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

1．交變電流1．通過(guò)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)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(huì)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(yīng)定律推理得出正弦式交變電流方向和大小的規(guī)律的過(guò)程，體會(huì)建立模型與推理分析的思維方法。3．了解發(fā)電機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，各種發(fā)電機(jī)的區(qū)別在于機(jī)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(shí)間做________變化的電流，簡(jiǎn)稱交流(AC)。如圖所示。2．直流：方向不隨時(shí)間變化的電流稱為直流(DC)。大小和________都不隨時(shí)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(guān)鍵是看電流的方向是否隨時(shí)間變化。3．交變電流的產(chǎn)生(1)產(chǎn)生條件：在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，矩形線圈繞________方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。(2)過(guò)程分析(如圖所示)：(3)中性面：線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，線圈平面與磁場(chǎng)________時(shí)所在的平面。假定線圈繞OO′軸沿逆時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)，如圖甲至丁所示。請(qǐng)分析判斷：?jiǎn)栴}1圖中，在線圈由甲轉(zhuǎn)到乙的過(guò)程中，AB邊中電流向哪個(gè)方向流動(dòng)？問(wèn)題2在線圈由丙轉(zhuǎn)到丁的過(guò)程中，AB邊中電流向哪個(gè)方向流動(dòng)？問(wèn)題3當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到什么位置時(shí)線圈中沒(méi)有電流，轉(zhuǎn)到什么位置時(shí)線圈中的電流最大？1．交變電流的產(chǎn)生過(guò)程分析2．兩個(gè)特殊位置的對(duì)比項(xiàng)目中性面中性面的垂面位置線圈平面與磁場(chǎng)垂直線圈平面與磁場(chǎng)平行磁通量最大零磁通量變化率零最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)零最大感應(yīng)電流零最大電流方向改變不變感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小由磁通量變化率決定，而與磁通量的大小沒(méi)有直接的關(guān)系。3．正弦式交變電流的產(chǎn)生條件(1)勻強(qiáng)磁場(chǎng)。(2)線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。(3)線圈的轉(zhuǎn)軸垂直于磁場(chǎng)方向。【典例1】如圖甲和圖乙是交流發(fā)電機(jī)的示意圖，線圈ABCD在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。下列說(shuō)法正確的是()A．圖甲中穿過(guò)線圈的磁通量最大，電路中的感應(yīng)電流最大B．圖乙中穿過(guò)線圈的磁通量最大，電路中的感應(yīng)電流最大C．圖甲中穿過(guò)線圈的磁通量變化率為零，電路中的感應(yīng)電流為零D．圖乙中穿過(guò)線圈的磁通量變化率為零，電路中的感應(yīng)電流為零[聽(tīng)課記錄](méi)[跟進(jìn)訓(xùn)練]1．(多選)矩形線框繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)且在線框平面內(nèi)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生了交變電流，下列說(shuō)法正確的是()A．當(dāng)線框位于中性面時(shí)，線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大B．當(dāng)穿過(guò)線框的磁通量為零時(shí)，線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也為零C．當(dāng)線框經(jīng)過(guò)中性面時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電流的方向就改變一次D．線框經(jīng)過(guò)中性面時(shí)，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(jī)1．從兩個(gè)特殊位置開(kāi)始計(jì)時(shí)瞬時(shí)值的表達(dá)式項(xiàng)目從中性面位置開(kāi)始計(jì)時(shí)從與中性面垂直的位置開(kāi)始計(jì)時(shí)磁通量Φ＝Φmcosωt＝BScosωtΦ＝Φmsinωt＝BSsinωt感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(dá)式中的Em、Um、Im分別為電動(dòng)勢(shì)、電壓和電流可能達(dá)到的________，叫作峰值，而e、u、i則是這幾個(gè)量的________。3．正弦式交變電流的圖像4．交流發(fā)電機(jī)電樞轉(zhuǎn)動(dòng)，磁極________的發(fā)電機(jī)，叫作旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)。如果磁極轉(zhuǎn)動(dòng)，________不動(dòng)，線圈中同樣會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這種發(fā)電機(jī)叫作旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)。不論哪種發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)動(dòng)的部分都叫________，不動(dòng)的部分都叫________。如圖所示，線圈平面繞bc邊的中點(diǎn)從中性面開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度為ω。經(jīng)過(guò)時(shí)間t，線圈轉(zhuǎn)過(guò)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(shè)ab邊長(zhǎng)為l1，bc邊長(zhǎng)為l2，線圈面積S＝l1l2，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則：?jiǎn)栴}1ab邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為多大？問(wèn)題2整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為多大？問(wèn)題3若線圈有N匝，則整個(gè)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為多大？1．推導(dǎo)正弦式交變電流瞬時(shí)值的表達(dá)式若線圈平面從中性面開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖所示，則經(jīng)時(shí)間t：(1)線圈轉(zhuǎn)過(guò)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(dòng)的線速度大小v＝ωlad(4)ab邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)eab＝Blabvsinθ＝BSω2sinωt(5)整個(gè)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e＝2eab＝BSωsinωt，若線圈為N匝，e＝NBSωsinωt。(6)若線圈給外電阻R供電，設(shè)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(dòng)勢(shì)的峰值Em＝NBSω。(2)交變電動(dòng)勢(shì)的最大值，由線圈匝數(shù)N、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω及線圈面積S決定，與線圈的形狀無(wú)關(guān)，與轉(zhuǎn)軸的位置無(wú)關(guān)，但轉(zhuǎn)軸必須垂直于磁場(chǎng)，因此如圖所示的幾種情況，若N、B、S、ω相同，則電動(dòng)勢(shì)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(zhǎng)是0.5m，共150匝，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝2πT，當(dāng)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(kāi)始計(jì)時(shí)，寫出線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式；(2)求線圈轉(zhuǎn)過(guò)110s[聽(tīng)課記錄](méi)[一題多變]上例中，若從線圈處于垂直于中性面的位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，其他條件不變，結(jié)果如何呢？(2)e＝375cos5π×110(1)求解交變電流的瞬時(shí)值問(wèn)題的答題步驟(2)若線圈給外電阻R供電，設(shè)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(jìn)訓(xùn)練]2．(多選)線圈在磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的交流電動(dòng)勢(shì)為e＝10sin20πt(V)，則下列說(shuō)法正確的是()A．t＝0時(shí)，線圈平面位于中性面B．t＝0時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量最大C．t＝0時(shí)，導(dǎo)線切割磁感線的有效速度最大D．t＝0.4s時(shí)，e達(dá)到峰值10V交變電流的圖像1．對(duì)交變電流圖像的認(rèn)識(shí)如圖所示，正弦交變電流隨時(shí)間的變化情況可以從圖像上表示出來(lái)，圖像描述的是交變電流的電動(dòng)勢(shì)、電流、電壓隨時(shí)間變化的規(guī)律，它們是正弦曲線。2．交變電流圖像的應(yīng)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(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流均為零，磁通量最大，所以可確定線圈位于中性面的時(shí)刻。(3)找出線圈平行于磁感線的時(shí)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(shí)間的變化規(guī)律?！镜淅?】一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)的圖像如圖所示，則()A．交流電的頻率是4πHzB．當(dāng)t＝0時(shí)，線圈平面與磁感線垂直，磁通量最大C．當(dāng)t＝πs時(shí)，e有最大值D．t＝32πs時(shí)，e＝－10V[聽(tīng)課記錄](méi)圖像的分析方法一看：看“軸”、看“線”、看“斜率”、看“點(diǎn)”，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(guān)系。三判：在此基礎(chǔ)上進(jìn)行正確的分析和判斷。[跟進(jìn)訓(xùn)練]3．(多選)圖甲是小型交流發(fā)電機(jī)的示意圖，兩磁極N、S間的磁場(chǎng)可視為水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，線圈繞垂直于磁場(chǎng)的水平軸OO′沿逆時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)，從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，產(chǎn)生的交變電流隨時(shí)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(shí)線圈位于中性面C．t＝0.01s時(shí)線圈平面與磁場(chǎng)方向平行D．t＝0.02s時(shí)穿過(guò)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(xué)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(qiáng)磁場(chǎng)并位于線圈平面內(nèi)的固定軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t變化的規(guī)律如圖所示，則下列說(shuō)法正確的是()A．圖像是從線圈平面位于中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)的B．t2時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量為零C．t2時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量的變化率為零D．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e的方向變化時(shí)，穿過(guò)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(yīng)強(qiáng)度B＝1πT的勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(kāi)始計(jì)時(shí)，寫出線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式。(2)畫出線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的圖像。(3)求出線圈轉(zhuǎn)過(guò)130s