7/7eq\a\vs4\al(第三章交變電流)第1節(jié)交變電流(強基課—逐點理清物理觀念)課標要求學習目標1.通過實驗,認識交變電流。2.能用公式和圖像描述正弦式交變電流。1.理解中性面、交變電流的峰值和瞬時值的準確含義。2.結合發(fā)電機示意圖,用法拉第電磁感應定律推導正弦式交變電流電動勢的表達式。3.利用交流發(fā)電機模型及示意圖,分析交變電流的產生原理。逐點清(一)交變電流[多維度理解]1．波形圖：在顯示屏上顯示的電壓(或電流)隨________變化的圖像。2．交變電流：隨時間做________變化的電流，簡稱交流。3．直流：________不隨時間變化的電流，如電池供給的電流、日常使用的各種充電器輸出的電流等。交變電流的電動勢、電壓、電流都隨時間做周期性變化，不僅方向做周期性變化，其大小也可能做周期性變化。[全方位練明]1．判斷下列說法是否正確。(1)如果電流大小隨時間做周期性變化，則一定是交變電流。()(2)直流電的大小和方向一定不變。()(3)交變電流一定是按正弦規(guī)律變化的。()(4)交變電流的最大特征就是電流方向隨時間做周期性變化。()2．下列所示圖像中屬于交變電流的是()3．下列屬于交變電流的是________，屬于直流的是________。交變電流與直流的本質區(qū)別是________________________________________________________________________。逐點清(二)交變電流的產生和變化規(guī)律[多維度理解]1．交變電流的產生(1)產生條件：在勻強磁場中，閉合線圈繞垂直于磁場方向的軸轉動。(2)線圈轉動時產生的感應電流隨時間變化的曲線：2．中性面(1)中性面：線圈平面與磁感線垂直的位置。(2)線圈處于中性面位置時，穿過線圈的磁通量Φ最大，但eq\f(ΔΦ,Δt)＝0，e＝0，i＝0。(3)線圈越過中性面，線圈中感應電流方向要改變。線圈轉一周，兩次經過中性面，感應電流方向改變兩次。3．正弦式交變電流的變化規(guī)律(1)正弦式交變電流：按________規(guī)律變化的交變電流叫作正弦式交變電流，簡稱________。(2)從中性面開始計時，線圈中產生的電動勢的瞬時值表達式e＝____________，其中Em＝________為交變電流電動勢的峰值。說明：①若從與中性面垂直的位置開始計時，e＝Emcosωt。②電動勢峰值Em＝NBSω由線圈匝數N、磁感應強度B、轉動角速度ω和線圈面積S決定，與線圈的形狀無關，與轉軸的位置無關。如圖所示的幾種情況中，如果N、B、ω、S均相同，則感應電動勢的峰值均相同。(3)正弦式交變電流和電壓電流表達式i＝Imsinωt，電壓表達式u＝Umsinωt，其中Im＝eq\f(Em,R＋r)，Um＝eq\f(Em,R＋r)R。(4)正弦式交變電流的圖像(如圖所示)1．正弦式交變電流的產生條件(1)勻強磁場。(2)線圈勻速轉動。(3)線圈的轉軸垂直于磁場方向。2．兩個特殊位置的對比

中性面中性面的垂直位置圖示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0磁通量的變化率0最大感應電動勢0最大感應電流0最大電流方向改變情況改變不變[典例]如圖所示，有一匝數為10匝的正方形線圈，邊長為20cm，線圈總電阻為1Ω，線圈繞OO′軸以10πrad/s的角速度勻速轉動，垂直于線圈平面向里的勻強磁場的磁感應強度為0.5T。(線圈轉動到中性面開始計時)(1)求該線圈產生的交變電流的電動勢最大值、電流最大值分別為多少？(2)線圈從圖示位置轉過60°時，感應電動勢的瞬時值是多大？(3)寫出感應電動勢隨時間變化的表達式。嘗試解答：[變式拓展]對應[典例]中的情境，如果從線圈與中性面垂直的位置開始計時，交變電流的感應電動勢瞬時值的表達式是什么？/方法技巧/正弦式交變電流瞬時值表達式的書寫技巧(1)確定正弦式交變電流的峰值：根據已知圖像讀出或由公式Em＝NBSω求出相應峰值。(2)確定線圈的角速度：可根據線圈的轉速或周期由ω＝eq\f(2π,T)＝2πf求出，f表示線圈的頻率也可表示每秒的轉數。(3)明確線圈的初始位置，找出對應的函數關系式：①線圈從中性面位置開始轉動，則e-t、i-t、u-t圖像為正弦函數圖像，函數式為正弦函數。②線圈從垂直中性面位置開始轉動，則e-t、i-t、u-t圖像為余弦函數圖像，函數式為余弦函數。[全方位練明]1．(2024·山東濟寧期中)關于線圈在勻強磁場中轉動時產生的交變電流，以下說法正確的是()A．線圈平面每經過中性面一次，感應電流方向就改變一次，感應電動勢方向不變B．線圈每轉動一周，感應電流方向就改變一次C．線圈平面每經過中性面一次，感應電動勢和感應電流的方向都要改變一次D．線圈每轉動一周，感應電動勢和感應電流方向都要改變一次2．(2024·河北邢臺期末)交流發(fā)電機模型如圖所示，矩形線圈ABCD在勻強磁場中繞其中心軸OO′勻速轉動，從線圈平面與磁場垂直時開始計時，已知線圈轉動的角速度ω＝2πrad/s，下列說法正確的是()A．線圈中產生按余弦規(guī)律變化的交變電流B．t＝0.25s時，線圈位于中性面C．t＝0.5s時，穿過線圈的磁通量變化率最大D．t＝0.75s時，線圈的感應電動勢最大3．(2024·山東高考)如圖甲所示，在－d≤x≤d、－d≤y≤d的區(qū)域中存在垂直O(jiān)xy平面向里、磁感應強度大小為B的勻強磁場(用陰影表示磁場的區(qū)域)，邊長為2d的正方形線圈與磁場邊界重合。線圈以y軸為轉軸勻速轉動時，線圈中產生的交變電動勢如圖乙所示。若僅磁場的區(qū)域發(fā)生了變化，線圈中產生的電動勢變?yōu)閳D丙所示實線部分，則變化后磁場的區(qū)域可能為()逐點清(三)交流發(fā)電機[多維度理解]1．主要構造：________和________。2．分類(1)旋轉電樞式發(fā)電機：______轉動，______不動。(2)旋轉磁極式發(fā)電機：______轉動，______不動。[全方位練明]1．關于交流發(fā)電機和直流電動機，下列說法正確的是()A．電動機是利用電磁感應現象制成的，工作時把機械能轉化為電能B．電動機是利用磁場對電流的作用制成的，工作時把電能轉化為機械能C．發(fā)電機是利用電磁感應現象制成的，工作時把電能轉化為機械能D．發(fā)電機是利用磁場對電流的作用制成的，工作時把機械能轉化為電能2.(多選)交流發(fā)電機的示意圖如圖所示，線圈的AB邊連在金屬滑環(huán)K上，CD邊連在金屬滑環(huán)L上，兩個電刷E、F分別壓在兩個滑環(huán)上，線圈在轉動時可以通過滑環(huán)和電刷保持與外電路的連接。關于其工作原理，下列分析正確的是()A．當線圈平面轉到中性面的瞬間，穿過線圈的磁通量最大B．當線圈平面轉到中性面的瞬間，線圈中的感應電流最大C．當線圈平面轉到跟中性面垂直的瞬間，穿過線圈的磁通量最小D．當線圈平面轉到跟中性面垂直的瞬間，線圈中的感應電流最小第三章交變電流第1節(jié)交變電流逐點清(一)[多維度理解]1．時間2.周期性3.方向[全方位練明]1．(1)×(2)×(3)×(4)√2．選A交變電流是指電流、電壓的方向隨時間做周期性變化的電流，故選A。3．(1)(2)(6)(3)(4)(5)電流方向是否改變逐點清(二)[多維度理解]3．(1)正弦正弦式電流(2)EmsinωtNBSω[典例]解析：(1)交變電流電動勢最大值為Em＝NBSω＝10×0.5×0.22×10πV＝2πV，電流的最大值為Im＝eq\f(Em,R)＝eq\f(2π,1)A＝2πA。(2)線圈轉過60°時，感應電動勢e＝Emsin60°＝eq\r(3)πV。(3)由于是從線圈轉動到中性面開始計時的，所以感應電動勢瞬時值表達式為e＝Emsinωt＝2πsin10πt(V)。答案：(1)2πV2πA(2)eq\r(3)πV(3)e＝2πsin10πt(V)[變式拓展]提示：e＝NBSωcosωt＝2πcos10πt(V)。[全方位練明]1．選C線圈轉至中性面時，線圈平面垂直于磁感線，穿過線圈的磁通量最大，但磁通量的變化率、感應電動勢、感應電流均為零，電流方向恰好發(fā)生變化。因此，線圈在勻強磁場中轉動產生交變電流時，每經過中性面一次，感應電動勢和感應電流的方向都要改變一次。線圈每轉動一周，經過中性面兩次，感應電動勢和感應電流的方向都改變兩次。故選C。2．選D根據題意可知，從線圈平面與磁場垂直時開始計時，即線圈從中性面開始轉動，產生按正弦規(guī)律變化的交變電流，故A錯誤；已知線圈轉動的角速度ω＝2πrad/s，可得周期T＝eq\f(2π,ω)＝1s，當t＝0.25s＝eq\f(T,4)時，可知線圈從中性面轉到與中性面垂直的位置；當t＝0.5s＝eq\f(T,2)時，可知線圈轉到中性面位置，此時穿過線圈的磁通量變化率為0；當t＝0.75s＝eq\f(3T,4)時，可知線圈轉到與中性面垂直的位置，此時線圈的感應電動勢最大，故B、C錯誤，D正確。3．選C根據題意可知，磁場區(qū)域變化前線圈產生的感應電動勢為e＝Esinωt，由題圖丙可知，磁場區(qū)域變化后，當Esinωt＝eq\f(\r(3)E,2)時，線圈的側邊開始切割磁感線，即當線圈旋轉eq\f(π,3)時開始切割磁感線，由幾何關系可知磁場區(qū)域平行于x軸的邊長變?yōu)閐′＝2dcoseq\f(π,3)＝d，C正確。逐點清(三)[多維度理解]1．電樞磁體2.(1)電樞磁極(2)磁極電樞[全方位練明]1．選B電動機是利用磁場對電流作用的現象制成的，工作時