新教材2025版高中物理第三章交流電1.交變電流學(xué)生用書(shū)教科版選擇性必修第二冊(cè)

1.交變電流課標(biāo)要求1．知道交變電流、直流的概念．2．了解中性面的概念，駕馭正弦溝通電的產(chǎn)生和變更規(guī)律．3．了解發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)中的能量轉(zhuǎn)化．思維導(dǎo)圖必備學(xué)問(wèn)·自主學(xué)習(xí)——突出基礎(chǔ)性素養(yǎng)夯基一、交變電流及其產(chǎn)生1．交變電流(1)交變電流：大小和方向都隨時(shí)間做________變更的電流，簡(jiǎn)稱溝通電．(2)直流：________不隨時(shí)間變更的電流．大小和方向都不隨時(shí)間變更的電流，稱為恒定電流．(3)正弦溝通電：電流的大小和方向都隨時(shí)間按________規(guī)律變更的交變電流．(4)幾種不同類型的溝通電2．交變電流的產(chǎn)生(1)產(chǎn)生條件：在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，矩形線圈繞____________方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．(2)中性面：線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，線圈平面與磁場(chǎng)________時(shí)所在的平面．二、交變電流的變更規(guī)律1．從兩個(gè)特別位置起先計(jì)時(shí)瞬時(shí)值的表達(dá)式從中性面位置起先計(jì)時(shí)從與中性面垂直的位置起先計(jì)時(shí)磁通量Φ＝Φmcosωt＝BScosωtΦ＝Φmsinωt＝BSsinωt感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e＝Emsinωt＝NBSωsinωte＝Emcosωt＝NBSωcosωt電壓u＝Umsinωt＝RNBSωR+ru＝Umcosωt＝RNBSωR+r電流i＝Imsinωt＝NBSωR+ri＝Imcosωt＝NBSωR+r2.正弦溝通電的圖像三、發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)中的能量轉(zhuǎn)化1．發(fā)電機(jī)(1)定義：把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的裝置．(2)發(fā)電方式：火力發(fā)電、水力發(fā)電、________發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電、________發(fā)電等．2．電動(dòng)機(jī)(1)定義：將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的裝置．(2)優(yōu)點(diǎn)：高效易控、________________等．[導(dǎo)學(xué)1]交變電流最突出的特征是電流的方向發(fā)生變更，如圖甲為交變電流，圖乙則為直流電．[導(dǎo)學(xué)2](1)線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的過(guò)程中，兩次經(jīng)過(guò)中性面位置，電流方向變更兩次．(2)線圈經(jīng)過(guò)中性面位置時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量最大，磁通量的變更率為零，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零；線圈經(jīng)過(guò)垂直中性面位置時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量為零，磁通量的變更率最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大．[導(dǎo)學(xué)3]發(fā)電機(jī)克服安培力做功，把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；電動(dòng)機(jī)安培力做正功，把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能．關(guān)鍵實(shí)力·合作探究——突出綜合性素養(yǎng)形成探究點(diǎn)一正弦溝通電的產(chǎn)生導(dǎo)學(xué)探究(1)如圖，此位置是什么位置，磁通量最大還是最?。渴欠裼懈袘?yīng)電動(dòng)勢(shì)？(2)如圖，此位置是什么位置，磁通量最大還是最小？是否有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)？歸納總結(jié)1.兩個(gè)特別位置的特點(diǎn)中性面中性面的垂面位置線圈平面與磁場(chǎng)垂直線圈平面與磁場(chǎng)平行磁通量最大零磁通量變更率零最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)零最大感應(yīng)電流零最大電流方向變更不變2.正弦溝通電的產(chǎn)生條件(1)勻強(qiáng)磁場(chǎng)．(2)線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．(3)線圈的轉(zhuǎn)軸垂直于磁場(chǎng)方向．典例示范例1(多選)如圖所示，一矩形閉合線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)軸OO′以恒定的角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)，從線圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)起先計(jì)時(shí)，則在0～π2A．線圈中的感應(yīng)電流始終在減小B．線圈中的感應(yīng)電流先增大后減小C．穿過(guò)線圈的磁通量始終在減小D．穿過(guò)線圈的磁通量的變更率始終在減小素養(yǎng)訓(xùn)練1(多選)矩形線框繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)且在線框平面內(nèi)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生了交變電流，下列說(shuō)法正確的是()A．當(dāng)線框位于中性面時(shí)，線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大B．當(dāng)穿過(guò)線框的磁通量為零時(shí)，線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也為零C．當(dāng)線框經(jīng)過(guò)中性面時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電流的方向就變更一次D．線框經(jīng)過(guò)中性面時(shí)，各邊切割磁感線的速度為零思維方法產(chǎn)生正弦式交變電流的條件是：線圈繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，與線圈的形態(tài)和轉(zhuǎn)軸的位置無(wú)關(guān)．探究點(diǎn)二交變電流的變更規(guī)律導(dǎo)學(xué)探究如圖所示，矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．(1)導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與什么因素有關(guān)？(2)多匝線圈不垂直切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)如何表達(dá)？歸納總結(jié)1.推導(dǎo)正弦溝通電瞬時(shí)值的表達(dá)式若線圈平面從中性面起先轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖所示，則經(jīng)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)的線速度大小v＝ωLad(4)ab邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)eab＝BLabvsinθ＝BSω2sin(5)整個(gè)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e＝2eab＝BSωsinωt，若線圈為N匝，e＝NBSωsinωt.(6)若線圈給外電阻R供電，設(shè)線圈本身電阻為r，由閉合電路歐姆定律得i＝eR+r＝EmR+rsinωt，即i＝Imsinωt，R兩端的電壓可記為u＝Um2．最大值(1)由e＝NBSωsinωt可知，電動(dòng)勢(shì)的最大值Em＝NBSω.(2)交變電動(dòng)勢(shì)的最大值，由線圈匝數(shù)N、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω及線圈面積S確定，與線圈的形態(tài)無(wú)關(guān)，與轉(zhuǎn)軸的位置無(wú)關(guān)，但轉(zhuǎn)軸必需垂直于磁場(chǎng)，因此如圖所示幾種狀況，若N、B、S、ω相同，則電動(dòng)勢(shì)的最大值相同．(3)電流的最大值可表示為Im＝NBSω典例示范例2如圖所示，正方形線圈abcd的邊長(zhǎng)是0.5m，共150匝，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝2πT，當(dāng)線圈以150r/min的轉(zhuǎn)速繞中心軸線OO(1)若從線圈處于中性面起先計(jì)時(shí)，寫(xiě)出線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式；(2)線圈轉(zhuǎn)過(guò)110素養(yǎng)訓(xùn)練2(多選)如圖所示，abcd為一邊長(zhǎng)為L(zhǎng)、匝數(shù)為N的正方形閉合線圈，繞對(duì)稱軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度為ω.空間中只有OO′左側(cè)存在垂直紙面對(duì)里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.若閉合線圈的總電阻為R，則()A．線圈中電動(dòng)勢(shì)的最大值為22NBL2B．線圈中電動(dòng)勢(shì)的最大值為12NBL2C．在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的過(guò)程中，線圈中有一半時(shí)間沒(méi)有電流D．當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖中所處的位置時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量為12BL素養(yǎng)訓(xùn)練3某旋轉(zhuǎn)電樞式溝通發(fā)電機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角速度為ω時(shí)，其產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變更的關(guān)系式為e＝Emsinωt.那么當(dāng)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角速度減為12ω的關(guān)系式為()A．e′＝12Emsinω2tB．e′＝EmsinC．e′＝2Emsinω2tD．e′＝12Em思維方法(1)求解交變電流的瞬時(shí)值問(wèn)題的答題模型(2)若線圈給外電阻R供電，設(shè)線圈本身電阻為r，由閉合電路歐姆定律得i＝eR+r＝EmR+rsinωt＝Imsinωt，R兩端的電壓可記為u＝Um探究點(diǎn)三交變電流的圖像歸納總結(jié)1.對(duì)交變電流圖像的相識(shí)如圖所示，正弦交變電流隨時(shí)間的變更狀況可以從圖像上表示出來(lái)，圖像描述的是交變電流的電動(dòng)勢(shì)、電流、電壓隨時(shí)間變更的規(guī)律，它們是正弦曲線．2．交變電流圖像的應(yīng)用從圖像中可以解讀到以下信息：(1)交變電流的最大值Im、Em、Um、周期T.(2)因線圈在中性面時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流均為零，磁通量最大，所以可確定線圈位于中性面的時(shí)刻．(3)找出線圈平行于磁感線的時(shí)刻．(4)推斷線圈中磁通量的變更狀況．(5)分析推斷e、i、u隨時(shí)間的變更規(guī)律．典例示范例3一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)的圖像如圖所示，則()A．溝通電的頻率是4πHzB．當(dāng)t＝0時(shí)，線圈平面與磁感線垂直，磁通量最大C．當(dāng)t＝πs時(shí)，e有最大值D．t＝32πs時(shí)，e素養(yǎng)訓(xùn)練4一矩形線圈繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)并位于線圈平面內(nèi)的固定軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t變更的規(guī)律如圖所示，則下列說(shuō)法正確的是()A．圖像是從線圈平面位于中性面起先計(jì)時(shí)的B．t2時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量為零C．t2時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量的變更率為零D．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e的方向變更時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量的方向也變更素養(yǎng)訓(xùn)練5一矩形線圈繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)并位于線圈平面內(nèi)的固定轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t的變更規(guī)律如圖所示．下列說(shuō)法中正確的是()A．t1時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量最大B．t2時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量為0C．t3時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量的變更率最大D．每當(dāng)電流方向變更時(shí)，線圈平面就會(huì)與中性面垂直思維方法圖像的分析方法一看：看“軸”、看“線”、看“斜率”、看“點(diǎn)”，并理解其物理意義．二變：駕馭“圖與圖”“圖與式”和“圖與物”之間的變通關(guān)系．三判：在此基礎(chǔ)上進(jìn)行正確的分析和推斷．隨堂演練·自主檢測(cè)——突出創(chuàng)新性素養(yǎng)達(dá)標(biāo)1．(多選)下列各圖中，表示交變電流的是()2．(多選)下列各圖中(A、B、C選項(xiàng)中的虛線為轉(zhuǎn)軸；D選項(xiàng)中O點(diǎn)為固定點(diǎn)，線圈在紙面內(nèi)繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，且勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域足夠大)，線圈中能產(chǎn)生溝通電的是()3.(多選)一矩形線圈繞與勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直的中心軸旋轉(zhuǎn)，切割磁感線的兩邊通過(guò)導(dǎo)體圓環(huán)外接電阻R，自圖示位置起先以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則通過(guò)R的電流()A．大小和方向都不斷變更B．方向不變，大小不斷變更C．變更的規(guī)律i＝ImsinωtD．變更的規(guī)律i＝Imcosωt4．一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過(guò)線圈的磁通量隨時(shí)間變更的圖像如圖所示，則下列說(shuō)法中正確的是()A.t＝0時(shí)刻線圈平面與中性面垂直B．t＝0.01s時(shí)刻Φ的變更率最大C．t＝0.02s時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大D．t＝0.03s時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零5．(多選)線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)e＝10sin20πtV，則下列說(shuō)法正確的是()A．t＝0時(shí)，線圈平面位于中性面B．t＝0時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量最大C．t＝0時(shí)，導(dǎo)線切割磁感線的有效速率最大D．t＝0.4s時(shí)，e有最大值為102V6.如圖所示，一正方形閉合線圈在水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．若要使線圈中的電流最大值減半，不行行的方法是()A．只將線圈的轉(zhuǎn)速減半B．只將線圈的匝數(shù)減半C．只將勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度減半D．只將線圈的邊長(zhǎng)都減半1．交變電流必備學(xué)問(wèn)·自主學(xué)習(xí)一、1．(1)周期性(2)方向(3)正弦函數(shù)2．(1)垂直于磁場(chǎng)(2)垂直三、1．(2)風(fēng)力核能2．(2)清潔無(wú)污染關(guān)鍵實(shí)力·合作探究探究點(diǎn)一【導(dǎo)學(xué)探究】提示：(1)中性面磁通量最大無(wú)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(2)與中性面垂直的位置磁通量為零感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大【典例示范】例1解析：計(jì)時(shí)起先時(shí)線圈平面與磁場(chǎng)平行，感應(yīng)電流最大，在0～π2答案：AD素養(yǎng)訓(xùn)練1解析：線框位于中性面時(shí)，線框平面與磁感線垂直，穿過(guò)線框的磁通量最大，但此時(shí)切割磁感線的兩邊的速度方向與磁感線平行，即不切割磁感線，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于零，也即此時(shí)穿過(guò)線框的磁通量的變更率等于零，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電流的方向在此時(shí)刻變更．線框垂直于中性面時(shí)，穿過(guò)線框的磁通量為零，但切割磁感線的兩邊都是垂直切割，有效切割速度最大，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，即此時(shí)穿過(guò)線框的磁通量的變更率最大，C、D正確．答案：CD探究點(diǎn)二【導(dǎo)學(xué)探究】提示：(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與線圈的匝數(shù)N、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、線圈的面積S和線圈平面與中性面的夾角有關(guān)．(2)E＝NBSωsinωt.【典例示范】例2解析：分別把Em、ω的數(shù)值求出，代入一般式e＝Emsinωt就得出了瞬時(shí)值表達(dá)式．求瞬時(shí)值時(shí)，只需把t的時(shí)刻代入表達(dá)式就可以了．(1)e＝Emsinωt＝NBS·2πnsin2πnt，代入數(shù)據(jù)可得e＝375sin5πt(V)．(2)當(dāng)t＝110s時(shí)，電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值e＝375sin(5π×1答案：(1)e＝375sin5πt(V)(2)375V素養(yǎng)訓(xùn)練2解析：最大值Em＝12NBL2ω，A錯(cuò)誤，B正確；在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，線圈始終有一半在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，不會(huì)有一半時(shí)間沒(méi)有電流，C錯(cuò)誤；題圖中所示位置中，穿過(guò)線圈的磁通量為12BL答案：BD素養(yǎng)訓(xùn)練3解析：線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為Em＝NBSω.當(dāng)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角速度減為ω′＝12ω時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值變?yōu)镋′m＝NBSω2＝12Em.電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變更的關(guān)系式變?yōu)閑′＝E′msinω′t＝12Em答案：A探究點(diǎn)三【典例示范】例3解析：從題圖像可知溝通電的周期為2πs，頻率為12πHz，t＝πs時(shí)，e＝0最小，A、C錯(cuò)誤；t＝0時(shí)，e最小，Φ最大，B正確；t＝32πs時(shí)，e＝－10V，e答案：B素養(yǎng)訓(xùn)練4解析：由題圖可知，當(dāng)t＝0時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，說(shuō)明穿過(guò)線圈的磁通量的變更率最大，磁通量為零，即是從線圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)起先計(jì)時(shí)的，A錯(cuò)誤；t2時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，穿過(guò)線圈的磁通量的變更率最大，磁通量為零，B正確，C錯(cuò)誤；感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e的方向變更時(shí)，線圈通過(guò)中性面，穿過(guò)線圈的磁通量最大，但方向并不變更，D錯(cuò)誤．答案：B素養(yǎng)訓(xùn)練5解析：t1時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，線圈通過(guò)與中性面垂直的位置，穿過(guò)線圈的磁通量最小，A錯(cuò)誤；t2時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，線圈位于中性面位置，穿過(guò)線圈的磁通量最大，B錯(cuò)誤；t3時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，穿過(guò)線圈的磁通量的變更率最大，C正確；每當(dāng)電流方向變更時(shí)，線圈平面與磁場(chǎng)垂直，即線圈轉(zhuǎn)到中性面位置，D錯(cuò)誤．答案：C隨堂演練·自主檢測(cè)1．解析：方向隨時(shí)間做周期性變更是交變電流的重要特征，選項(xiàng)A、B中，電流的大小變更，但方向不變，不是交變電流，故A、B錯(cuò)誤，C、D正確．答案：CD2．解析：A、C選項(xiàng)中線圈繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，磁通量發(fā)生變更，能產(chǎn)生交變電流，故A、C正確．答案：AC3．解析：線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生正弦式交變電流，和電阻R構(gòu)成閉合回路，電流的大小、方向均發(fā)生變更，A正確，B錯(cuò)誤．由于線圈起先時(shí)位于垂直于中性面的平面，所以i＝Imcosωt，D正確，C錯(cuò)誤．答案：AD4．解析：t＝0時(shí)刻磁通量最大，此時(shí)線圈平面在中性面，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；t＝0.01s時(shí)刻，磁通量為零，此時(shí)磁通量的變更率最大，選項(xiàng)B正確；t＝0.02s時(shí)刻，磁通量最大，但是磁通量的變更率為零，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為