2025年高二物理寒假衔接讲练 (人教版)第05讲 交变电流（4知识点+7考点）（教师版）.docx

第05讲交变电流（预习）

模块一思维导图串知识

模块二基础知识全梳理（吃透教材）

模块三教材习题学解题

模块四核心考点精准练（4大考点）

模块五小试牛刀过关测

1．通过实验观察交变电流的方向.会区分交流电和直流电。

2.会分析交变电流的产生过程，会推导交变电流电动势的表达式。

3.知道什么是正弦式交变电流，知道正弦式交变电流的瞬时值表达式。

4.了解交流发电机的构造及工作原理。

知识点1：交变电流

【情境导入】

用示波器观察于电池电流的波形是一条平行于t轴的直线；而交流电的波形是一条正弦(或余弦)曲线,如图所示。想一想,这两种波形代表的电流有何区别?

【答案】直流电方向不变，而交流电方向在做周期性变化。

1．交变电流

大小和方向随时间做周期性变化的电流叫作交变电流，简称交流．

2．常见的交变电流的波形图

实际应用中，交变电流有着不同的变化规律，常见的有以下几种，如图所示．

3．直流电

方向不随时间变化的电流叫作直流，大小和方向都不随时间变化的电流叫作恒定电流，下图均表示直流电。

知识点2：交变电流的产生

【情境导入】

假定线圈绕OO′轴沿逆时针方向匀速转动，如图所示，则：

(1)线圈转动一周的过程中，线圈中的电流方向如何变化？

(2)线圈转动过程中，当产生的感应电流有最小值和最大值时线圈分别在什么位置？

答案(1)

转动过程

磁通量变化

电流方向

甲→乙

变小

B→A→D→C

乙→丙

变大

B→A→D→C

丙→丁

变小

A→B→C→D

丁→甲

变大

A→B→C→D

(2)线圈转到甲或丙位置时线圈中感应电流最小，为零，此时线圈所处的平面称为中性面．线圈转到乙或丁位置时线圈中的感应电流最大，此时线圈处在垂直中性面的位置．

1．中性面位置(S⊥B，如图中的甲、丙)

线圈平面与磁场垂直的位置，此时Φ最大，eq\f(ΔΦ,Δt)为0，e为0，i为0。线圈经过中性面时，电流方向发生改变，线圈转一圈电流方向改变两次。

2．垂直中性面位置(S∥B，如图中的乙、丁)

此时Φ为0，eq\f(ΔΦ,Δt)最大，e最大，i最大．

知识点3：正弦式交变电流的变化规律

【情境导入】

如图所示，线圈平面绕bc边的中点从中性面开始转动，角速度为ω.经过时间t，线圈转过的角度是ωt，ab边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于ωt.设ab边长为L1，bc边长为L2，线圈面积S＝L1L2，磁感应强度为B，则：

(1)ab边产生的感应电动势为多大？

(2)整个线圈中的感应电动势为多大？

(3)若线圈有N匝，则整个线圈的感应电动势为多大？

答案(1)eab＝BL1vsinωt＝BL1eq\f(L2ω,2)sinωt＝eq\f(1,2)BL1L2ωsinωt＝eq\f(1,2)BSωsinωt.

(2)整个线圈中的感应电动势由ab和cd两边产生的感应电动势组成，且eab＝ecd，所以e总＝eab＋ecd＝BSωsinωt.

(3)若线圈有N匝，则相当于N个完全相同的电源串联，所以e＝NBSωsinωt.

1．从中性面开始计时

线圈中产生的电动势的瞬时值表达式：e＝Emsinωt，Em叫作电动势的峰值，Em＝NωBS.

2．正弦式交变电流

按正弦规律变化的交变电流叫作正弦式交变电流，简称正弦式电流．

3．正弦式交变电流的瞬时值表达式

(1)从中性面位置开始计时

e＝Emsinωt，i＝Imsinωt，u＝Umsinωt

(2)从与中性面垂直的位置开始计时

e＝Emcosωt，i＝Imcosωt，u＝Umcosωt.

4.交变电流的峰值

Em＝NωBS，Im＝eq\f(NωBS,R＋r)，Um＝eq\f(NωBSR,R＋r).

电动势峰值Em＝NωBS由线圈匝数N、磁感应强度B、转动角速度ω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、ω、S均相同，则感应电动势的峰值均相同．

教材习题02

下列电流随时间变化的图像中，属于交变电流的是（）

解题方法

【详解】交变电流是大小和方向随时间周期性变化，ABD不属于交变电流，C属于交流电。

【答案】C。

教材习题02

下列各情况中，线圈都以角速度绕图中的转动轴匀速转动，能产生交变电流的是哪些？请简述理由。

解题方法

【详解】产生交变电流的条件是线圈绕垂直于匀强磁场的转轴做匀速圆周运动。甲图，转轴与磁场平行，线圈在转动的过程中，线圈里始终没有磁通量，没有感应电流；乙图，线圈中磁通量随线圈的转动呈周期性的变化，能产生交变电流；丙图，线圈中磁通量随线圈的转动呈周期性的变化，能产生交变电流，丁图，线圈中磁通量随线圈的转动呈周期性的变化，能产生交变电流。

【答案】丙和丁。

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