高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第二冊1 交變電流精品學案

這是一份高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第二冊1 交變電流精品學案
3.1 交變電流 學案 一、自主預習 1. 交變電流：__________和__________都隨時間做__________的電流叫做交變電流。電壓和電流隨時間按__________變化的交流電叫正弦交流電。 2．交流電的產(chǎn)生：矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的中心軸勻速旋轉時，線圈中就會產(chǎn)生__________。 課堂探究 情景設問 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？ 新知探究 考點一：交變電流 1.交變電流:大小和方向隨時間周期性變化的電流,簡稱交流(AC)。如圖所示。其中甲圖是正弦式交變電流。 2.直流:方向不隨時間變化的電流,稱為直流(DC)。 3.恒定電流:大小和方向不隨時間變化的電流。 4.圖像特點: (1)恒定電流的圖像是一條與時間軸平行的直線。 (2)交變電流的圖像隨時間做周期性變化,如正弦交變電流的圖像: 考點二：交變電流的產(chǎn)生 1.產(chǎn)生:閉合線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉動,線圈中就產(chǎn)生正弦式交變電流。 2.產(chǎn)生過程示意圖: （1）線圈在甲位置時沒有電流 （2）線圈由甲位置轉到乙位置的過程中，電流方向為B→A→D→C （3）線圈由乙位置轉到丙位置的過程中，電流方向為B→A→D→C （4）線圈由丙位置轉到丁位置的過程中，電流方向為A→B→C→D （5）線圈由丁位置回到甲位置的過程中，電流方向為A→B→C→D 3.中性面——線圈平面與磁感線垂直時的位置。 (1)線圈處于中性面位置時,穿過線圈的Φ最大,但線圈中的電流為零。 (2)線圈每次經(jīng)過中性面時,線圈中感應電流方向都要改變。線圈轉動一周,感應電流方向改變兩次。 4.線圈在兩個特殊位置（中性面與垂直中性面）的定義、磁通量、磁通量變化率、電動勢、電流情況： 思考與討論：假定線圈沿逆時針方向勻速轉動，如圖 3.1-3 所示。 我們考慮下面幾個問題。 （1）在線圈由甲圖轉到乙圖所示位置的過程中，AB 邊中電流向哪個方向流動？ （2）在線圈由丙圖轉到丁圖所示位置的過程中，AB 邊中電流向哪個方向流動？ （3）轉到什么位置時線圈中沒有電流，轉到什么位置時線圈中的電流最大？ 解析： （1）在線圈由甲轉到乙的過程中，穿過線框的磁通量減小，根據(jù)楞次定律判斷得知AB中電流方向由B到A． （2）在線圈由丙轉到丁的過程中，穿過線框的磁通量減小，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,簡稱正弦式電流。 2.從中性面開始計時，交變電流的變化規(guī)律 注:表達式中Em、Um、Im分別是電動勢、電壓、電流的峰值,而e、u、i則是這幾個量的瞬時值。 3. 峰值決定因素: 關于它的數(shù)值的解釋符合科學實際的有: ①②③。 ① 由線圈匝數(shù)n、磁感應強度B、轉動角速度ω和線圈面積S決定。 ②與線圈的形狀無關。 ③與轉軸的位置無關 4.交變電流的瞬時值表達式推導: 線圈平面從中性面開始轉動,如圖所示,則經(jīng)過時間t: (1)線圈轉過的角度為：ωt。 (2)ab邊的線速度跟磁感線方向的夾角：θ=ωt。 (3)ab邊轉動的線速度大?。簐=ω 。 (4)ab邊產(chǎn)生的感應電動勢(設線圈面積為S)：eab=BLabvsin θ= sin ωt。 (5)整個線圈產(chǎn)生的感應電動勢：e=2eab=BSωsin ωt,若線圈為n匝,則e=nBSωsin ωt。 5.交變電流的圖像:(從中性面開始計時) 考點四：交流發(fā)電機 1.發(fā)電廠里的交流發(fā)電機的構造: 基本組成部分是產(chǎn)生感應電動勢的線圈（通常叫作電樞）和產(chǎn)生磁場的磁體。 發(fā)電機的轉子（圖3.1-8）由蒸汽輪機、水輪機等帶動。蒸汽輪機、水輪機等將機械能傳遞給發(fā)電機，發(fā)電機將機械能轉化為電能，輸送給外電路。 圖3.1-8 三峽電站一臺正在吊裝的發(fā)電機轉子 2.交流發(fā)電機的種類和特點： 三、典例精講 例題展示 例1想一想：若電流表達式為i=Imsin2ωt，其他條件不變，而使線圈的匝數(shù)和轉速同時增加一倍，則電流變化規(guī)律為（ ） A.i=2Imsin2ωt B.i=4Imsin2ωt C.i=2Imsinωt D.i=4Imsinωt 例2在勻強磁場中,一個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動,如圖所示,穿過該線圈的磁通量隨時間按正弦規(guī)律變化。則(　　) A.t=0時,線圈位于中性面位置 B.t=0.5 s時,線圈中的磁通量變化率為零 C.t=0.8 s時,線圈產(chǎn)生的感應電動勢處于減小的過程中 D.t=1.0 s時,線圈產(chǎn)生的感應電動勢為零 四、核心素養(yǎng)專練 核心素養(yǎng)專練 1. 線圈在勻強磁場中勻速轉動，產(chǎn)生的交變電流如圖所示，由圖可知(　　) A．在t1和t3時刻，線圈處于中性面位置 B．由圖可知線圈轉動是在中性面開始計時的 C．從t1到t4線圈轉過的角度為π弧度 D．若從0時刻到t4時刻經(jīng)過0.02 s，則在1 s內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．下列說法正確的是(　　) A．當滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，R1消耗的功率變大 B．當滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，電壓表V示數(shù)變大 C．當滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，電流表A1示數(shù)變大 D．若閉合開關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線圈，將其接在a、b間作為原線圈．通過滑動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，c、d間的輸出電壓為U2，在將滑動觸頭從M點順時針旋轉到N點的過程中(　　) A．U2>U1，U2降低 B．U2>U1，U2升高 C．U2