《2025年金版教程高中新课程创新导学案高中物理选择性必修第二册人教版》

实践提升
例1 如图所示为演示交变电流产生的装置图，关于这个实验，正确的说法是（ ）

A. 线圈每转动一周，线圈中感应电流的方向改变1次
B. 图示位置为中性面，线圈中无感应电流
C. 图示位置ab边的感应电流方向为a→b
D. 线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零
[实践探究] 线圈转动过程经过的两个特殊平面是什么？特点是什么？
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答案： [规范解答] 线圈每转动一周，线圈中感应电流的方向改变2次，故A错误;图示位置线圈平面与磁场平行，垂直于中性面，线圈中感应电流最大，故B错误;根据线圈转动方向，可知图示位置ab边向右运动切割磁感线，由右手定则可知，图示位置ab边的感应电流方向为a→b，故C正确;线圈平面与磁场方向平行时，磁通量为零，磁通量变化率最大，故D错误。[答案] C
@@提示:中性面和中性面的垂面。中性面的特点:磁感线与线圈平面垂直，磁通量最大，感应电流为零，电流方向发生变化。中性面的垂面的特点:磁感线与线圈平面平行，磁通量为零，感应电流最大，电流方向不变。

[变式训练1] （多选）有一种自行车，它有能向自行车车头灯泡供电的小型发电机，其原理示意图如图甲所示，图中N、S是一对固定的磁极，磁极间有一固定在绝缘转轴上的矩形线圈，转轴的一端有一个与自行车后轮边缘接触的摩擦轮。如图乙所示，当车轮转动时，因摩擦而带动摩擦轮转动，从而使线圈在匀强磁场中转动而产生电流给车头灯泡供电。自行车匀速行驶时，下列说法正确的是（ ）

A. 图甲所示位置线圈平面与磁感线平行
B. 图甲所示位置线圈中电流最大
C. 图甲所示位置线圈中电流方向将发生改变
D. 知道摩擦轮和后轮的半径，就可以知道后轮转一周的时间里线圈中电流方向变化的次数

答案： CD [图甲所示位置线圈平面与磁感线垂直，为中性面，此时线圈中电流为零，电流方向将发生改变，A、B错误，C正确;摩擦轮轮缘与自行车后轮轮缘的线速度大小相等，知道摩擦轮和后轮的半径，根据v = ωr可知两者转动角速度大小的比值，即可以知道后轮转一周的时间里摩擦轮转动的圈数，又因为摩擦轮转速与线圈转速相同，线圈转动一圈，交变电流方向改变两次，所以可以知道后轮转一周的时间内线圈中电流方向变化的次数，故D正确。]

探究2 交变电流的变化规律
仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。
　　
　　

师生互动
活动1：从探究1画出的i - t曲线可看出，学生电源中的交变电流似乎在按照正弦函数的规律变化，下面我们从理论上进行检验。对于图1所示的发电机，设t = 0时线圈刚好转到中性面（如甲图）位置，此时的感应电动势是多大？
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活动2：设图1中线圈旋转的角速度为ω，AB和CD的长度为l，AD和BC的长度为d，则经过时间t，线圈转到图2所示位置时，AB边或CD边与磁感线垂直的速度是多少？
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活动3：t时刻线圈上产生的感应电动势e是多少？活动1中的猜想是否正确？
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活动4：设感应电动势的最大值为Eₘ，请写出感应电动势e的表达式。如果线圈匝数为N，则Eₘ是多少？
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活动5：若发电机所接负载为电灯等纯电阻用电器，请写出负载两端的电压u、流过的电流i的表达式。
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答案： 活动1:提示:此时导线AB的速度方向刚好与磁感线平行，因此感应电动势为0。活动2:提示:经过时间t，线圈转过的角度θ = ωt，线圈旋转过程中AB和CD的速度v = ω$\frac{d}{2}$，与磁感线垂直的速度为vsinθ，即$\frac{ωd}{2}$sinωt。活动3:提示:根据右手定则，t时刻AB边和CD边产生的感应电动势在线圈中沿相同的方向，再根据法拉第电磁感应定律，线圈上产生的感应电动势e = 2Blvsinθ = ωBldsinωt = ωBSsinωt，其中S表示线圈的面积。可知线圈的电动势确实是随时间按正弦函数规律变化的，即猜想正确。活动4:提示:设Eₘ = ωBS，则e的表达式可写成e = Eₘsinωt。对于单匝线圈，Eₘ = ωBS；如果线圈匝数为N，则Eₘ = NωBS。活动5:提示:根据闭合电路欧姆定律及串联电路的知识，u = Uₘsinωt，i = Iₘsinωt。