第3章 第2节 交变电流的产生-【新课程学案】2026-2027学年高中物理选择性必修第二册教师用书word（鲁科版）

第2节　交变电流的产生(赋能课——精细培优科学思维)

 

一、交流发电机和正弦式交变电流的产生原理

1.交流发电机

(1)定义：能产生大小和方向随时间做周期性变化电流的发电机。

(2)构造：主要由线圈(电枢)和磁极两部分组成。

(3)原理：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.产生原理

(1)产生条件：在匀强磁场中，矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。

(2)中性面：线圈在磁场中转动的过程中，线圈平面与磁感线垂直时所在的平面。

[微点拨]

　正弦式交变电流产生过程中的两个重要平面

(1)中性面：线圈转到与磁场方向垂直时的平面，此时感应电动势、电压、电流的值都为0。

(2)和中性面垂直的平面：线圈平面与磁场方向平行，此时感应电动势、电压、电流都达到最大值。

 

 

 

[情境思考]

以下四个图表示交变电流产生的过程，如何理解线圈平面转到中性面时感应电动势为0，而线圈平面与中性面垂直时感应电动势最大呢?

提示：根据法拉第电磁感应定律E=n可知，感应电动势的大小不是与磁通量Φ直接对应，而是与磁通量的变化率成正比。虽然线圈经过中性面时磁通量最大，但磁通量的变化率为0，所以感应电动势为0;虽然线圈平面与中性面垂直时磁通量为0，但磁通量的变化率最大，所以感应电动势最大。

 

二、正弦式交变电流的变化规律

1.正弦式交变电流的表达式

(1)e=Emsin ωt(从中性面开始计时，其中Em=nBSω) 

(2)i=Imsin ωt 

(3)u=Umsin ωt(其中Um=ImR) 

2.正弦式交变电流的图像

3.拓展一步：交变电流的相位

(1)相位：从线圈平面与中性面夹角为φ0的位置开始计时，经过时间t后，ωt+φ0称为交变电流的相位或相。

(2)初相：t=0时的相φ0称为初相。

 

 [情境思考]　

如图，设线圈t=0时刚好转到与中性面垂直的位置，设线圈转动的角速度为ω，线圈匝数为N，线圈面积为S，经过时间t，线圈转过角度θ=ωt。

(1)线圈产生的感应电动势的最大值是多少?

(2)写出经过时间t，交变电流电动势的瞬时值表达式。

提示：(1)Em=NBSω

(2)e=NBSωcos ωt

强化点(一)　正弦式交变电流的产生