时,线圈中产生的电动势的瞬时值表达式e=Emsin ωt,其中Em=NBSω为交变电流电动势的峰值。  说明:①若从与中性面垂直的位置开始计时,e=Emcos ωt。 ②电动势峰值Em=NBSω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。 (3)电流表达式i=Imsin ωt,电压表达式u=Umsin ωt,其中Im=,Um=R。 (4)正弦式交变电流的图像(如图所示) 4.两个特殊位置的对比 中性面 中性面的垂直位置 图示 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 0 磁通量的 变化率 0 最大 感应电动势 0 最大 感应电流 0 最大 电流方向 改变情况 改变 不变 　　 [典例]　如图所示,有一匝数为10匝的正方形线圈,边长为20 cm,线圈总电阻为1 Ω,线圈绕OO'轴以10π rad/s的角速度匀速转动,垂直于线圈平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5 T。(线圈转动到中性面开始计时) (1)求该线圈产生的交变电流的电动势最大值、电流最大值分别为多少? (2)线圈从图示位置转过60°时,感应电动势的瞬时值是多大? (3)写出感应电动势随时间变化的表达式。 答题区(面答面评,拍照上传,现场纠错品优) [解析]　(1)交变电流的电动势最大值为Em=NBSω=10×0.5×0.22×10π V=2π V,电流的最大值为Im== A=2π A。 (2)线圈转过60°时,感应电动势 e=Emsin 60°=π V。 (3)由于是从线圈转动到中性面开始计时的,所以感应电动势瞬时值表达式为e=Emsin ωt=2πsin 10πt(V)。 [答案]　(1)2π V　2π A　(2)π V (3)e=2πsin 10πt(V) 　　[变式拓展]　对应[典例]中的情境,如果从线圈与中性面垂直的位置开始计时,感应电动势瞬时值的表达式是什么? 提示:e=NBSωcos ωt=2πcos 10πt(V)。 [思维建模] 　　 正弦式交变电流瞬时值表达式的书写技巧 (1)确定正弦式交变电流的峰值:根据已知图像读出或由公式Em=NBSω求出相应峰值。 (2)确定线圈的角速度:可根据线圈的转速或周期由ω==2πf求出,f表示线圈的频率也可表示每秒的转数。 (3)明确线圈的初始位置,找出对应的函数关系式: ①线圈从中性面位置开始转动,则e⁃t、i⁃t、u⁃t图像为正弦函数图像,函数式为正弦函数。 ②线圈从垂直中性面位置开始转动,则e⁃t、i⁃t、u⁃t图像为余弦函数图像,函数式为余弦函数。 [全方位练明] 1.(2025·广东深圳期中)(多选)如图所示,下列线圈匀速转动或做匀速直线运动,能产生交变电流的是 (　　) 解析:选AD　A选项图中线圈绕垂直磁场的转轴转动,故可以产生交变电流,故A正确;根据E=BLv,可知B选项图中产生的是恒定电流,故B错误;C选项图中回路磁通量不变,没有感应电流,故C错误;D选项图中线圈绕垂直磁场的转轴转动,可以产生交变电流,故D正确。 2.(2025·重庆阶段练习)某矩形闭合金属线圈在匀强磁场中匀速转动,穿过该线圈的磁通量Φ随时间t按如图所示正弦规律变化。则t=0.5 s时刻 (　　) A.穿过该线圈的磁通量最小 B.穿过该线圈的磁通量最大 C.该线圈中的电流最大 D.该线圈中的电流不为零 解析:选B　由题图可知,t=0.5 s时刻穿过该线圈的磁通量最大,穿过线圈的磁通量变化率为零,产生的感应电动势为零,线圈中的电流为零,B正确,A、C、D错误。 逐点清(三)　交流发电机 [多维度理解] 1.主要构造:电枢和磁体。 2.分类 (1)旋转电枢式发电机:电枢转动,磁极不动。 (2)旋转磁极式发电机:磁极转动,电枢不动。 [全方位练明] 1.关于交流发电机和直流电动机,下列说法正确的是 (　　) A.电动机是利用电磁感应现象制成的,工作时把机械能转化为电能 B.电动机是利用磁场对电流的作用制成的,工作时把电能转化为机械能 C.发电机是利用电磁感应现象制成的,工作时把电能转化为机械能 D.发电机是利用磁场对电流的作用制成的,工作时把机械能转化为电能 解析:选B　电动机是利用磁场对电流的作用制成的,工作时把电能转化为机械能,故A错误,B正确;发电机是利用电磁感应现象制成的,工作时把机械能转化为电能,故C、D错误。 2.(2024·新课标卷)(多选)电动汽车制动时可利用车轮转动将其动能转换成电能储存起来。车轮转动时带动磁极绕固定的线圈旋转,在线圈中产生电流。磁极匀速转动的某瞬间,磁场方向恰与线圈平面垂直,如图所示。将两磁极间的磁场视为匀强磁场,则磁极再转过90°时,线圈中 (　　) A.电流最小 B.电流最大 C.电流方向由P指向Q D.电流方向由Q指向P 解析:选BD　由题图可知,开始时线圈处于中性面位置,当磁极再转过90°时,此时穿过线圈的磁通量为0,磁通量的变化率最大,可知此时线圈中电流最大;在磁极转动的过程中,穿过线圈的磁通量在减小,根据楞次定律结合安培定则可知,此时感应电流方向由Q指向P。故选B、D。 学科网（北京）股份有限公司 $