2024_2025学年新教材高中物理第3章交变电流与远距离输电第2节交变电流的产生学案鲁科版选择性必修第二册.docVIP

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第2节交变电流的产生

[核心素养·明目标]

核心素养

学习目标

物理观念

驾驭沟通发电机、交变电流的“四值”的概念。

科学思维

会用公式法、图像法解决问题。

科学探究

视察沟通发电机产生交变电流的过程与规律。

科学看法与责任

了解交变电流在工农业生产中的应用。

学问点一沟通发电机

1．沟通发电机的原理

由法拉第电磁感应定律可知，只要通过闭合回路的磁通量发生变更，就可以产生感应电动势和感应电流。

2．沟通发电机的构造：发电机主要由线圈(电枢)和磁极两部分组成。

3．沟通发电机的种类

两种类型

转子

定子

特点

旋转电枢式

电枢

磁极

电压低，功率小

旋转磁极式

磁极

电枢

电压高，功率大

发电机的原理是电磁感应现象，电动机的原理是通电导体在磁场中受力而运动。

1：思索辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)发电机是把电能转化为机械能。 (×)

(2)在沟通发电机线圈转动过程中，线圈中的每一条边都切割磁感线。 (×)

学问点二正弦式交变电流的产生原理

1．产生条件：在匀强磁场中，矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。

2．过程分析(如图所示)：

3．中性面：物理学中，把线圈平面与磁感线垂直的位置叫作中性面。

(1)线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变更率为零，线圈中的感应电动势为零，感应电流为零。

(2)线圈每经过中性面时，感应电流方向变更，线圈转动一周，两次通过中性面，感应电流方向变更两次。

当线圈平面与磁感线平行时，磁通量为零，感应电动势最大。

2：思索辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)线圈转一周有两次经过中性面，每转一周电流方向变更一次。 (×)

(2)当线圈中的磁通量最大时，产生的电流也最大。 (×)

学问点三正弦式交变电流的变更规律

1．正弦式交变电流的表达式

(1)e＝Emsinωt(从中性面起先计时，其中Em＝nBSω)

(2)i＝Imsinωteq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(外电路为纯电阻电路，其中Im＝\f(Em,R＋r)))

(3)u＝Umsinωt(其中Um＝ImR)

注：表达式中Em、Im、Um分别为电动势、电流、电压的峰值，而e、u、i则是这几个量的瞬时值。

2．正弦式交变电流的图像

若从线圈垂直于中性面时起先计时，则瞬时值表达式为e＝nBSωcosωt。

3：思索辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)线圈只要在匀强磁场内匀速转动就能产生正弦式交变电流。 (×)

(2)交变电流的瞬时值表达式与起先计时的位置无关。 (×)

4：填空

沟通发电机在工作时电动势为e＝Emsinωt，若将发电机的转速提高一倍，同时将电枢所围面积减小一半，其他条件不变，则其电动势变为e′＝Emsin2ωt。

考点1沟通发电机及交变电流的产生原理

假定线圈绕OO′轴沿逆时针方向匀速转动，如图甲至丁所示。请分析推断：

(1)线圈转动一周的过程中，线圈中的电流方向的变更状况。

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

提示：(1)

转动过程

电流方向

甲→乙

B→A→D→C

乙→丙

B→A→D→C

丙→丁

A→B→C→D

丁→甲

A→B→C→D

(2)线圈转到乙或丁位置时线圈中的电流最大。线圈转到甲或丙位置时线圈中电流最小，为零，此时线圈所处的平面称为中性面。

1．产生原理：由法拉第电磁感应定律可知，当闭合回路的部分导体做切割磁感线的运动时，闭合回路中就有感应电流产生。

2．正弦交变电流的产生条件

(1)匀强磁场。

(2)线圈匀速转动。

(3)线圈的转轴垂直于磁场方向。

3．两个特殊位置物理量的特点比较

项目

中性面

中性面的垂面

位置

线圈平面与磁场垂直

线圈平面与磁场平行

磁通量

最大

零

磁通量的变更率

零

最大

感应电动势

零

最大

线圈边框切割磁感线的有效速度

零

最大

感应电流

零

最大

电流方向

变更

不变

特殊提示：(1)线圈中的磁通量最大时，沟通电电流并不是最大，这时磁通量的变更率为零，电流为零。

(2)线圈转动一周，交变电流的方向并不是变更一次，而是变更两次。

【典例1】一闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴OO′匀速转动，线圈平面位于如图甲所示的匀强磁场中。通过线圈的磁通量Φ随时间t的变更规律如图乙所示，下列说法正确的是()

甲乙

A．t1、t3时刻通过线圈的磁通量变更率最大

B．t1、t3时刻线圈中感应电流方向变更

C．t2、t4时刻线圈中磁通量最大

D．t2、t4时刻线圈中感应电动势最小

思路点拨：(1)明确中性面的概念以及中性面的位置。

(2)明确线圈在中性面位置时，各物理量有什么特点。

(3)明确线圈在与中性面垂直位置