高二物理（人教版）学案 选择性必修二 第三章 第1节 交变电流

第三章交变电流

第1节交变电流（强基课一逐点理清物理观念）

课标要求学习目标

1.理解中性面、交变电流的峰值和瞬时值的准确含义。

1.通过实验，认识交变电流，2.结合发电机示意图，用法拉第电磁感应定律推导正弦

2.能用公式和图像描述正弦式交变式交变电流电动势的表达式。

电流。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）随变化的图像。

2.交变电流：随时同做变化的电流，简称交流。

3.直流：不随时间变化的电流，如电池供给的电流、口常使用的各种充电器输

出的电流等。

:多:用微:点：交变电流的电动势、电压、电流都随时间做周期性变化，不仅方向

做周期性变化，与大小也可能做周期性变化.

|全方位练明］

I.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()

3.下列属于交变电流的是,属于直流的是。交变电流与直流的本质区

别是。

逐点清(二)交变电流的产生和变化规律

［多维度理解1

1.交变电流的产生

(1)产生条件：在匀强破场中，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，穿过线圈的磁通量勿最大，但瞽=0,6=0,，=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：按规律变化的交变电流叫作正弦式交变电流，简称

(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。=，其中心

=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=&cosrW。

②电动势峰值Em=N3s/由线圈而数N、磁感应强度8、转动角速度①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、①、S均相同，则感应电动势的峰值均相同。

(3)正弦式交变电流和电压

(4)正弦式交变电流的图像(如图所示)

为稣微闵

1.正弦式交变电流的产生条件

(1)匀强磁场。

(2)线圈匀速转动。

(3)线圈的转轴垂直于屐场方向

2.两个特殊位置的对比

中性面中性面的垂直位置

J4~I

g产

aN

图示I

1-0-

线圈平面与线圈平面与

位置

磁场垂直磁场平行

磁诵昌最大0

磁通量的

0最大

变化率

感应电动势0最大

感应电流0最大

电流方向

改变不变

改变情况

I典例］如图所示，有一匝数为10匝的正方形线圈，边长为20cm,o

线圈总电阻为1Q,线圈绕。。'轴以10nrad/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0.5T。(线圈转动到中性面开始计时)x?x

(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？1——%

(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。

尝试解答：

［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，交变电流

的感应电动势瞬时值的表达式是什么？

/方法技巧/

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求出相应峰值。

（2）确定线圈的角速度：可根据线图的转速或周期由0=率=27^求出，/表示线圈的频率

也可表示每秒的转数。

（3）明确线图的初始位置，找出对应的函数关系式：

①线图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线图从垂直中性面位置开始转动，则e-t.i-t.u-i图像为余弦函数图像，函数式为余

弦函数。

【全方位练明］

I.（2024・山东济宁期中）关于线圈在匀强磁场中转动时产生的交变电流，以下说法正确的

是（）

A.线圈平面每经过中性面•次，感应电流方向就改变一次，感应电动势方向不变

B.线圈每转动一周，感应电流方向就改变一次

C.线圈平面每经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向都要改变一次

D.线圈每转动一周，感应电动势和感应电流方向都要改变一次

2.（2024•河北邢台期末）交流发电机模型如图所示，矩形线圈ABCD在匀强磁场中绕其

中心轴00'匀速转动，从线圈平面与磁场垂直时开始L时，已知线圈转动的角速度C>=2TT

rad/s,下列说法正确的是（）

A.线圈中产生按余注规律变化的交变电流

B.『0.25s时,线圈位于中性面

C.1=0.5s时，穿过线圈的磁通量变化率最大

D.£=0.75s时,线圈的感应电动势最大

3.（2024・山东高考汝U图甲所示，在一dWxWd、一dSyWd的区域中存在垂直。町，平面

向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场（用阴影表示磁场的区域），边长为2d的正方形线圈与

磁场边界重合。线圈以），轴为转轴匀速转动时，线圈中产生的交变电动势如图乙所示。若仅

磁场的区域发生了变化，线圈中产生的电动势变为图丙所示实线部分，则变化后磁场的区域

可能为（）

逐点清（三）交流发电机

［多维度理解］

1.主要构造：和。

2.分类

⑴旋转电枢式发电机：转动，不动。

⑵旋转磁极式发电机：转动，不动。

【全方位练明1

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

2.(多选)交流发电机的示意图如图所示，线圈的AB边连在金属滑环K上，CO边连在金

属滑环L上，两个电刷£尸分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持

与外电路的连接。关于其工作原理，下列分析正确的是()

A.当线圈平面转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大

B.当线圈平面转到中性面的瞬间，线圈中的感应电流最大

C.当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，穿过线阳的磁通量最小

D.当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，线圈中的感应电流最小

第三章交变电流

第1节交变电流

逐点清(一)

I多维度理解］

1.时间2.周期性3.方向

［全方位练明］

1.(1)X(2)X(3)X(4)V

2.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。

3.⑴⑵(6)⑶(4)(5)电流方向是否改变

逐点清(二)

［多维度理解］

3.(I)正弦正弦式电流(2)EmsincotNBSCD

［典例］解析：⑴交变电流电动势最大值为Em=N8ss=10X0.5XO.22X10兀V=2兀V,

电流的最大值为A=27tAo

(2)线圈转过6()。时，感应电动势e=Emsin60°=小兀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=E,„sin

=2nsin10TC/(V)。

答案：(1)2花V271A(2h/3nV(3)e=2兀sin10m(Y)

［变式拓展］提示：e=NBS(uCQstt>/=2ncosl()7r/(V)o

［全方位练明］

1.选C线圈转至中性面时，线圈平面垂直于磁感线.，穿过线圈的磁通量最大，但磁通

量的变化率、感应电动势、感应电流均为零，电流方向恰好发生变化。因此，线圈在匀强磁

场中转动产生交变电流时，每经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向都要改变一次。

线圈每转动一周，经过中性面两次，感应电动势和感应电流的方向都改变两次。故选C。

2.选D根据题意可知，从线圈平面与磁场垂直时开始计时，即线图从中性面开始转动，

产生按正弦规律变化的交变电流，故A错误；已知线圈转动的角速度G=2兀rad/s,可得周期

T=^=Is,当/=0.25s=£时，可知线圈从中性面转到与中性面垂直的位置；当/=0.55=亨

时，可知线圈转到中性面位置，此时穿过线圈的磁通量变化率为0；当/=0.75s=*时，可

知线圈转到与中性面垂直的位置，此时线圈的感应