新教材2023年秋高中物理第3章交變電流1.交變電流學生用書無答案新人教版選擇性必修第二冊

1．交變電流1．通過實驗認識交變電流，知道生產(chǎn)生活中使用的大多是正弦式交變電流，會用圖像和公式描述正弦式交變電流。2．經(jīng)歷建立正弦式交變電流模型、用右手定則和法拉第電磁感應定律推理得出正弦式交變電流方向和大小的規(guī)律的過程，體會建立模型與推理分析的思維方法。3．了解發(fā)電機是將機械能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，各種發(fā)電機的區(qū)別在于機械能產(chǎn)生的形式不同。交變電流及其產(chǎn)生1．交變電流：隨時間做________變化的電流，簡稱交流(AC)。如圖所示。2．直流：方向不隨時間變化的電流稱為直流(DC)。大小和________都不隨時間變化的電流稱為恒定電流。判斷電流是直流還是交流的關鍵是看電流的方向是否隨時間變化。3．交變電流的產(chǎn)生(1)產(chǎn)生條件：在勻強磁場中，矩形線圈繞________方向的軸勻速轉(zhuǎn)動。(2)過程分析(如圖所示)：(3)中性面：線圈在磁場中轉(zhuǎn)動的過程中，線圈平面與磁場________時所在的平面。假定線圈繞OO′軸沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，如圖甲至丁所示。請分析判斷：問題1圖中，在線圈由甲轉(zhuǎn)到乙的過程中，AB邊中電流向哪個方向流動？問題2在線圈由丙轉(zhuǎn)到丁的過程中，AB邊中電流向哪個方向流動？問題3當線圈轉(zhuǎn)到什么位置時線圈中沒有電流，轉(zhuǎn)到什么位置時線圈中的電流最大？1．交變電流的產(chǎn)生過程分析2．兩個特殊位置的對比項目中性面中性面的垂面位置線圈平面與磁場垂直線圈平面與磁場平行磁通量最大零磁通量變化率零最大感應電動勢零最大感應電流零最大電流方向改變不變感應電動勢的大小由磁通量變化率決定，而與磁通量的大小沒有直接的關系。3．正弦式交變電流的產(chǎn)生條件(1)勻強磁場。(2)線圈勻速轉(zhuǎn)動。(3)線圈的轉(zhuǎn)軸垂直于磁場方向?！镜淅?】如圖甲和圖乙是交流發(fā)電機的示意圖，線圈ABCD在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動。下列說法正確的是()A．圖甲中穿過線圈的磁通量最大，電路中的感應電流最大B．圖乙中穿過線圈的磁通量最大，電路中的感應電流最大C．圖甲中穿過線圈的磁通量變化率為零，電路中的感應電流為零D．圖乙中穿過線圈的磁通量變化率為零，電路中的感應電流為零[聽課記錄][跟進訓練]1．(多選)矩形線框繞垂直于勻強磁場且在線框平面內(nèi)的軸勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生了交變電流，下列說法正確的是()A．當線框位于中性面時，線框中感應電動勢最大B．當穿過線框的磁通量為零時，線框中的感應電動勢也為零C．當線框經(jīng)過中性面時，感應電動勢或感應電流的方向就改變一次D．線框經(jīng)過中性面時，各邊切割磁感線的速度為零交變電流的變化規(guī)律及交流發(fā)電機1．從兩個特殊位置開始計時瞬時值的表達式項目從中性面位置開始計時從與中性面垂直的位置開始計時磁通量Φ＝Φmcosωt＝BScosωtΦ＝Φmsinωt＝BSsinωt感應電動勢e＝Emsinωt＝________e＝Emcosωt＝NBSωcosωt電壓u＝Umsinωt＝________u＝Umcosωt＝RNBSωR+rcos電流i＝Imsinωt＝________i＝Imcosωt＝NBSωR+rcos2．峰值：表達式中的Em、Um、Im分別為電動勢、電壓和電流可能達到的________，叫作峰值，而e、u、i則是這幾個量的________。3．正弦式交變電流的圖像4．交流發(fā)電機電樞轉(zhuǎn)動，磁極________的發(fā)電機，叫作旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機。如果磁極轉(zhuǎn)動，________不動，線圈中同樣會產(chǎn)生感應電動勢，這種發(fā)電機叫作旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機。不論哪種發(fā)電機，轉(zhuǎn)動的部分都叫________，不動的部分都叫________。如圖所示，線圈平面繞bc邊的中點從中性面開始轉(zhuǎn)動，角速度為ω。經(jīng)過時間t，線圈轉(zhuǎn)過的角度是ωt，ab邊的線速度v的方向跟磁感線方向間的夾角也等于ωt。設ab邊長為l1，bc邊長為l2，線圈面積S＝l1l2，磁感應強度為B，則：問題1ab邊產(chǎn)生的感應電動勢為多大？問題2整個線圈中的感應電動勢為多大？問題3若線圈有N匝，則整個線圈的感應電動勢為多大？1．推導正弦式交變電流瞬時值的表達式若線圈平面從中性面開始轉(zhuǎn)動，如圖所示，則經(jīng)時間t：(1)線圈轉(zhuǎn)過的角度為ωt。(2)ab邊的線速度跟磁感線方向的夾角θ＝ωt。(3)ab邊轉(zhuǎn)動的線速度大小v＝ωlad(4)ab邊產(chǎn)生的感應電動勢eab＝Blabvsinθ＝BSω2sinωt(5)整個線圈產(chǎn)生的感應電動勢e＝2eab＝BSωsinωt，若線圈為N匝，e＝NBSωsinωt。(6)若線圈給外電阻R供電，設線圈本身電阻為r，由閉合電路歐姆定律得i＝eR+r＝EmR+rsinωt，即i＝Imsinωt，R兩端的電壓可記為u＝2．峰值(1)由e＝NBSωsinωt可知，電動勢的峰值Em＝NBSω。(2)交變電動勢的最大值，由線圈匝數(shù)N、磁感應強度B、轉(zhuǎn)動角速度ω及線圈面積S決定，與線圈的形狀無關，與轉(zhuǎn)軸的位置無關，但轉(zhuǎn)軸必須垂直于磁場，因此如圖所示的幾種情況，若N、B、S、ω相同，則電動勢的最大值相同。(3)電流的峰值可表示為Im＝NBSωR+r【典例2】如圖所示，正方形線圈abcd的邊長是0.5m，共150匝，勻強磁場的磁感應強度為B＝2πT，當線圈以150r/min的轉(zhuǎn)速繞中心軸線OO′(1)若從線圈處于中性面開始計時，寫出線圈中感應電動勢的瞬時值表達式；(2)求線圈轉(zhuǎn)過110s[聽課記錄][一題多變]上例中，若從線圈處于垂直于中性面的位置開始計時，其他條件不變，結果如何呢？(2)e＝375cos5π×110(1)求解交變電流的瞬時值問題的答題步驟(2)若線圈給外電阻R供電，設線圈本身電阻為r，由閉合電路歐姆定律得i＝eR+r＝EmR+rsinωt＝Imsinωt，R兩端的電壓可記為u＝[跟進訓練]2．(多選)線圈在磁場中勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的交流電動勢為e＝10sin20πt(V)，則下列說法正確的是()A．t＝0時，線圈平面位于中性面B．t＝0時，穿過線圈的磁通量最大C．t＝0時，導線切割磁感線的有效速度最大D．t＝0.4s時，e達到峰值10V交變電流的圖像1．對交變電流圖像的認識如圖所示，正弦交變電流隨時間的變化情況可以從圖像上表示出來，圖像描述的是交變電流的電動勢、電流、電壓隨時間變化的規(guī)律，它們是正弦曲線。2．交變電流圖像的應用從圖像中可以解讀到以下信息：(1)交變電流的最大值Im、Em、Um、周期T。(2)因線圈在中性面時感應電動勢、感應電流均為零，磁通量最大，所以可確定線圈位于中性面的時刻。(3)找出線圈平行于磁感線的時刻。(4)判斷線圈中磁通量的變化情況。(5)分析判斷e、i、u隨時間的變化規(guī)律?！镜淅?】一矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生的交變電動勢的圖像如圖所示，則()A．交流電的頻率是4πHzB．當t＝0時，線圈平面與磁感線垂直，磁通量最大C．當t＝πs時，e有最大值D．t＝32πs時，e＝－10V[聽課記錄]圖像的分析方法一看：看“軸”、看“線”、看“斜率”、看“點”，并理解其物理意義。二變：掌握“圖與圖”“圖與式”和“圖與物”之間的變通關系。三判：在此基礎上進行正確的分析和判斷。[跟進訓練]3．(多選)圖甲是小型交流發(fā)電機的示意圖，兩磁極N、S間的磁場可視為水平方向的勻強磁場，線圈繞垂直于磁場的水平軸OO′沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，從圖示位置開始計時，產(chǎn)生的交變電流隨時間變化的圖像如圖乙所示。以下判斷正確的是()A．交變電流的最大值為102AB．t＝0.01s時線圈位于中性面C．t＝0.01s時線圈平面與磁場方向平行D．t＝0.02s時穿過線圈的磁通量最大1．如圖所示的圖像中屬于直流的是()ABCD2．(多選)(2022·河北衡水武邑中學高二月考)下列方法能夠產(chǎn)生交變電流的是()ABCD3．一矩形線圈繞垂直于勻強磁場并位于線圈平面內(nèi)的固定軸勻速轉(zhuǎn)動，線圈中的感應電動勢e隨時間t變化的規(guī)律如圖所示，則下列說法正確的是()A．圖像是從線圈平面位于中性面開始計時的B．t2時刻穿過線圈的磁通量為零C．t2時刻穿過線圈的磁通量的變化率為零D．感應電動勢e的方向變化時，穿過線圈的磁通量的方向也變化4．如圖所示，面積為0.05m2、總電阻為1Ω、共100匝的矩形線圈abcd處于磁感應強度B＝1πT的勻強磁場中，其外接阻值R＝9Ω的電阻，線圈以300r/min的轉(zhuǎn)速繞OO′(1)若從線圈處于中性面開始計時，寫出線圈中感應電動勢的瞬時值表達式。(2)畫出線圈中感應電動勢隨時間變化的圖像。(3)求出線圈轉(zhuǎn)過130s