交变电流的产生、描述交变电流的物理量 专项训练-2027届高考物理一轮复习

**基本信息** 聚焦交变电流产生机制与描述量，通过实际发电情境（潮汐、风力等）构建从电磁感应原理到物理量计算的逻辑链条，强化模型建构与科学推理。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |交变电流的产生|8题（例1-4+变式1-4）|以选择为主，结合发电机结构（如潮汐、波浪能），考查线圈位置（中性面/平行磁感线）与磁通量、电流方向关系|从电磁感应原理（法拉第定律）出发，建立线圈转动模型，推导磁通量变化率与电动势关系，体现运动和相互作用观念| |描述交变电流的物理量|8题（例1-4+变式1-4）|选择与计算结合，涉及瞬时值、有效值、周期、电荷量及功率计算|从瞬时表达式到有效值定义，通过能量守恒（电功率）、电荷量公式（ΔΦ/R）实现物理量关联，强化能量观念与科学论证|

交变电流的产生、描述交变电流的物理量专项训练 交变电流的产生、描述交变电流的物理量专项训练 考点目录 交变电流的产生 描述交变电流的物理量 考点一 交变电流的产生 例1．（25-26高二下·广西贺州·期末）如图为某款潮汐发电机的结构简图，两磁体间的磁场可看做匀强磁场，磁感应强度大小为，线圈的面积为0.02m²，匝数匝，海浪带动线圈以转速30r/min逆时针匀速转动。图示位置线圈平面和磁感线平行，不计线圈电阻，下列说法正确的是（     ） A．图示位置，线圈的电动势大小为20V B．图示位置，a端的电势低于b端的电势 C．图示位置，线圈的磁通量最小，磁通量的变化率也最小 D．若仅增大线圈匀速转动的转速，则线圈产生电动势的峰值不变 【答案】A 【详解】A．图示位置，线圈的电动势大小为，A正确； B．根据右手定则，图示位置，a端的电势高于b端的电势，B错误； C．图示位置，线圈的磁通量最小，磁通量的变化率也最大，C错误； D．根据，即若仅增大线圈匀速转动的转速，则线圈产生电动势的峰值变大，D错误。 故选A。 例2．（2026·广东广州·一模）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． 【答案】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。 例3．（2026·广东汕头·一模）下图为某风力发电机内部简化图，两磁极间存在匀强磁场。发电期间，风力驱动线圈绕着虚线轴匀速转动，某时刻线圈位于图中所示位置，下列说法正确的是（　　） A．该时刻线圈处于中性面 B．该时刻线圈磁通量变化率为零 C．若该时刻电流方向从a到b，可知线圈顺时针转动 D．当线圈再转过时，流经线圈的电流为零 【答案】D 【详解】AB．该时刻线圈平面与磁场方向平行，穿过线圈的磁通量为0，但线圈磁通量变化率最大，产生的感应电动势最大，感应电流最大，不是处于中性面，故AB错误； C．若该时刻电流方向从a到b，图中磁场方向向左，对ab边根据右手定则可知，ab边向下运动切割磁感线，则线圈逆时针转动，故C错误； D．当线圈再转过时，线圈平面与磁场方向垂直，线圈处于中性面，流经线圈的电流为零，故D正确。 故选D。 例4．（2026·广西贵港·模拟预测·多选）某超级充电站采用的高压变频变压电源基于交流电技术实现高效电能转换，其单桩最大功率达，支持车辆与电网双向互动。如图所示是交流发电机的结构示意图（两磁极间的磁场可视为匀强磁场），当线圈从图示中性面位置转过时，下列说法正确的是（　　） A．电流方向为 B．电流方向为 C．穿过线圈的磁通量最小，感应电流最大 D．穿过线圈的磁通量最大，感应电流最小 【答案】AC 【详解】AB.在线圈转过过程中，穿过线圈的磁通量在减小，根据楞次定律可知，此时感应电流方向为，故A正确，B错误； CD.当线圈转过时，线圈处于与中性面垂直的位置，穿过的磁通量最小，但磁通量变化最快，此时感应电动势最大，感应电流最大，故C正确，D错误。 故选AC。 变式1．（2026·山东淄博·二模）为了研究交流电的产生过程，小齐进行了如下实验：第一次将单匝矩形线圈放在匀强磁场中，线圈绕转轴按图示方向匀速转动（过、的中点），并从图甲所示位置开始计时，产生的感应电流图像如图乙所示。第二次仅将转轴右侧的磁场去掉，则第二次线框内产生的感应电流图像为（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】第一次实验中，线圈两条边（ 和 ）都切割磁感线，感应电动势最大值，电流最大值 第二次实验仅去掉右侧磁场，线圈转动过程中，始终只有一条边（ 或 ）在左侧磁场中切割磁感线，另一条边在无磁场区，故感应电动势最大值变为，电流最大值变为 ，第二次实验产生的感应电流仍为正弦式交变电流，从中性面开始，表达式为 故选D。 变式2．（2026·江苏徐州·模拟预测）如图所示，我国首台兆瓦级漂浮式波浪能发电装置“南鲲号”工作原理如下：浪板在海浪作用下做往复运动，通过传动机构驱动线圈在磁场中做逆时针转动。当线圈转动到图示位置，下列说法正确的是（     ） A．线圈磁通量最大 B．感应电动势等于0 C．a端电势低于b端电势 D．线圈转动的频率越大，产生的电动势越大 【答案】D 【详解】AB．图示位置线圈磁通量为零，磁通量变化率最大，则感应电动势最大，AB错误； C．根据右手定则可知，a端电势高于b端电势，C错误；     D．根据电动势最大值表达式 可知线圈转动的频率越大，产生的电动势越大，D正确。 故选D。 变式3．（2026·陕西·模拟预测）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 【答案】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。 变式4．（25-26高三上·上海·阶段检测·多选）风力发电机如图甲，图乙是风力发电简化模型图，叶片驱动风轮机带动匝数为N的矩形线圈在水平匀强磁场中，以角速度ω绕垂直于磁场的水平转轴按图示方向匀速转动。已知线圈产生的感应电动势的最大值为，图中用交流电流表测量电路中的电流，则（　　） A．线圈在图示位置产生的感应电流方向为 B．电流表的示数稳定不变 C．当线圈转到图示位置时磁通量的变化率最大 D．穿过线圈的最大磁通量为 【答案】BC 【详解】A．当线圈转到图示位置时，根据右手定则可知产生的感应电流方向为，故A错误； B．电流表示数为交流电的有效值，稳定不变，故B正确； C．当线圈转到图示位置时，线圈与中性面垂直，感应电动势最大，磁通量的变化率最大，故C正确； D．由可得穿过线圈的最大磁通量为，故D错误。 故选BC。 考点二 描述交变电流的物理量 例1．（2026·四川成都·模拟预测）某发电机原理如图甲所示，金属线框匝数为，阻值为，在匀强磁场中绕与磁场垂直的轴匀速转动。阻值为的电阻两端的电压如图乙所示，其周期为。则线框转动一周的过程中（     ） A．线框内电流方向不变 B．线框电动势的最大值为 C．流过电阻的电荷量为 D．流过电阻的电荷量为 【答案】D 【详解】A．当线框转动时，框内电流方向每经过中性面一次都要变化一次，而线圈和外电路接点处通过换向器，保证流过电阻的电流方向不发生变化，故A错误； B．依题意，电阻的阻值与金属框的阻值相等，且电阻两端的电压的最大值为，根据闭合电路欧姆定律，金属框中电动势的最大值为，故B错误； CD．交流电电动势的最大值 线圈转过半周，则流过电阻的电荷量为 其中 则金属框转过一周流过电阻的电荷量为，故C错误，D正确。 故选D。 例2．（25-26高三下·山西太原·阶段检测）如图所示为交流发电机的示意图，从线圈通过中性面位置开始计时，发电机产生的电动势瞬时值表达式为，回路的总电阻阻值为。下列说法正确的是（　　） A．每秒钟电流方向变化50次 B．电阻消耗的电功率为48.4W C．仅线圈转速加倍，则电动势为 D．图示位置CD边受到的安培力方向向下 【答案】B 【详解】A．由电动势瞬时值表达式可知，角速度，频率 交流电一个周期内电流方向改变2次，故每秒钟电流方向变化次，故A错误； B．电动势的有效值 电阻消耗的电功率，故B正确； C．线圈转速加倍，则角速度加倍，最大值也加倍。新的电动势表达式应为，故C错误； D．图示位置线圈平面与磁场平行，边垂直切割磁感线。根据楞次定律，安培力阻碍线圈的相对运动。边向下运动，则安培力向上，故D错误。 故选B。 例3．（2026·天津·二模）如图甲所示，质量、边长、电阻的正方形单匝金属线框，置于倾角的绝缘斜面上，边与斜面底端平行，线框的一半面积处在垂直斜面向上的匀强磁场中，磁感应强度随时间按图乙所示的规律周期性变化，已知线框在斜面上始终保持静止，取。求： (1)在时线框受到斜面摩擦力的大小； (2)线圈中感应电流的有效值。 【答案】(1)0.054N (2) 【详解】（1）根据题意，由法拉第电磁感应定律有 又有 由图乙可知，内， 又有 联立解得 感应电流为 方向为顺时针，由图乙可知，时， 此时线框所受安培力为 方向沿斜面向下，由平衡条件有 （2）结合小问1和图乙可知，内，感应电流 内，感应电流 内，感应电流 根据有效值的定义 解得 例4．（2026·江苏宿迁·模拟预测）如图所示，在竖直向下的匀强磁场中，两个金属环平行放置，金属环间连接一个电阻，一个金属棒ab在外力作用下在环内部从最低点匀速率滑到最高点，已知磁感应强度为B，外电阻阻值为R，其他部分电阻不计，金属环半径为r，两者间距为d，金属棒质量为m，速度大小为v0，当地重力加速度为g，不计空气及圆环对导体棒的摩擦。求： (1)金属棒在最低点时受到的安培力大小。 (2)在此过程中外力对导体棒做的功。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）金属棒在最低点时，电动势大小为 回路电流大小为 则金属棒在最低点时受到的安培力大小为 （2）由题意可知金属棒沿着金属环做匀速圆周运动，设金属棒在金属环所处位置与圆心连线与竖直方向的夹角为，则有 可知金属棒ab从最低点匀速率滑到最高点过程，回路产生正弦式交变电流，则有， 回路中产生的热量 根据能量守恒可得，在此过程中外力对导体棒做的功为 变式1．（2026·河南周口·三模）我国交流发电机行业在某些领域已经达到了世界先进水平，发电设备的产量约占全球总产量的三分之一。一台小型发电机的结构示意图如图甲所示，线圈逆时针转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图乙所示。发电机线圈的电阻，外接灯泡的电阻为。灯泡消耗的电功率为（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】根据图乙可知 根据闭合电路欧姆定律有，故B错误 由电功率公式 解得 故选C。 变式2．（2026·辽宁·模拟预测）如图甲所示，在匀强磁场中，闭合线框绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。线框产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A．该交变电流可将熔断电流为3A的保险丝熔断 B．交变电流的周期为0.03s C．在s时穿过线框的磁通量为零 D．线框匀速转动的角速度为rad/s 【答案】D 【详解】A．根据图乙可知，交流电流的最大值为 可得有效值为 可知该交变电流不可将熔断电流为3A的保险丝熔断，故A错误； B．根据图乙可知交流电的周期，故B错误； C．根据图乙可知时，产生的感应电流为零，此时线框位于中性面位置，穿过线框的磁通量最大，故C错误； D．角速度，故D正确。 故选D。 变式3．（2026·江苏徐州·一模）如图甲所示为一台小型发电机的示意图，匝数为100匝的线圈逆时针转动。若从中性面开始计时，产生的电动势随时间的变化规律如图乙所示。已知发电机线圈内阻为，外接灯泡的电阻为。求： (1)线圈匀速转动一周的过程中，外力所做的功； (2)从中性面开始转动圈过程中通过灯泡的电荷量。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）线圈匀速转动一周的过程中，外力所做的功等于整个电路电阻产生的热，则 （2）由电动势的最大值公式 可得 从中性面开始转动圈过程中通过灯泡的电荷量 变式4．（24-25高三上·重庆沙坪坝·阶段检测）如图所示是小型交流发电机的示意图，线圈绕垂直于匀强磁场方向的水平轴逆时针方向匀速转动，角速度为，匀强磁场磁感应强度大小为，线圈匝数为，面积为，线圈的总电阻为，外接电阻为为理想交流电压表。在时刻，穿过线圈的磁通量为零。 (1)写出该发电机产生的电动势瞬时值表达式； (2)求交流电压表的示数； (3)从时刻开始线圈转过的过程中，求通过电阻的电荷量。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）交流发电机产生的电动势最大值 在时刻，穿过线圈的磁通量为零，电动势随时间的变化关系式为 即 （2）线圈中电流的有效值 交流电压表显示的是路端电压有效值，故示数 解得 （3）从时刻开始线圈转过30°的过程中，通过电阻R的电荷量 又 联立解得 2 学科网（北京）股份有限公司 $交变电流的产生、描述交变电流的物理量专项训练 交变电流的产生、描述交变电流的物理量专项训练 考点目录 交变电流的产生 描述交变电流的物理量 考点一 交变电流的产生 例1．（25-26高二下·广西贺州·期末）如图为某款潮汐发电机的结构简图，两磁体间的磁场可看做匀强磁场，磁感应强度大小为，线圈的面积为0.02m²，匝数匝，海浪带动线圈以转速30r/min逆时针匀速转动。图示位置线圈平面和磁感线平行，不计线圈电阻，下列说法正确的是（     ） A．图示位置，线圈的电动势大小为20V B．图示位置，a端的电势低于b端的电势 C．图示位置，线圈的磁通量最小，磁通量的变化率也最小 D．若仅增大线圈匀速转动的转速，则线圈产生电动势的峰值不变 例2．（2026·广东广州·一模）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． 例3．（2026·广东汕头·一模）下图为某风力发电机内部简化图，两磁极间存在匀强磁场。发电期间，风力驱动线圈绕着虚线轴匀速转动，某时刻线圈位于图中所示位置，下列说法正确的是（　　） A．该时刻线圈处于中性面 B．该时刻线圈磁通量变化率为零 C．若该时刻电流方向从a到b，可知线圈顺时针转动 D．当线圈再转过时，流经线圈的电流为零 例4．（2026·广西贵港·模拟预测·多选）某超级充电站采用的高压变频变压电源基于交流电技术实现高效电能转换，其单桩最大功率达，支持车辆与电网双向互动。如图所示是交流发电机的结构示意图（两磁极间的磁场可视为匀强磁场），当线圈从图示中性面位置转过时，下列说法正确的是（　　） A．电流方向为 B．电流方向为 C．穿过线圈的磁通量最小，感应电流最大 D．穿过线圈的磁通量最大，感应电流最小 变式1．（2026·山东淄博·二模）为了研究交流电的产生过程，小齐进行了如下实验：第一次将单匝矩形线圈放在匀强磁场中，线圈绕转轴按图示方向匀速转动（过、的中点），并从图甲所示位置开始计时，产生的感应电流图像如图乙所示。第二次仅将转轴右侧的磁场去掉，则第二次线框内产生的感应电流图像为（　　） A． B． C． D． 变式2．（2026·江苏徐州·模拟预测）如图所示，我国首台兆瓦级漂浮式波浪能发电装置“南鲲号”工作原理如下：浪板在海浪作用下做往复运动，通过传动机构驱动线圈在磁场中做逆时针转动。当线圈转动到图示位置，下列说法正确的是（     ） A．线圈磁通量最大 B．感应电动势等于0 C．a端电势低于b端电势 D．线圈转动的频率越大，产生的电动势越大 变式3．（2026·陕西·模拟预测）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 变式4．（25-26高三上·上海·阶段检测·多选）风力发电机如图甲，图乙是风力发电简化模型图，叶片驱动风轮机带动匝数为N的矩形线圈在水平匀强磁场中，以角速度ω绕垂直于磁场的水平转轴按图示方向匀速转动。已知线圈产生的感应电动势的最大值为，图中用交流电流表测量电路中的电流，则（　　） A．线圈在图示位置产生的感应电流方向为 B．电流表的示数稳定不变 C．当线圈转到图示位置时磁通量的变化率最大 D．穿过线圈的最大磁通量为 考点二 描述交变电流的物理量 例1．（2026·四川成都·模拟预测）某发电机原理如图甲所示，金属线框匝数为，阻值为，在匀强磁场中绕与磁场垂直的轴匀速转动。阻值为的电阻两端的电压如图乙所示，其周期为。则线框转动一周的过程中（     ） A．线框内电流方向不变 B．线框电动势的最大值为 C．流过电阻的电荷量为 D．流过电阻的电荷量为 例2．（25-26高三下·山西太原·阶段检测）如图所示为交流发电机的示意图，从线圈通过中性面位置开始计时，发电机产生的电动势瞬时值表达式为，回路的总电阻阻值为。下列说法正确的是（　　） A．每秒钟电流方向变化50次 B．电阻消耗的电功率为48.4W C．仅线圈转速加倍，则电动势为 D．图示位置CD边受到的安培力方向向下 例3．（2026·天津·二模）如图甲所示，质量、边长、电阻的正方形单匝金属线框，置于倾角的绝缘斜面上，边与斜面底端平行，线框的一半面积处在垂直斜面向上的匀强磁场中，磁感应强度随时间按图乙所示的规律周期性变化，已知线框在斜面上始终保持静止，取。求： (1)在时线框受到斜面摩擦力的大小； (2)线圈中感应电流的有效值。 例4．（2026·江苏宿迁·模拟预测）如图所示，在竖直向下的匀强磁场中，两个金属环平行放置，金属环间连接一个电阻，一个金属棒ab在外力作用下在环内部从最低点匀速率滑到最高点，已知磁感应强度为B，外电阻阻值为R，其他部分电阻不计，金属环半径为r，两者间距为d，金属棒质量为m，速度大小为v0，当地重力加速度为g，不计空气及圆环对导体棒的摩擦。求： (1)金属棒在最低点时受到的安培力大小。 (2)在此过程中外力对导体棒做的功。 变式1．（2026·河南周口·三模）我国交流发电机行业在某些领域已经达到了世界先进水平，发电设备的产量约占全球总产量的三分之一。一台小型发电机的结构示意图如图甲所示，线圈逆时针转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图乙所示。发电机线圈的电阻，外接灯泡的电阻为。灯泡消耗的电功率为（　　） A． B． C． D． 变式2．（2026·辽宁·模拟预测）如图甲所示，在匀强磁场中，闭合线框绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。线框产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A．该交变电流可将熔断电流为3A的保险丝熔断 B．交变电流的周期为0.03s C．在s时穿过线框的磁通量为零 D．线框匀速转动的角速度为rad/s 变式3．（2026·江苏徐州·一模）如图甲所示为一台小型发电机的示意图，匝数为100匝的线圈逆时针转动。若从中性面开始计时，产生的电动势随时间的变化规律如图乙所示。已知发电机线圈内阻为，外接灯泡的电阻为。求： (1)线圈匀速转动一周的过程中，外力所做的功； (2)从中性面开始转动圈过程中通过灯泡的电荷量。 变式4．（24-25高三上·重庆沙坪坝·阶段检测）如图所示是小型交流发电机的示意图，线圈绕垂直于匀强磁场方向的水平轴逆时针方向匀速转动，角速度为，匀强磁场磁感应强度大小为，线圈匝数为，面积为，线圈的总电阻为，外接电阻为为理想交流电压表。在时刻，穿过线圈的磁通量为零。 (1)写出该发电机产生的电动势瞬时值表达式； (2)求交流电压表的示数； (3)从时刻开始线圈转过的过程中，求通过电阻的电荷量。 2 学科网（北京）股份有限公司 $