高中物理人教版 (2019)選擇性必修第二冊(cè)1 交變電流精品學(xué)案-學(xué)案下載-教習(xí)網(wǎng)

3.1 交變電流學(xué)案一、自主預(yù)習(xí) 1. 交變電流：__________和__________都隨時(shí)間做__________的電流叫做交變電流。電壓和電流隨時(shí)間按__________變化的交流電叫正弦交流電。 2．交流電的產(chǎn)生：矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的中心軸勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，線圈中就會(huì)產(chǎn)生__________。課堂探究情景設(shè)問(wèn) 用示波器或電壓傳感器先觀察電池供給的電壓的波形，再觀察學(xué)生電源交流擋供給的電壓的波形。這兩種波形各有什么特點(diǎn)？新知探究考點(diǎn)一：交變電流 1.交變電流:大小和方向隨時(shí)間周期性變化的電流,簡(jiǎn)稱交流(AC)。如圖所示。其中甲圖是正弦式交變電流。 2.直流:方向不隨時(shí)間變化的電流,稱為直流(DC)。 3.恒定電流:大小和方向不隨時(shí)間變化的電流。 4.圖像特點(diǎn): (1)恒定電流的圖像是一條與時(shí)間軸平行的直線。 (2)交變電流的圖像隨時(shí)間做周期性變化,如正弦交變電流的圖像: 考點(diǎn)二：交變電流的產(chǎn)生 1.產(chǎn)生:閉合線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),線圈中就產(chǎn)生正弦式交變電流。 2.產(chǎn)生過(guò)程示意圖: （1）線圈在甲位置時(shí)沒(méi)有電流（2）線圈由甲位置轉(zhuǎn)到乙位置的過(guò)程中，電流方向?yàn)锽→A→D→C （3）線圈由乙位置轉(zhuǎn)到丙位置的過(guò)程中，電流方向?yàn)锽→A→D→C （4）線圈由丙位置轉(zhuǎn)到丁位置的過(guò)程中，電流方向?yàn)锳→B→C→D （5）線圈由丁位置回到甲位置的過(guò)程中，電流方向?yàn)锳→B→C→D 3.中性面——線圈平面與磁感線垂直時(shí)的位置。 (1)線圈處于中性面位置時(shí),穿過(guò)線圈的Φ最大,但線圈中的電流為零。 (2)線圈每次經(jīng)過(guò)中性面時(shí),線圈中感應(yīng)電流方向都要改變。線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周,感應(yīng)電流方向改變兩次。 4.線圈在兩個(gè)特殊位置（中性面與垂直中性面）的定義、磁通量、磁通量變化率、電動(dòng)勢(shì)、電流情況：思考與討論：假定線圈沿逆時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)，如圖 3.1-3 所示。我們考慮下面幾個(gè)問(wèn)題。（1）在線圈由甲圖轉(zhuǎn)到乙圖所示位置的過(guò)程中，AB 邊中電流向哪個(gè)方向流動(dòng)？（2）在線圈由丙圖轉(zhuǎn)到丁圖所示位置的過(guò)程中，AB 邊中電流向哪個(gè)方向流動(dòng)？（3）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？解析：（1）在線圈由甲轉(zhuǎn)到乙的過(guò)程中，穿過(guò)線框的磁通量減小，根據(jù)楞次定律判斷得知AB中電流方向由B到A．（2）在線圈由丙轉(zhuǎn)到丁的過(guò)程中，穿過(guò)線框的磁通量減小，根據(jù)楞次定律判斷得知AB中電流方向由A到B．考點(diǎn)三：交變電流的變化規(guī)律 1.定義:按正弦規(guī)律變化的交變電流,簡(jiǎn)稱正弦式電流。 2.從中性面開始計(jì)時(shí)，交變電流的變化規(guī)律注:表達(dá)式中Em、Um、Im分別是電動(dòng)勢(shì)、電壓、電流的峰值,而e、u、i則是這幾個(gè)量的瞬時(shí)值。 3. 峰值決定因素: 關(guān)于它的數(shù)值的解釋符合科學(xué)實(shí)際的有: ①②③。 ① 由線圈匝數(shù)n、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω和線圈面積S決定。 ②與線圈的形狀無(wú)關(guān)。 ③與轉(zhuǎn)軸的位置無(wú)關(guān) 4.交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式推導(dǎo): 線圈平面從中性面開始轉(zhuǎn)動(dòng),如圖所示,則經(jīng)過(guò)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?。簐=ω 。 (4)ab邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(設(shè)線圈面積為S)：eab=BLabvsin θ= sin ωt。 (5)整個(gè)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：e=2eab=BSωsin ωt,若線圈為n匝,則e=nBSωsin ωt。 5.交變電流的圖像:(從中性面開始計(jì)時(shí)) 考點(diǎn)四：交流發(fā)電機(jī) 1.發(fā)電廠里的交流發(fā)電機(jī)的構(gòu)造: 基本組成部分是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的線圈（通常叫作電樞）和產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁體。發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子（圖3.1-8）由蒸汽輪機(jī)、水輪機(jī)等帶動(dòng)。蒸汽輪機(jī)、水輪機(jī)等將機(jī)械能傳遞給發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，輸送給外電路。圖3.1-8 三峽電站一臺(tái)正在吊裝的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子 2.交流發(fā)電機(jī)的種類和特點(diǎn)：三、典例精講例題展示例1想一想：若電流表達(dá)式為i=Imsin2ωt，其他條件不變，而使線圈的匝數(shù)和轉(zhuǎn)速同時(shí)增加一倍，則電流變化規(guī)律為（） A.i=2Imsin2ωt B.i=4Imsin2ωt C.i=2Imsinωt D.i=4Imsinωt 例2在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,一個(gè)100匝的閉合矩形金屬線圈,繞與磁感線垂直的固定軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),如圖所示,穿過(guò)該線圈的磁通量隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化。則(　　) A.t=0時(shí),線圈位于中性面位置 B.t=0.5 s時(shí),線圈中的磁通量變化率為零 C.t=0.8 s時(shí),線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)處于減小的過(guò)程中 D.t=1.0 s時(shí),線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零四、核心素養(yǎng)專練核心素養(yǎng)專練 1. 線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的交變電流如圖所示，由圖可知(　　) A．在t1和t3時(shí)刻，線圈處于中性面位置 B．由圖可知線圈轉(zhuǎn)動(dòng)是在中性面開始計(jì)時(shí)的 C．從t1到t4線圈轉(zhuǎn)過(guò)的角度為π弧度 D．若從0時(shí)刻到t4時(shí)刻經(jīng)過(guò)0.02 s，則在1 s內(nèi)交變電流的方向改變50次 2. 如圖1-所示，理想變壓器原線圈接在交流電源上，圖中各電表均為理想電表．下列說(shuō)法正確的是(　　) A．當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)時(shí)，R1消耗的功率變大 B．當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)時(shí)，電壓表V示數(shù)變大 C．當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)時(shí)，電流表A1示數(shù)變大 D．若閉合開關(guān)S，則電流表A1示數(shù)變大，A2示數(shù)變大 3. 一自耦變壓器如圖1-所示，環(huán)形鐵芯上只繞有一個(gè)線圈，將其接在a、b間作為原線圈．通過(guò)滑動(dòng)觸頭取該線圈的一部分，接在c、d間作為副線圈．在a、b間輸入電壓為U1的交變電流時(shí)，c、d間的輸出電壓為U2，在將滑動(dòng)觸頭從M點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到N點(diǎn)的過(guò)程中(　　) A．U2>U1，U2降低 B．U2>U1，U2升高 C．U2

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