3.1 交变电流（5大题型）-2024-2025学年高二物理同步题型分类讲与练（人教版2019选择性必修第二册）

3.1 交变电流 知识点1 交变电流 1、交变电流的定义 大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫作交变电流，简称交流。 【注意】仅大小周期性变化的电流不是交变电流。 2、交变电流的波形图 3、直流 方向不随时间变化的电流称为直流；大小和方向都不随时间变化的电流叫作恒定直流。 4、演示：观察交变电流的方向 把两个发光颜色不同的发光二极管并联，连接到教学用发电机的两端。转动手柄，两个磁极之间的线圈随着转动。 摇动发电机的速度较慢时，我们观察到两个发光二极管交替闪亮,这说明教学用发电机产生的电流，大小和方向都在不断地变化，这种电流叫作交变电流。 知识点2 交变电流的产生 1、产生过程 如图所示，矩形线圈在勾强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，感应电动势（感应电流）的大小和方向随时间做周期性变化，产生交变电流。 2、过程分析 （1）特殊位置分析 立体图 平面图 线圈平面 垂直于磁感线 与磁感线平行 垂直于磁感线 与磁感线平行 ab、cd边 速度方向与磁感线平行 垂直切割磁感线 速度方向与磁感线平行 垂直切割磁感线 感应电动势(感应电流) 无 最大 无 最大 说明 图乙和图丁中切割速度方向相反，感应电流方向也相反 感应电流变化情况 （2）转动过程分析 转动过程 磁通量变化 电流方向 甲→乙 减小 D→C→B→A 乙→丙 增大 D→C→B→A 丙→丁 减小 A→B→C→D 丁→甲 增大 A→B→C→D 3、两个特殊位置 （1）中性面：线圈平面与磁感线垂直时的位置。 ①线圈处于中性面时磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零，感应电流为零。 ②线圈每经过中性面一次，感应电流的方向改变一次，线圈转动一周，两次经过中性面，电流方向改变两次。 （2）垂直中性面的位置：线圈平面与磁感线平行时的位置。 线圈位于此位置时磁通量为零，磁通量的变化率最大，感应电动势最大，感应电流最大，线圈经过此位置时电流方向不发生改变。 知识点3 交变电流的变化规律 1、推导正弦式交变电流瞬时值的表达式 （1）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。 （2）若线圈平面从中性面开始转动，则经时间t。 ①线圈转过的角度为。 ②ab边的线速度方向跟磁感线方向的夹角。 ③ab边转动的线速度大小。 ④ab边产生的感应电动势。 ⑤同理cd边产生的感应电动势。 ⑥整个N匝线圈产生的感应电动势。 2、正弦式交变电流 （1）瞬时值表达式 ①从中性面开始计时，电动势，电压，电流。 ②从垂直中性面的位置开始计时，电动势，电压，电流。 （2）峰值：表达式中的Em、Um、Im分别为电动势、电压和电流的最大值，也叫峰值，，其中N为线圈的匝数。 知识点4 交流发电机 1、工作原理：交流发电机的工作原理基于法拉第电磁感应定律。 2、发电机的构造 （1）电枢：产生感应电动势的线圈。 （2）磁体：用来产生磁场。 3、发电机的分类 （1）旋转电枢式发电机：电枢转动，磁极不动。 （2）旋转磁极式发电机：电枢不动，磁极转动。 4、发电机的能量转换 发电机转子一般由蒸汽轮机、水轮机等带动，将机械能转化为电能，输送给外电路。 求交变电流瞬时值和峰值的方法 1、定位置：确定线圈的转动是从哪个位置开始计时的。从中性面开始计时、从垂直中性面开始计时。 2、定函数：确定表达式是正弦函数还是余弦函数。 （1）从中性面开始计时→正弦函数。 （2）从垂直中性面开始计时→余弦函数。 3、定数值：确定转动的角速度（n的单位为r/s）、峰值。 4、求结果：写出表达式，代入时间求瞬时值。 题型1 交变电流的产生及判断 【例1】（23-24高二下·广东江门·期中）关于交变电流和直流电的说法中，正确的是（　　） A．如果电流大小随时间做周期性变化，则一定是交变电流 B．直流电的大小和方向一定不变 C．交变电流一定是按正弦规律变化的 D．交变电流的最大特征就是电流的方向随时间做周期性的变化 【答案】D 【解析】A．如果只有电流大小做周期性变化而电流方向不变，则为直流电，故A错误； B．直流电的大小可以变化，但方向一定不变，故B错误； C．只要电流的方向发生变化，则就是交流电，不一定是按正弦或余弦规律变化的，故C错误； D．交流电的最大特征是交流电的方向发生周期性变化，故D正确。 故选D。 【变式1-1】（23-24高二下·北京怀柔·期中）如图所示，属于交流电的是（    ） A． B． C． D． 【答案】C 【解析】方向随时间做周期性变化是交变电流最重要的特征。A、B、D三项所示的电流大小随时间做周期性变化，但其方向不变，不是交变电流，它们是直流电。C选项中电流的大小和方向都随时间做周期性变化，是交流电。 故选C。 【变式1-2】（23-24高二下·河南平顶山·月考）下列表示电动势随时间变化的四个e—t图像中，不属于交流电的是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【解析】交流电的大小与方向均随时间做周期性变化，综上所述，不属于交流电的是C。 故选C. 【变式1-3】（多选）（23-24高二下·广东深圳·期中）如图所示，下列线圈匀速转动或匀速直线运动，能产生交变电流的是（　　） A． B． C． D． 【答案】AD 【解析】A．线圈沿垂直磁场的转轴转动，故可以产生交变电流，故A正确； B．根据，可知产生的是恒定电流，不会产生交变电流，故B错误； C．回路磁通量不变，没有感应电流，故C错误； D．线圈沿垂直磁场的转轴转动，可以产生正弦式交流电，故D正确。 故选AD。 【变式1-4】（多选）（23-24高二下·上海浦东新·月考）线圈在竖直向上的磁场中匀速转动时，能产生交变电流的是（　　） A．B．C．D． 【答案】AB 【解析】AB．线框在磁场中转动过程中，若磁通量发生周期性变化，会产生交变电流，AB正确； C．线框转动过程中始终与磁场平行，磁通量保持为零不变，不会产生交变电流，C错误； D．线框平移过程中磁通量保持为零，不会产生交变电流，D错误。 故选AB。 题型2 中性面的特点 【例2】（23-24高二下·江苏常州·期末）如图所示，线圈abcd在水平匀强磁场中匀速转动而产生交变电流。当线圈逆时针转动到图示水平位置时（　　） A．线圈处于中性面位置 B．线圈中瞬时感应电动势为零 C．穿过线圈平面的磁通量最大 D．线圈中电流方向为 【答案】D 【解析】A．中性面是垂直于磁感应强度，题中该位置与中性面垂直，故A项错误； B．在题中该位置，线框切割磁感线的速度最快，其瞬时感应电动势最大，故B项错误； C．在中性面位置穿过线圈平面的磁通量最大，题中该位置与中性面垂直，其磁通量最小，故C项错误； D．根据楞次定律，线圈中电流方向为，故D项正确。 故选D。 【变式2-1】（23-24高二下·陕西西安·期中）如图甲所示为交流发电机、定值电阻R、交流电流表A组成的闭合回路，线圈ABCD逆时针方向转动，图示位置磁感线与线圈平面平行，图乙所示为通过线圈的磁通量随时间t的变化关系图像，下列说法正确的是（    ） A．、时刻线圈中感应电动势最小 B．、时刻电阻R两端的电压为零 C．线圈转动到图示位置时，线圈中磁通量变化率为零 D．线圈转动到图示位置时，感应电流方向为 【答案】B 【解析】A．根据题图乙，由交流发电机工作原理可知，在、时刻，穿过线圈的磁通量为零，但磁通量变化率却最大，则线圈中产生的感应电动势最大，故A错误； B．由题图乙知线圈在、时刻，穿过线圈的磁通量最大，感应电动势为0，则R两端的电压为0，故B正确； C．线圈转到题图甲所示位置时，穿过线圈中的磁通量为零，但磁通量变化率却最大，故C错误； D．线圈ABCD逆时针方向转动，根据右手定则可判断当线圈转动到题图甲所示位置时，感应电流方向为D→C→B→A→D，故D错误。 故选B。 【变式2-2】（23-24高二下·全国·课后作业）关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流，下列说法中正确的是（　　） A．线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，感应电动势方向不变 B．线圈每转动一周，感应电流方向就改变一次，感应电动势方向不变 C．线圈平面每经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向都要改变一次 D．线圈每转动一周，感应电动势和感应电流方向都要改变一次 【答案】C 【解析】AC．线圈平面每经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向都要改变一次，故A错误，C正确； BD．线圈每转动一周，经过中性面两次，感应电动势和感应电流的方向都要改变两次，故BD错误。 故选C。 【变式2-3】（23-24高二下·四川成都·月考）如图所示，一个竖直方置，匝数为n的矩形线圈abcd在水平向右的匀强磁场中以角速度ω匀速转动，转轴与磁场方向垂直，线圈面积为S，磁感应强度大小为B，下列说法正确的是（    ） A．线圈平面与磁场垂直时，磁通量为零 B．线圈平面与磁场垂直时，磁通量变化最快 C．线圈平面与磁场平行时，磁通量变化率最大 D．线圈平面与磁场平行时，感应电流方向将发生改变 【答案】C 【解析】AB．磁场与线圈垂直时磁通量最大，感应电动势为零，磁通量的变化率为零，磁通量变化最慢，故AB错误； CD．磁场与线圈平行时，磁通量为零，感应电动势最大，磁通量的变化率最大。线框每经过中性面一次感应电流方向改变一次，此时线圈平面与磁场垂直，故C正确，D错误。 故选C。 【变式2-4】（22-23高二下·四川绵阳·月考）如图甲所示，一个矩形线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，线框内磁通量随时间t变化的情况如图乙所示，则下列说法中正确的是（　　） A．时刻线框中的感应电动势最大 B．时刻线框平面与中性面重合 C．，时刻交流电方向各改变1次 D．、时刻线框中感应电流的方向相同 【答案】B 【解析】A．时刻线框中的磁通量最大，此时感应电动势最小，选项A错误；     B．时刻线框中的磁通量最大，此时线框平面与中性面重合，选项B正确； C．，时刻感应电动势最大，此时交流电方向不改变，选项C错误； D．时刻线框中感应电流最大，时刻感应电流为零，选项D错误。 故选B。 题型3 交变电流图像的分析 【例3】（24-25高三上·重庆·月考）某矩形闭合金属线圈在匀强磁场中匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间t按如图所示正弦规律变化。则时刻（    ） A．穿过该线圈的磁通量最小 B．穿过该线圈的磁通量最大 C．该线圈中的电流最大 D．该线圈中的电流不为零 【答案】B 【解析】AB．由图像易知，时刻穿过该线圈的磁通量最大，A错误B正确； CD．由图像易知，时刻穿过线圈的磁通量变化率为零，产生的感应电动势为零，线圈中的电流为零，CD均错误。 故选B。 【变式3-1】（23-24高二下·内蒙古赤峰·期末）图甲是交流发电机的示意图，两磁极之间的磁场可视为匀强磁场，金属线圈ABCD绕转轴匀速转动，A为电流传感器（与计算机相连），为定值电阻，线圈电阻为，其余电阻不计。图乙为计算机上显示的电流数据随时间变化的图像。下列说法中正确的是（　　） A．金属线圈恰好处于图甲所示的位置时感应电动势为0，对应图乙中或时刻 B．金属线圈恰好处于图甲所示的位置时感应电动势最大，对应图乙中或时刻 C．、时刻穿过线圈的磁通量的绝对值最小，磁通量的变化率最大 D．、时刻穿过线圈的磁通量的绝对值最小，磁通量的变化率最大 【答案】D 【解析】AB．图甲所示位置线圈平面与磁场垂直，即为中性面，此时的感应电动势为0，回路中的感应电流为0，对应图乙中或时刻，故AB错误； C．结合上述，、时刻线圈处于中性面，穿过线圈的磁通量的绝对值最大，由于此时的感应电动势为0，则此时的磁通量的变化率最小，故C错误； D．根据图乙可知，、时刻的感应电流最大，即此时的感应电动势最大，则此时线圈平面与中性面垂直，即线圈平面平行于磁场方向，穿过线圈的磁通量的绝对值最小，由于此时感应电动势最大，则此时磁通量的变化率最大，故D正确。 故选D。 【变式3-2】（22-23高二下·河南平顶山·期末）在匀强磁场中，一只矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，产生的交变电动势的图像如图所示。则在时，线圈平面和磁场方向的夹角为（    ） A． B． C． D． 【答案】C 【解析】线圈角速度为 在时，线圈转过的角度为 由图可知，t=0时，线圈平面与磁场方向垂直，而时，线圈转过的角度为，所以时线圈平面和磁场方向的夹角为。 故选C。 【变式3-3】（23-24高二下·四川成都·月考）如图所示，单匝矩形线圈的一半放在有界匀强磁场中，中心轴线与磁场边界重合，线圈绕中心轴线按图示方向（从上向下看逆时针方向）匀速转动，时线圈平面与磁场方向垂直，规定电流方向沿为正方向，则图中能表示线圈内感应电流随时间变化规律的是（　　） A．B．C．D． 【答案】D 【解析】有题意可知，当线圈转动时，内，一侧的线圈在磁场中绕转动产生正弦式交流电，电流方向由楞次定律判断为且越来越大，内，一侧线圈在磁场外，而一侧线框又进去磁场产生交流电，电流方向为，由此可知D正确。 故选D。 【变式3-4】（多选）（22-23高二上·黑龙江哈尔滨·期末）在匀强磁场中，一闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化，则（　　） A．时，线圈平面与磁场方向平行，线圈中的感应电动势为零 B．时，线圈平面与磁场方向平行，线圈中的电流改变方向 C．时，线圈平面与磁场方向垂直，线圈中的感应电动势为零 D．时，线圈平面与磁场方向平行，线圈中的磁通量的变化率最大 【答案】CD 【解析】ABD．根据题意，由图可知，、、时，穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大，则线圈平面与磁场方向平行，线圈中的感应电动势最大，感应电流最大，电流方向不发生改变，故AB错误，D正确； C．根据题意，由图可知，时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，则线圈平面与磁场方向垂直，线圈中的感应电动势为零，故C正确。 故选CD。 题型4 交变电流的瞬时值和平均值的求解 【例4】（23-24高二下·黑龙江哈尔滨·月考）下图为交流发电机示意图，线圈沿逆时针方向以角速度匀速转动，下列说法正确的是（    ） A．图甲中，线圈平面与磁场垂直，磁通量最大，磁通量的变化率也最大 B．从图乙开始计时，线圈中感应电动势e随时间变化的关系是 C．当线圈转到图丙位置时，感应电流最小，但感应电流方向不发生改变 D．当线圈转到图丁位置时，感应电动势最大，CD边感应电流方向为D→C 【答案】B 【解析】A．图甲中，线圈平面与磁场垂直，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率最小为零，故A错误； B．从图乙开始计时，此时线圈平面与磁场平行，穿过线圈的磁通量最小，但磁通量的变化率最大，产生余弦交流电，线圈中感应电动势e随时间变化的关系是 故B正确； C．当线圈转到图丙位置时，此时也是线圈的中性面的位置，此时感应电流最小，且感应电流方向将要改变，故C错误； D．当线圈转到图丁位置时，线圈的两边切割磁感线的速度最大，故感应电动势最大，由右手定则可知，CD边感应电流方向为C→D，故D错误。 故选B。 【变式4-1】（多选）（22-23高二上·河北邯郸·期末）一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图所示．则下列说法中正确的是（    ） A．时刻，线圈处在中性面 B．时刻，的变化率为0 C．时刻，感应电动势为0 D．从时间内，线圈转过的角度是 【答案】ACD 【解析】AC．由图像可知t＝0、t＝0.02s、t＝0.04s时刻线圈平面位于中性面位置，最大 故 E＝0 故AC正确； B．t＝0.01s时刻线圈平面与磁感线平行，最小，最大，故E最大，故B错误； D．从图像可知，从t＝0.01s时刻至t＝0.04s时刻线圈旋转周，转过的角度为，故D正确。 故选ACD。 【变式4-2】（23-24高二下·山东滨州·月考）一个正方形线圈的匝数为10，边长为20cm，线圈总电阻为1Ω，线圈绕OO′轴以10π rad/s的角速度匀速转动，如图所示，匀强磁场的磁感应强度为0.5T，则：（π取3.14） （1）写出感应电动势随时间变化的表达式。 （2）线圈从图示位置转过60°时，感应电动势的瞬时值是多大？ 【答案】（1）e=6.28cos10πt（V）；（2）3.14V 【解析】（1）电动势的峰值为 Em=NBSω=10×0.5×0.22×10π V=6.28V 感应电动势的瞬时值表达式为 e=Emcos ωt=6.28cos 10πt（V） （2）线圈转过60°，感应电动势的瞬时值为 e=Emcos 60°=3.14V 题型5 交流发电机原理和示意图 【例5】（2024·浙江金华·一模）如图是一款高空风车及其发电模块原理图。在发电期间，发电机线圈ab在某一时刻转至图示位置。则（    ） A．发电的工作原理是电流的磁效应 B．该时刻线圈b端电势高于a端电势 C．该时刻线圈磁通量为零，感应电动势也为零 D．风力增大，线圈ab的感应电动势不变 【答案】B 【解析】A．高空风车发电的工作原理是电磁感应，故A错误； B．根据右手定则可知，电流方向沿顺时针方向，则该时刻线圈b端电势高于a端电势，故B正确； C．该时刻线圈磁通量为0，感应电动势最大，故C错误； D．风力越大，风车转动的越快，线圈ab转动的角速度越大，根据 则感应电动势变大，故D错误； 故选B。 【变式5-1】（24-25高二上·全国·课后作业）如图所示是交流发电机的示意图，线圈的两条边分别与两个金属滑环连在一起，线圈逆时针匀速转动时，通过滑环和电刷保持与外电路的连接，图中只画了一匝线圈，磁场可视为匀强磁场，则（　　） A．线圈转动到甲图和丙图所示的位置时，穿过线圈的磁通量最大，电路中的电流也最大 B．线圈转动到乙图和丁图所示的位置时，穿过线圈的磁通量为零，电路中的电流为零 C．线圈从甲图所示位置逆时针转动到丁图所示位置的过程中，电路中电流的方向改变4次 D．线圈从丙图位置转到丁图位置的过程中，穿过线圈的磁通量减小，产生的感应电动势增大 【答案】D 【解析】A．线圈转动到题甲图和题丙图所示的位置时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量变化率为零，电路中的电流为零，A错误； B．线圈转动到题乙图和题丁图所示的位置时，穿过线圈的磁通量为零，但磁通量的变化率最大，电路中的电流最大，B错误； C．线圈经过中性面时，电流方向发生改变，可知线圈从题甲图所示位置逆时针转动到题丁图所示位置的过程中，电路中电流的方向改变1次，C错误； D．线圈从题丙图位置（中性面）转到题丁图位置（与中性面垂直）的过程中，穿过线圈的磁通量减小，磁通量变化率增大，产生的感应电动势增大，D正确。 故选D。 【变式5-2】（23-24高二下·江苏徐州·期中）2023年6月14日，我国自主研发的首台兆瓦级漂浮式波浪能发电装置“南鲲号”在广东珠海投入试运行，如图甲。南鲲号发电原理可作如下简化：海浪带动浪板上下摆动，驱动发电机转子转动，其中浪板和转子的链接装置使转子只能单方向转动。如图乙，若转子带动线圈沿逆时针方向转动，并向外输出电流，下列说法正确的是（　　） A．在图乙所示位置时，线圈a端电势高于b端电势 B．在图乙所示位置时穿过线圈的磁通量变化率最小 C．在图乙所示位置时，线圈中电流方向将发生改变 D．在图乙所示位置时，线圈靠近S极的导线受到的安培力方向向上 【答案】A 【解析】A．在图乙所示位置时，根据右手定则可知，电流从a端流出，从b端流入，所以线圈a端电势高于b端电势，故A正确； B．在图乙所示位置时穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最大，故B错误； C．在图乙所示位置时，线圈与中性面垂直，线圈中电流方向不发生改变，故C错误； D．在图乙所示位置时，根据左手定值可知线圈靠近S极的导线受到的安培力方向向下，故D错误。 故选A。 【变式5-3】（23-24高三上·广西·月考）如图甲所示是目前市面上流行的手摇手机充电器，它体型小，携带方便，可以在紧急状态下给手机临时充电，其示意图如图乙所示。若某人摇动手柄给手机充电时，其内部线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，下列说法正确的是（    ） A．线圈转动的快慢程度不会影响回路中的电流大小 B．当线圈转到图乙所示位置时，电流方向将发生改变 C．若从图乙位置开始计时，线圈中的电流瞬时值表达式为 D．当线圈转到图乙所示位置时，穿过线圈磁通量的变化率最大 【答案】D 【解析】A．线圈转动得越快，通过线圈的磁通量变化越快，电路中电流越大，A错误； B．线圈转到中性面时，电流方向才会发生改变，B错误； C．当线圈转到图乙所示位置时，线圈中电流最大，表达式应为，C错误； D．线圈转到图乙所示位置时电流最大，穿过线圈磁通量的变化率最大，D正确。 故选D。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 3.1 交变电流 知识点1 交变电流 1、交变电流的定义 大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫作交变电流，简称交流。 【注意】仅大小周期性变化的电流不是交变电流。 2、交变电流的波形图 3、直流 方向不随时间变化的电流称为直流；大小和方向都不随时间变化的电流叫作恒定直流。 4、演示：观察交变电流的方向 把两个发光颜色不同的发光二极管并联，连接到教学用发电机的两端。转动手柄，两个磁极之间的线圈随着转动。 摇动发电机的速度较慢时，我们观察到两个发光二极管交替闪亮,这说明教学用发电机产生的电流，大小和方向都在不断地变化，这种电流叫作交变电流。 知识点2 交变电流的产生 1、产生过程 如图所示，矩形线圈在勾强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，感应电动势（感应电流）的大小和方向随时间做周期性变化，产生交变电流。 2、过程分析 （1）特殊位置分析 立体图 平面图 线圈平面 垂直于磁感线 与磁感线平行 垂直于磁感线 与磁感线平行 ab、cd边 速度方向与磁感线平行 垂直切割磁感线 速度方向与磁感线平行 垂直切割磁感线 感应电动势(感应电流) 无 最大 无 最大 说明 图乙和图丁中切割速度方向相反，感应电流方向也相反 感应电流变化情况 （2）转动过程分析 转动过程 磁通量变化 电流方向 甲→乙 减小 D→C→B→A 乙→丙 增大 D→C→B→A 丙→丁 减小 A→B→C→D 丁→甲 增大 A→B→C→D 3、两个特殊位置 （1）中性面：线圈平面与磁感线垂直时的位置。 ①线圈处于中性面时磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零，感应电流为零。 ②线圈每经过中性面一次，感应电流的方向改变一次，线圈转动一周，两次经过中性面，电流方向改变两次。 （2）垂直中性面的位置：线圈平面与磁感线平行时的位置。 线圈位于此位置时磁通量为零，磁通量的变化率最大，感应电动势最大，感应电流最大，线圈经过此位置时电流方向不发生改变。 知识点3 交变电流的变化规律 1、推导正弦式交变电流瞬时值的表达式 （1）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。 （2）若线圈平面从中性面开始转动，则经时间t。 ①线圈转过的角度为。 ②ab边的线速度方向跟磁感线方向的夹角。 ③ab边转动的线速度大小。 ④ab边产生的感应电动势。 ⑤同理cd边产生的感应电动势。 ⑥整个N匝线圈产生的感应电动势。 2、正弦式交变电流 （1）瞬时值表达式 ①从中性面开始计时，电动势，电压，电流。 ②从垂直中性面的位置开始计时，电动势，电压，电流。 （2）峰值：表达式中的Em、Um、Im分别为电动势、电压和电流的最大值，也叫峰值，，其中N为线圈的匝数。 知识点4 交流发电机 1、工作原理：交流发电机的工作原理基于法拉第电磁感应定律。 2、发电机的构造 （1）电枢：产生感应电动势的线圈。 （2）磁体：用来产生磁场。 3、发电机的分类 （1）旋转电枢式发电机：电枢转动，磁极不动。 （2）旋转磁极式发电机：电枢不动，磁极转动。 4、发电机的能量转换 发电机转子一般由蒸汽轮机、水轮机等带动，将机械能转化为电能，输送给外电路。 求交变电流瞬时值和峰值的方法 1、定位置：确定线圈的转动是从哪个位置开始计时的。从中性面开始计时、从垂直中性面开始计时。 2、定函数：确定表达式是正弦函数还是余弦函数。 （1）从中性面开始计时→正弦函数。 （2）从垂直中性面开始计时→余弦函数。 3、定数值：确定转动的角速度（n的单位为r/s）、峰值。 4、求结果：写出表达式，代入时间求瞬时值。 题型1 交变电流的产生及判断 【例1】（23-24高二下·广东江门·期中）关于交变电流和直流电的说法中，正确的是（　　） A．如果电流大小随时间做周期性变化，则一定是交变电流 B．直流电的大小和方向一定不变 C．交变电流一定是按正弦规律变化的 D．交变电流的最大特征就是电流的方向随时间做周期性的变化 【变式1-1】（23-24高二下·北京怀柔·期中）如图所示，属于交流电的是（    ） A． B． C． D． 【变式1-2】（23-24高二下·河南平顶山·月考）下列表示电动势随时间变化的四个e—t图像中，不属于交流电的是（　　） A． B． C． D． 【变式1-3】（多选）（23-24高二下·广东深圳·期中）如图所示，下列线圈匀速转动或匀速直线运动，能产生交变电流的是（　　） A． B． C． D． 【变式1-4】（多选）（23-24高二下·上海浦东新·月考）线圈在竖直向上的磁场中匀速转动时，能产生交变电流的是（　　） A．B．C．D． 题型2 中性面的特点 【例2】（23-24高二下·江苏常州·期末）如图所示，线圈abcd在水平匀强磁场中匀速转动而产生交变电流。当线圈逆时针转动到图示水平位置时（　　） A．线圈处于中性面位置 B．线圈中瞬时感应电动势为零 C．穿过线圈平面的磁通量最大 D．线圈中电流方向为 【变式2-1】（23-24高二下·陕西西安·期中）如图甲所示为交流发电机、定值电阻R、交流电流表A组成的闭合回路，线圈ABCD逆时针方向转动，图示位置磁感线与线圈平面平行，图乙所示为通过线圈的磁通量随时间t的变化关系图像，下列说法正确的是（    ） A．、时刻线圈中感应电动势最小 B．、时刻电阻R两端的电压为零 C．线圈转动到图示位置时，线圈中磁通量变化率为零 D．线圈转动到图示位置时，感应电流方向为 【变式2-2】（23-24高二下·全国·课后作业）关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流，下列说法中正确的是（　　） A．线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，感应电动势方向不变 B．线圈每转动一周，感应电流方向就改变一次，感应电动势方向不变 C．线圈平面每经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向都要改变一次 D．线圈每转动一周，感应电动势和感应电流方向都要改变一次 【变式2-3】（23-24高二下·四川成都·月考）如图所示，一个竖直方置，匝数为n的矩形线圈abcd在水平向右的匀强磁场中以角速度ω匀速转动，转轴与磁场方向垂直，线圈面积为S，磁感应强度大小为B，下列说法正确的是（    ） A．线圈平面与磁场垂直时，磁通量为零 B．线圈平面与磁场垂直时，磁通量变化最快 C．线圈平面与磁场平行时，磁通量变化率最大 D．线圈平面与磁场平行时，感应电流方向将发生改变 【变式2-4】（22-23高二下·四川绵阳·月考）如图甲所示，一个矩形线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，线框内磁通量随时间t变化的情况如图乙所示，则下列说法中正确的是（　　） A．时刻线框中的感应电动势最大 B．时刻线框平面与中性面重合 C．，时刻交流电方向各改变1次 D．、时刻线框中感应电流的方向相同 题型3 交变电流图像的分析 【例3】（24-25高三上·重庆·月考）某矩形闭合金属线圈在匀强磁场中匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间t按如图所示正弦规律变化。则时刻（    ） A．穿过该线圈的磁通量最小 B．穿过该线圈的磁通量最大 C．该线圈中的电流最大 D．该线圈中的电流不为零 【变式3-1】（23-24高二下·内蒙古赤峰·期末）图甲是交流发电机的示意图，两磁极之间的磁场可视为匀强磁场，金属线圈ABCD绕转轴匀速转动，A为电流传感器（与计算机相连），为定值电阻，线圈电阻为，其余电阻不计。图乙为计算机上显示的电流数据随时间变化的图像。下列说法中正确的是（　　） A．金属线圈恰好处于图甲所示的位置时感应电动势为0，对应图乙中或时刻 B．金属线圈恰好处于图甲所示的位置时感应电动势最大，对应图乙中或时刻 C．、时刻穿过线圈的磁通量的绝对值最小，磁通量的变化率最大 D．、时刻穿过线圈的磁通量的绝对值最小，磁通量的变化率最大 【变式3-2】（22-23高二下·河南平顶山·期末）在匀强磁场中，一只矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，产生的交变电动势的图像如图所示。则在时，线圈平面和磁场方向的夹角为（    ） A． B． C． D． 【变式3-3】（23-24高二下·四川成都·月考）如图所示，单匝矩形线圈的一半放在有界匀强磁场中，中心轴线与磁场边界重合，线圈绕中心轴线按图示方向（从上向下看逆时针方向）匀速转动，时线圈平面与磁场方向垂直，规定电流方向沿为正方向，则图中能表示线圈内感应电流随时间变化规律的是（　　） A．B．C．D． 【变式3-4】（多选）（22-23高二上·黑龙江哈尔滨·期末）在匀强磁场中，一闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化，则（　　） A．时，线圈平面与磁场方向平行，线圈中的感应电动势为零 B．时，线圈平面与磁场方向平行，线圈中的电流改变方向 C．时，线圈平面与磁场方向垂直，线圈中的感应电动势为零 D．时，线圈平面与磁场方向平行，线圈中的磁通量的变化率最大 题型4 交变电流的瞬时值和平均值的求解 【例4】（23-24高二下·黑龙江哈尔滨·月考）下图为交流发电机示意图，线圈沿逆时针方向以角速度匀速转动，下列说法正确的是（    ） A．图甲中，线圈平面与磁场垂直，磁通量最大，磁通量的变化率也最大 B．从图乙开始计时，线圈中感应电动势e随时间变化的关系是 C．当线圈转到图丙位置时，感应电流最小，但感应电流方向不发生改变 D．当线圈转到图丁位置时，感应电动势最大，CD边感应电流方向为D→C 【变式4-1】（多选）（22-23高二上·河北邯郸·期末）一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图所示．则下列说法中正确的是（    ） A．时刻，线圈处在中性面 B．时刻，的变化率为0 C．时刻，感应电动势为0 D．从时间内，线圈转过的角度是 【变式4-2】（23-24高二下·山东滨州·月考）一个正方形线圈的匝数为10，边长为20cm，线圈总电阻为1Ω，线圈绕OO′轴以10π rad/s的角速度匀速转动，如图所示，匀强磁场的磁感应强度为0.5T，则：（π取3.14） （1）写出感应电动势随时间变化的表达式。 （2）线圈从图示位置转过60°时，感应电动势的瞬时值是多大？ 题型5 交流发电机原理和示意图 【例5】（2024·浙江金华·一模）如图是一款高空风车及其发电模块原理图。在发电期间，发电机线圈ab在某一时刻转至图示位置。则（    ） A．发电的工作原理是电流的磁效应 B．该时刻线圈b端电势高于a端电势 C．该时刻线圈磁通量为零，感应电动势也为零 D．风力增大，线圈ab的感应电动势不变 【变式5-1】（24-25高二上·全国·课后作业）如图所示是交流发电机的示意图，线圈的两条边分别与两个金属滑环连在一起，线圈逆时针匀速转动时，通过滑环和电刷保持与外电路的连接，图中只画了一匝线圈，磁场可视为匀强磁场，则（　　） A．线圈转动到甲图和丙图所示的位置时，穿过线圈的磁通量最大，电路中的电流也最大 B．线圈转动到乙图和丁图所示的位置时，穿过线圈的磁通量为零，电路中的电流为零 C．线圈从甲图所示位置逆时针转动到丁图所示位置的过程中，电路中电流的方向改变4次 D．线圈从丙图位置转到丁图位置的过程中，穿过线圈的磁通量减小，产生的感应电动势增大 【变式5-2】（23-24高二下·江苏徐州·期中）2023年6月14日，我国自主研发的首台兆瓦级漂浮式波浪能发电装置“南鲲号”在广东珠海投入试运行，如图甲。南鲲号发电原理可作如下简化：海浪带动浪板上下摆动，驱动发电机转子转动，其中浪板和转子的链接装置使转子只能单方向转动。如图乙，若转子带动线圈沿逆时针方向转动，并向外输出电流，下列说法正确的是（　　） A．在图乙所示位置时，线圈a端电势高于b端电势 B．在图乙所示位置时穿过线圈的磁通量变化率最小 C．在图乙所示位置时，线圈中电流方向将发生改变 D．在图乙所示位置时，线圈靠近S极的导线受到的安培力方向向上 【变式5-3】（23-24高三上·广西·月考）如图甲所示是目前市面上流行的手摇手机充电器，它体型小，携带方便，可以在紧急状态下给手机临时充电，其示意图如图乙所示。若某人摇动手柄给手机充电时，其内部线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，下列说法正确的是（    ） A．线圈转动的快慢程度不会影响回路中的电流大小 B．当线圈转到图乙所示位置时，电流方向将发生改变 C．若从图乙位置开始计时，线圈中的电流瞬时值表达式为 D．当线圈转到图乙所示位置时，穿过线圈磁通量的变化率最大 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$