3.1交变电流 同步练习 -2026-2027学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

**基本信息** 高中物理交变电流同步练，通过基础定义、方向判断、中性面性质三阶分层，实现从概念理解到综合应用的递进，培养物理观念与科学思维。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |备考训练一|交变电流定义、发电机原理|填空题巩固核心概念，图像判断题强化运动和相互作用观念| |备考训练二|线圈转动电流方向判断|结合右手定则的情境题，提升科学推理能力| |备考训练三|中性面性质及应用|综合磁通量变化率分析题，深化模型建构与科学论证|

779038077———理解为王——物理快乐学 2 / 5 779038077———理解为王——物理快乐学 2 / 5 3.1 交变电流 1．交变电流 （1）交变电流：大小和方向随时间做___________变化的电流叫作交变电流，简称___________。 （2）直流：___________不随时间变化的电流称为直流。 交变电流的产生 2．交流发电机的线圈在磁场中转动时，转轴与磁场方向_________，用_________定则判断线圈切割磁感线产生的感应电流方向。 3．交变电流的变化规律 （1）中性面 ①中性面：与磁感线_____的平面。 ②当线圈平面位于中性面时，线圈中的磁通量____，线圈中的电流为____。 （2）从中性面开始计时，线圈中产生的电动势的瞬时值表达式：e＝Emsin ωt，Em叫作电动势的_______，Em＝___________。 （3）正弦式交变电流：按_______规律变化的交变电流叫作正弦式交变电流，简称__________。 （4）正弦式交变电流和电压 电流表达式i＝，电压表达式u＝。其中Im、Um分别是电流和电压的________，也叫______。 4．交流发电机 （1）主要构造：_____和________。 （2）分类： ①旋转电枢式发电机：电枢_______，磁极______。 ②旋转磁极式发电机：磁极________，电枢______。 备考训练一：交流电定义及原理和示意图 1．下列关于交变电流和直流的说法中正确的是（　　） 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．直流的大小和方向一定不变 C．直流的最大特征就是电流的大小不变 D．交变电流的最大特征就是电流的方向随时间做周期性变化 2．下列图像中不属于交流电的是（　　） A．B．C． D． 3．如图为某发电机的原理图，abcd为金属线框，固连于线框的E、F为一对相互绝缘的半圆形铜环，A、B为固定电刷。线框在匀强磁场中绕OO′轴匀速转动，从图示位置开始计时，电阻R两端的电势差u随时间t变化的图像可能是（　　） A． B． C． D． 4．如图所示是一款高空风车的发电模块原理图，两磁极间的磁场可视为匀强磁场，某时刻发电机线圈ab恰与磁场方向平行，则（　　） A．风速增大，线圈ab产生的感应电动势不变 B．风速增大，线圈ab产生的感应电动势减小 C．该时刻线圈磁通量的变化率最大 D．该时刻线圈磁通量的变化率最小 5．如图所示，为单匝的正方形闭合金属线框，边长为，线框整体处在磁感应强度大小为的匀强磁场中，按图示方向绕着与磁场垂直的轴（与共线）匀速转动，转动周期。从图所示位置开始计时，边垂直纸面向里转动，下列说法正确的是（     ） A．时刻线框中没有电流 B．时刻线框克服安培力做功功率最大 C．时线框磁通量最大 D．时线框中电流的方向是 6．如图为某种发电机的横截面图，闭合矩形线圈匝数为n，垂直纸面的长边长度为L，短边在纸面内且长度为d，矩形线圈放在均匀辐射状磁场中（磁场方向均沿半径方向），转轴在中心O，线圈两条长边经过的位置的磁感应强度大小均为B，方向始终与两边的运动方向垂直，磁场分布在磁极与铁芯之间的左右两个圆心角均为θ＝120°区域内。现让线圈以角速度ω绕中心轴匀速转动时，下列说法正确的是（　　） A．线圈在匀速转动过程中产生的是正弦式交变电流 B．线圈在匀速转动过程中产生的是直流电 C．线圈在磁场中匀速转动时，产生的电动势大小始终不变 D．线圈在磁场中匀速转动时，产生的电动势大小是2nBLdω 7．（多选）下列方法中能够产生交变电流的是（　　） A．如图甲所示，闭合线圈在匀强磁场中按逆时针方向匀速转动 B．如图乙所示，金属棒绕过中心且与磁场垂直的轴逆时针匀速转动 C．如图丙所示，由导线折成的矩形线框CDFE绕PQ在匀强磁场中匀速转动 D．闭合线圈垂直磁感线放置且不动，穿过线圈的磁通量按照如图丁所示正弦规律变化 8．下列四个线框面积相等，磁场强度、转动的角速度也都相等，请问哪一个线框产生的交流电大小与其他的不同（　　） A．B．C． D． 备考训练二：线圈转到不同位置时电流方向 9．（多选）电动汽车制动时可利用车轮转动将其动能转换成电能储存起来。车轮转动时带动磁极绕固定的线圈旋转，在线圈中产生电流。磁极匀速转动的某瞬间，磁场方向恰与线圈平面垂直，如图所示。将两磁极间的磁场视为匀强磁场，则磁极再转过90°时，线圈中（　　） A．电流最小 B．电流最大 C．电流方向由P指向Q D．电流方向由Q指向P 10．如图是交流发电机转动一个周期的示意图，下列说法正确的是（    ） A．甲图中线圈磁通量最大，产生的电流最大 B．乙图中AB边电流方向从A指向B C．丙图中AB边电流方向从A指向B D．丁图中线圈磁通量为0，磁通量的变化率最大 11．如图所示，从左往右看，各线圈在匀强磁场中绕轴匀速顺时针转动，从各自图示位置开始计时，设电流从2流出线圈为正方向，A、C选项中线圈平面与磁场垂直，B、D选项中线圈平面与磁场平行，能产生如图所示交变电流的是（　　） A． B． C． D． 12．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． 13．如图所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴P1和P2以相同的角速度匀速转动，当线圈平面转到与磁场方向平行时(　　) A．线圈绕P1转动时的电流等于绕P2转动时的电流 B．线圈绕P1转动时的电动势小于绕P2转动时的电动势 C．线圈绕P1和P2转动时电流的方向相同，都是a→b→c→d D．线圈绕P1转动时dc边受到的安培力大于绕P2转动时dc边受到的安培力 14．如图所示，边长为l的正方形金属框abcd置于匀强磁场中，磁场方向水平向右。金属框以角速度ω绕金属框的bc边逆时针（从上往下看）匀速转动。时金属框平面与磁场平行（图示状态），下列说法正确的是（　　） A．时，ad边的电流方向从d指向a B．在的时间内，ab边的电流方向为先a→b，后b→a C．在的时间内，cd边一直切割磁感线 D．若绕ab边转动，在的时间内，通过金属框的磁通量先增大后减小 15．如图所示，由交流发电机、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，下列说法正确的是（  ） A．t3、t4时刻线圈中感应电动势最小 B．t1、t3时刻线圈中感应电流方向改变 C．线圈转到图示位置时，线圈中磁通量变化率为零 D．线圈转动到图中位置时，感应电流方向为A-B-C-D-A 16．如图所示，一正方形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴匀速转动，沿观察，线圈逆时针转动，已知匀强磁场的磁感应强度为，线圈匝数为，边长为，总电阻为，转动的角速度为，则当线圈转至图示位置时（　　） A．线圈中感应电流方向为 B．线圈中感应电流为 C．穿过线圈的磁通量的变化率为 D．线圈边所受的安培力的大小为 备考训练三：中性面及性质 17．中性面的特点：穿过线圈的磁通量________，（填“最大”或“为零”）磁通量的变化率_____，（填“最大”或“为零”），感应电动势_______，（填“最大”或“为零”），电流的方向_______改变（填“发生”或“不发生”）。. 18．全球首座商用海浪发电厂LIMPET500外观和原理示意图如下。如乙图所示，该发电厂面向大海的一侧有一部分水下建筑，海浪涌入或后退时，结构内的水位上升或下降，压缩空气推动涡轮旋转带动转子转动，产生电力。其发电机的简化结构如丙图所示。下面说法正确的是（　　） A．图中线圈所处位置是中性面 B．在图所示位置时，穿过线圈的磁通量变化率为零 C．在图所示位置时，线圈BB′边的导线受到的安培力方向向上 D．在图所示位置时，线圈a端电势高于b端电势 19．如图是某海浪发电原理示意图，海浪带动浪板使线圈逆时针匀速转动，向外输出电流。线圈转到如图所示位置时磁场方向与线圈平面平行。下列说法正确的是（　　） A．如图所示位置穿过线圈的磁通量最大 B．如图所示位置线圈产生的感应电动势最大 C．线圈从如图所示位置转过时，穿过线圈的磁通量最小 D．线圈从如图所示位置转过时，线圈产生的感应电动势最大 20．如图所示，线圈abcd在水平匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动会产生正弦式交变电流。当线圈逆时针转动到图示水平位置时，下列说法正确的是（　　） A．线圈处于中性面位置 B．线圈中电流方向为abcda C．线圈中瞬时感应电动势最大 D．穿过线圈平面的磁通量变化率为零 21．下图是交流发电机的示意图，则（　　） A．甲图线圈中瞬时电动势最大 B．乙图线圈中瞬时电流最小 C．丙图线圈中的磁通量最大 D．丁图线圈中电流方向为DCBA 22．发电机的N匝导电线圈转动一周过程中的五个瞬时位置如图所示，已知面积为S的长方形线圈绕中轴线以角速度ω做匀速圆周运动，匀强磁场的磁感应强度为B，下列说法正确的是（　　） A．图1磁通量及其变化率均为最大值 B．线圈每经过图2、4的位置，感应电流的方向就改变一次 C．磁通量的最大值为NBS D．磁通量变化率的最大值为 23．如图甲所示，一矩形线圈处于匀强磁场中，线圈绕过、中点的轴以角速度顺时针匀速转动。0时刻线圈平面与磁场的夹角为，截面图如图乙所示，则下列说法正确的是（    ） A．该时刻线圈中的电流方向为 B．时，线圈处于中性面 C．时，线圈中的电流最大 D．时，通过线圈的磁通量最大 24．（多选）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．t1、t3时刻线圈处于中性面 B．t2、t4时刻线圈中感应电动势为零 C．线圈转动到图示位置时，线圈中磁通量变化率最大 D．线圈转动到图示位置时，感应电流方向为 A→B→C→D→A 779038077———理解为王——物理快乐学 2 / 5 779038077———理解为王——物理快乐学 2 / 5 每个知识点两个按照2-3-3练习（简、中、难——多为期中、期末、高考真题）——全面掌握 每个知识点两个按照2-3-3练习（简、中、难——多为期中、期末、高考真题）——全面掌握 学科网（北京）股份有限公司 参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 D A B C B C ACD B BD D 题号 11 12 13 14 15 16 18 19 20 21 答案 B D A B B B C B C C 题号 22 23 24 答案 D C AC 1．D 【详解】A．交变电流的核心定义是电流方向随时间做周期性变化，若仅电流大小周期性变化、方向不变，则属于直流电，故A错误； B．直流电的方向一定不变，但大小可以发生变化（如脉动直流电），故B错误； C．直流电的最大特征是电流方向恒定不变，并非大小不变，故C错误； D．交变电流的本质特征就是电流的方向随时间做周期性变化，与大小变化规律无关，故D正确。 故选D。 2．A 【详解】A．图像中电动势e的数值始终大于等于零，方向没有发生改变，只是大小随时间做周期性变化，不属于交流电，故A正确； B．图像中电流的数值有正有负，方向随时间做周期性变化，属于交流电，故B错误； C．图像中电动势e的数值有正有负，方向随时间做周期性变化，属于交流电，故C错误； D．图像中电流i的数值有正有负，且按正弦规律变化，方向随时间做周期性变化，属于交流电，故D错误。 故选A。 3．B 【详解】线圈开始转动的位置是与中性面垂直的平面，则时刻电动势有最大值，且线圈在磁场中转动时产生的正弦交流电，由于的作用使得产生的电流始终是正弦式交流电的上半部分，故B正确，ACD错误。 故选B。 4．C 【详解】AB．风力增大，风车转动得越快，则线圈ab的角速度越大，根据可知感应电动势变大，故AB错误; CD．由图可知，该时刻线圈磁通量为零，但磁通量的变化率最大，故C正确, D错误。 故选C。 5．B 【详解】A．时刻磁通量变化率最大，感应电动势最大，感应电流最大，故A错误； B．匀速转动时，克服安培力做功的功率等于线框的电功率 时刻电流最大，因此功率最大，故B正确； C．，线框转过半圈，线框平面仍与磁场平行，磁通量为0，不是最大，故C错误； D．由楞次定律/右手定则，时刻线框电流方向为，经过半个周期转动，电流方向反向，时电流方向为，因此D错误。 故选B。 6．C 【详解】A．正弦式交变电流的电动势大小随时间按正弦规律变化。辐射状磁场的磁感应强度始终与长边运动方向垂直，当线圈在磁场区域内时，感应电动势大小恒定。且线圈在匀速转动过程中，两长边会同时经过无磁场区域，不产生感应电流，整个过程产生的不可能是正弦交变电流，故A错误； B．线圈匀速转动一周的过程中，在两个磁场区域运动方向发生改变，由右手定则可知，感应电动势的方向会随之反向，因此产生的是交变电流，不是直流电，故B错误； CD．线圈在磁场中匀速转动时，两条长边均垂直切割磁感线。产生的感应电动势大小为 其中 代入得 由于，，，，均为定值，所以在磁场中转动时，产生的电动势大小是，始终不变，故C正确，D错误。 故选C。 7．ACD 【详解】A．闭合线圈绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动，转动过程中穿过线圈的磁通量随时间做周期性变化，感应电动势的大小和方向都随时间周期性改变，因此可以产生交变电流，故A正确； B．该选项中只有单根金属棒绕中心轴转动，金属棒没有形成闭合回路，只会产生感应电动势，无法形成感应电流，因此不能产生交变电流，故B错误； C．矩形线框CDFE是闭合导线框，绕转轴PQ匀速转动时， PQ方向与匀强磁场方向垂直，转动过程中穿过线框的磁通量随转动周期性变化，感应电动势的大小、方向周期性改变，因此可以产生交变电流，故C正确； D．闭合线圈静止，穿过线圈的磁通量按正弦规律变化，根据法拉第电磁感应定律 若 则感应电动势 大小和方向都随时间做周期性变化，因此可以产生交变电流，故D正确。 故选ACD。 8．B 【详解】当一个面积为的闭合线框在磁感应强度为的匀强磁场中，以角速度绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，会产生正弦式交变电动势，其最大值（峰值）为，ACD项中线框均绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，而B项中转轴与磁场方向不垂直，故B项中线框产生的交流电大小与其他的不同，故B正确。 故选B。 9．BD 【详解】如图开始线圈处于中性面位置，当磁极再转过90°时，此时穿过线圈的磁通量为0，故可知电流最大；在磁极转动的过程中，穿过线圈的磁通量在减小，根据楞次定律可知，此时感应电流方向由Q指向P。 故选BD。 10．D 【详解】A．甲图中线圈磁通量最大，磁通量变化率为零，线圈中感应电动势最小，为零，则产生的感应电流最小，为零，故A错误； B．根据右手定则，乙图中AB边电流方向从B指向A，故B错误； C．丙图中线圈磁通量最大，磁通量变化率为零，线圈中感应电动势最小，为零，则产生的感应电流最小，为零，故AB边的电流为零，故C错误； D．丁图中线框平面与磁场平行，穿过线圈的磁通量为零，感应电动势最大，即穿过线圈的磁通量变化率最大，故D正确。 故选D。 11．B 【详解】如图所示，时刻，电流为正向最大，此时线圈应平行于磁场，根据电流的方向结合右手定则可知2所在的那条边正在向纸面外转动，产生的感应电流从2流出。 故选B。 12．D 【详解】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。 13．A 【详解】AB．根据E=BωS可知，无论线圈绕轴P1和P2转动，则产生的感应电动势均相等，故感应电流相等，故A正确，B错误； C．由楞次定律可知，线线圈绕P1和P2转动时电流的方向相同，都是a→d→c→b→a，故C错误； D．由于线圈P1转动时线圈中的感应电流等于绕P2转动时线圈中得电流，故根据 F=BLI 可知，线圈绕P1转动时dc边受到的安培力等于绕P2转动时dc边受到的安培力，故D错误。 故选A。 14．B 【详解】A．时，ad边切割方向与磁场平行，瞬时电流为0，故A错误； B．在的时间内，通过金属框的磁通量先增大后减小，由楞次定律ab边的电流方向为先a→b，后b→a，故B正确； C．在的时间内，cd边一直没有切割磁感线，故C错误； D．若绕ab边转动，在的时间内，通过金属框的磁通量一直为0，故D错误。 故选B 。 15．B 【详解】A．根据图乙，由交流发电机工作原理可知，在t4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．由图乙知线圈在t1、t3时刻，穿过线圈的磁通量最大，线圈位于中性面，线圈中感应电流方向改变，故B正确； C．线圈转到图示位置时，穿过线圈中磁通量为零，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知当线圈转动到图中位置时，感应电流方向为D-C-B-A-D，故D错误。 故选B。 16．B 【详解】A．线框转至图示位置瞬间，穿过磁通量在减少，根据楞次定律知，感应电流的方向为，故A错误； B．线圈中的感应电动势为 则线圈中的感应电流为 故B正确； C．图示时刻、两边垂直切割磁感线，线圈产生的感应电动势最大，穿过线圈的磁通量的变化率最大，故C错误； D．根据 ， 可得线圈边所受的安培力的大小为 故D错误。 故选B。 17． 最大 为零 为零 发生 【详解】[1]中性面的特点：穿过线圈的磁通量最大，此时磁场方向和线圈平面垂直 [2]磁通量的变化率为零 [3]感应电动势为零 [4]电流的方向发生改变。 18．C 【详解】A．题图丙中线圈所处位置与磁感线平行，与中性面垂直，故A错误； B．题图丙中线圈所处位置与磁感线平行，穿过线圈的磁通量最小，磁通量变化率最大，故B错误； C．题图丙中线圈顺时针转动，根据右手定则可知线圈内部电流从a到b，根据左手定则可知线圈BB′边的导线受到的安培力方向向上，故C正确； D．根据右手定则可知此时线圈内部电流从a到b，则线圈转动到如题图所示位置时a端电势低于b端电势，故D错误。 故选C。 19．B 【详解】AB．线圈转动到题图所示的位置时线圈平面与磁场平行，则穿过线圈的磁通量最小，磁通量变化率最大，感应电动势最大，故A错误，B正确； CD．线圈从如图所示位置转过时，即位于中性面位置时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量变化率最小，线圈产生的感应电动势最小，故CD错误。 故选B。 20．C 【详解】A．线圈处于与中性面垂直的位置，A错误；     B．根据右手定则可知，线圈中电流方向为adcba，B错误； CD．此位置线圈中磁通量为零，但磁通量的变化率最大，线圈中瞬时感应电动势最大，C正确，D错误。     故选C。 21．C 【详解】A C．甲图、丙图所示位置，线圈处于中性面，磁通量最大，感应电动势为0，感应电流为0，故A错误、C正确； B．根据右手定则，图乙位置，线圈的切割速度最大，感应电动势最大，感应电流最大，故B错误； D．根据右手定则，图丁位置，线圈中电流方向为DABC，故D错误。 故选C。 22．D 【详解】A．图1中线圈平面与磁感线垂直，所以线圈处于中性面位置，此时穿过线圈的磁通量最大，但感应电动势，即磁通量的变化率，故A错误； B．线圈经过中性面（图1、3、5位置）时感应电流方向改变，图2、4位置线圈平面与磁感线平行，感应电动势最大，电流方向不改变，故B错误； C．根据磁通量的表达式可知磁通量的最大值为 其大小与线圈的匝数无关，故C错误； D．感应电动势的最大值为 则根据法拉第电磁感应定律可知，磁通量变化率的最大值为，故D正确。 故选D。 23．C 【详解】A．根据右手定则可知，该时刻线圈中的电流方向为，故A错误； BCD．线圈在时间内转过的角度，0时刻线圈平面与磁场的夹角为，则时线圈与磁场方向平行，不在中性面，此时线圈中的电流最大，磁通量最小，故BD错误，C正确； 故选C。 24．AC 【详解】A．由图乙知线圈在、时刻，穿过线圈的磁通量最大，故t1、t3时刻线圈处于中性面处，故A正确； B．根据图乙，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B错误； C．线圈转到图甲所示位置时，穿过线圈中的磁通量为零，但磁通量变化率却最大，故C正确； 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AC。 参考答案： 1． 周期性 交流（AC） 方向 【详解】略 2． 垂直 右手 【解析】略 3． 垂直 最大 0 最大值 正弦 正弦式电流 最大值 峰值 【详解】略 4． 电枢 磁极 转动 不动 转动 不动 【详解】略 每个知识点两个按照2-3-3练习（简、中、难——多为期中、期末、高考真题）——全面掌握 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