2024_2025学年新教材高中物理第三章交变电流1交变电流学案新人教版选择性必修第二册.doc
PAGE
PAGE15
交变电流
必备学问·自主学习
一、交变电流
如图所示电路，其中二极管的特点是单向导电。
探讨：（1）a、b两端接入干电池时，可以视察到什么现象？
（2）a、b两端接在手摇式发电机两端时，又会视察到怎样的现象？
提示：（1）只有一个二极管会亮。
（2）当接在手摇式发电机两端时两个发光二极管间或地闪亮，缘由是发电机产生与直流电流不同的电流，两个发光二极管一会儿接通这一个，一会儿再接通另外一个，电流方向不停地变更。
1.交变电流：大小和方向都随时间做周期性变更的电流叫作交变电流，简称沟通（AC）。如图所示。
2.直流：方向不随时间变更的电流称为直流（DC），大小和方向都不随时间变更的电流称为恒定电流。
二、交变电流的产生
按图连接电路，当开关闭合时，视察小灯泡的发光状况。电路中的电流方向从哪里流向哪里？电流方向是否随时间变更？电路中的电流大小是否随时间变更？
提示：电路中的电流方向从电源的正极经小灯泡流向负极，电流的方向、大小不随时间变更。
画出此电路的大致i-t图像：
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：线圈在磁场中转动的过程中，线圈平面与磁场垂直时所在的平面。
（1）线圈处于中性面位置时，穿过线圈的Φ最大，但线圈中的电流为零。
（2）线圈每次经过中性面时，线圈中感应电流的方向都要变更，线圈转动一周，感应电流的方向变更两次。
三、交变电流的变更规律
1.定义：按正弦规律变更的交变电流，简称正弦式电流。
2.函数表达式和图像：
注：表达式中Em、Um、Im分别是电动势、电压、电流的峰值，而e、u、i则是这几个量的瞬时值。
（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。（×）
（3）线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动时产生的沟通电是交变电流。（√）
（4）交变电流的瞬时值表达式与起先计时的位置无关。（×）
关键实力·合作学习
学问点一交变电流的产生过程
1.正弦式交变电流的产生过程分析：
线圈绕OO′轴沿逆时针方向匀速转动。如图甲至丁所示，在四个过程中线圈中的电流方向如表所示。
转动过程
磁通量变更
电流方向
甲→乙
减小
B→A→D→C
乙→丙
增大
B→A→D→C
丙→丁
减小
A→B→C→D
丁→甲
增大
A→B→C→D
2.两个特殊位置的对比：
中性面位置
（甲、丙）
与中性面垂直位置
（乙、丁）
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
磁通量变更率
零
最大
感应电动势
零
最大
感应电流
零
最大
电流方向
变更
不变
如图所示：线圈转动到什么位置时，线圈中电流变更方向？线圈转动到什么位置时没有电流？线圈转动到什么位置时电流最大？
提示：磁场方向可以认为是水平向右，由右手定则可知线圈转动到图示位置时感应电动势最大，感应电流最大。线圈转动到中性面位置时（与图示位置垂直的位置），感应电动势为零，感应电流为零，电流方向发生变更。线圈转动到不同的位置有不同的值，呈周期性变更。
【典例】（多选）如图所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO′以恒定的角速度ω转动，从线圈平面与磁场方向平行时起先计时，则在0～eq\f(π,2ω)这段时间内（）
A.线圈中的感应电流始终在减小
B．线圈中的感应电流先增大后减小
C．穿过线圈的磁通量始终在减小
D．穿过线圈的磁通量的变更率始终在减小
【解题探究】
从线圈平面与磁场方向平行时起先计时，有什么特点？
提示：穿过线圈的磁通量为零，感应电动势最大，感应电流最大。
【解析】选A、D。计时起先时线圈平面与磁场平行，感应电流最大，在0～eq\f(π,2ω)时间内线圈转过四分之一个圆周，感应电流从最大减小为零，磁通量渐渐增大，其变更率始终减小，故A、D正确。
交变电流的变更特点
（1）线圈转至与磁感线平行时，磁通量的变更率最大，感应电动势最大，故线圈每转一周，电动势最大值出现两次。
（2）线圈每经过中性面一次，感应电流和感应电动势的方向都要变更一次。线圈转动一周，两次经过中性面，感应电动势和感应电流的方向都变更两次。
1.（母题追问）在典例中，若从中性面位置起先计时，则在0～eq\f(π,2ω)这段时间内（）
A．线圈中的感应电流始终在减小
B．线圈中的感应电流先增大后减小
C．穿过线圈的磁通量始终在减小
D．穿过线圈的磁通量的变更率始终在减小
【解析】选C。计时起先时线圈处于中性面位置，感应电流为零，在0～eq\f(π,2ω)时间内线圈转过四分之一个圆周，感应电流从零增大到最大，磁通量渐渐减小，其变更率始终增大，故C正确。
2.如图所示为教学演示用沟通发电