考点24 交变电流的产生 讲义-2026-2027学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

高中物理人教版选择性必修二重点考点解读 考点24 交变电流的产生 知识网络 考点解读 1.产生 在匀强磁场中线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。 2.交流电产生过程中的两个特殊位置 图示 概念 中性面位置 与中性面垂直的位置 特点 B⊥S B∥S Φ=BS，磁通量最大，=0 Φ=0，磁通量最小 e=0 e=NBSω=NΦmω，电动势最大 感应电流i=0，方向改变 感应电流最大，方向不变 一个周期内电流方向改变两次，在中性面位置改变 3.正弦式交变电流的图像(线圈从中性面位置开始计时) 物理量 函数表达式 图像 磁通量 Φ=Φmcos ωt=BScos ωt 电动势 e=Emsin ωt=NBSωsin ωt 电流 i=Imsin ωt=sin ωt (外电路为纯电阻电路) 电压 u=Umsin ωt=sin ωt (外电路为纯电阻电路) 能力素养提升 书写交变电流瞬时值表达式的技巧 1.确定正弦式交变电流的峰值：根据已知图像读出或由公式Em=NBSω求出相应峰值。 2.明确线圈的初始位置： (1)若线圈从中性面位置开始计时，则i-t图像为正弦函数图像，函数表达式为i=Imsin ωt。 (2)若线圈从垂直中性面位置开始计时，则i-t图像为余弦函数图像，函数表达式为i=Imcos ωt。 针对性训练 1. （2026高考陕晋青宁卷）下列处于匀强磁场的导体回路中能产生交变电流的是（ ） A. 甲图中绕轴匀速转动的导体环 B. 乙图中绕轴匀速转动的导体框 C. 丙图中在固定导轨上匀速运动的导体棒所在回路 D. 丁图中匀速运动的导体框 【答案】B 【解析】 甲：导体环绕轴匀速转动，磁通量不改变，不产生交变电流，故A错误； 乙：导体框绕轴匀速转动，，周期性变化，产生交变电流，故B正确； 丙：导体棒匀速运动，感应电动势，电流恒定，故C错误； 丁：导体框匀速运动，磁通量Φ不变，无感应电流，故D错误。 2（2026石家庄质检）图甲是一台小型发电机的结构示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势e随时间t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10Ω。则（　　） A．在t=0.01s时，理想电压表的示数为0 B．在t=0.01s时，线圈中磁通量的变化率最大 C．线框消耗的电功率为0.5W D．灯泡两端电压的瞬时值表达式u=6sin100πt（V） 答案 C 解析 由图乙可知电动势有效值为E=6V，理想电压表的示数为电压有效值，不随时间变化，电路中电压表测量的是外电路电压，所以U=R=5V，A错误；在t=0.01s时，电动势瞬时值为零，线圈中磁通量变化率为零，B错误；电路中电流有效值I==0.5A，线框消耗的电功率为P=r=0.5W，C正确； 灯泡两端电压的有效值为U=5V，灯泡两端电压的瞬时值表达式u=5sin100πt（V），D错误。 3 （2026辽宁大连质检）如图所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦交流电的图像，当调整线圈转速后，所产生正弦交流电的图像如图线b所示，以下关于这两个正弦交流电的说法正确的是（　　） A . 交变电流a的电压瞬时值表达式为u＝10sin(0.4πt)V B．线圈先后两次转速之比为2∶3 C．在图中t=0时刻穿过线圈的磁通量为零 D.交变电流b的电压最大值为 V 答案 D 解析　由图像可知交变电流a的电压最大值为10 V，ω＝＝ rad/s＝5π rad/s，所以交变电流a的电压瞬时值表达式为u＝10sin(5πt)V，A错误；由图像可知Ta∶Tb＝0.4∶0.6＝2∶3，根据转速与周期成反比可知，线圈先后两次转速之比为na∶nb＝3∶2，B错误；由题图可知t＝0时刻电压为零，线圈均在中性面位置，穿过线圈的磁通量最大，C错误；交变电流的电压最大值正比于nBSω，故Uma∶Umb＝3∶2，则Umb＝Uma＝ V，D正确。 4 .(2026·广东广州联考)在以下四种情景中，线圈中产生的电流与其正下方所示的i－t图线相对应的是(　　) A. 图甲 B.图乙 C.图丙 D. 图丁 答案　A 解析　图A中线圈从垂直中性面开始转动，产生交变电流的图像是余弦线，A正确；图B中线圈转动时仍产生不间断的正弦交流电，B错误；图C中线圈处于辐射状的磁场中，线圈的两边所处位置的磁场大小不变，则产生恒定不变的感应电流，C错误；图D中线圈转动时仍产生正弦交流电，D错误。 5. （宁夏白银市一中、八中、银光中学2025年5月高三适应性）图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，A为交流电流表。线圈绕垂直于磁场的水平轴沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示。以下判断正确的是（　　） A. 电流表的示数为10A B. 线圈转动的角速度为50πrad/s C. 0.01s时线圈平面与磁场方向垂直 D. 0.02s时电阻R中电流的方向自右向左 【答案】A 【解析】．电流表的示数为有效值，可知 ，A正确； 根据图乙可知 T=0.02s，则线圈转动的角速度为 ω==100πrad/s ，B错误； 根据图乙可知0.01s时，感应电流为最大值，即感应电动势为最大值，即0.01s时线圈平面与磁场方向平行，C错误； 根据题意可知，0.02s时线圈仍然位于图甲所示位置，根据对AB边，根据右手定则可知，此时的感应电流方向为B→A，即0.02s时电阻R中电流的方向自左向右，D错误。 6　(2025·河北沧州市期中)手摇式发电机是登山爱好者必备的物品，其原理示意图如图所示。一半径为r的单匝半圆形金属线圈处在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，通过导线与灵敏电流计组成回路，现使手柄以n r/s的转速从图示位置开始匀速转动，则线圈(　　) A.产生的是直流电 B.转过180°时产生的感应电流最大 C.转过90°时产生的感应电流最大 D.产生的感应电动势最大值为2π2nBr2 答案　C 解析　线圈在匀强磁场中匀速转动，转轴与磁场方向垂直，符合正弦式交流电的产生条件，即产生交流电，A项错误；转过90°时线圈平面垂直于中性面，产生的感应电流最大，C项正确，B项错误；产生的感应电动势的最大值Em=BS·2πn=π2nBr2，D项错误。 7　(2025·山东济宁市二模)某实验小组研究互感现象的装置如图甲所示，M为送电线圈，接正弦式交变电流，N为匝数n=10的受电线圈，其磁通量Φ随时间t变化的规律如图乙所示。下列说法正确的是(　　) A.穿过线圈N的最大磁通量为0.002 Wb B.线圈N产生的感应电动势的最大值为4 V C.在t=×10-3 s时，线圈N中交变电流的方向不发生变化 D.线圈N产生的感应电动势的瞬时值表达式为e=4sin 2 000t(V) 答案　BC 解析　由题图乙可知，穿过受电线圈N的最大磁通量为Φm=2×10-4 Wb=0.000 2 Wb，故A错误；穿过受电线圈N的磁通量的变化周期T=π×10-3 s，则ω==2 000 rad/s，故线圈N产生的感应电动势的最大值为Em=nBSω=nΦmω=10×2×10-4×2 000 V=4 V，故B正确；在t=×10-3 s时，线圈N中磁通量为零，可视为线圈处于垂直于中性面位置，所以线圈N中交变电流的方向不发生变化，故C正确；在t=0时，穿过受电线圈N的磁通量最小，感应电动势最大，故受电线圈N产生的感应电动势的瞬时值表达式为e=Emcos ωt=4cos 2 000t(V)，故D错误。 8　(2024·山东卷·8)如图甲所示，在-d≤x≤d，-d≤y≤d的区域中存在垂直Oxy平面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场(用阴影表示磁场的区域)，边长为2d的正方形线圈与磁场边界重合。线圈以y轴为转轴匀速转动时，线圈中产生的交变电动势如图乙所示。若仅磁场的区域发生了变化，线圈中产生的电动势变为图丙所示实线部分，则变化后磁场的区域可能为(　　) 答案　C 解析　根据题意可知，磁场区域变化前线圈产生的感应电动势为e=Esin ωt，由题图丙可知，磁场区域变化后，当Esin ωt=时，线圈的侧边开始切割磁感线，即当线圈旋转时开始切割磁感线，由几何关系可知磁场区域平行于x轴的边长变为d'=2dcos=d，C正确。 9 .(2025·北京卷·4)如图所示，交流发电机中的线圈ABCD沿逆时针方向匀速转动，产生的电动势随时间变化的规律为e=10sin (100πt) V，下列说法正确的是(　　) A.该交流电的频率为100 Hz B.线圈转到图示位置时，产生的电动势为0 C.线圈转到图示位置时，AB边受到的安培力方向向上 D.仅线圈转速加倍，电动势的最大值变为10 V 答案　C 解析　根据题意可知，该交流电的频率为f==50 Hz，故A错误；线圈转到图示位置时，磁场与线圈平面平行，磁通量最小，磁通量变化率最大，感应电动势最大，故B错误；由右手定则可知，线圈转到图示位置时，电流由B→A，由左手定则可知，AB边受到的安培力方向向上，故C正确；由公式Em=NBSω可知，仅线圈转速加倍，电动势的最大值变为原来的2倍，为20 V，故D错误。 10 .(2025·福建厦门市三模)如图甲所示，在匀强磁场中，一闭合矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴OO'匀速转动，图乙是金属线框的电动势e与时间t的关系图像，则(　　) A.t=0时线框处于中性面位置 B.t=0.5×10-2 s时线框的磁通量变化率最大 C.线框的电动势有效值为220 V D.线框中的电流方向每秒变化100次 答案　D 解析　t=0时感应电动势最大，则线框处于与中性面垂直的位置，选项A错误；t=0.5×10-2 s时感应电动势为零，则此时线框的磁通量变化率为零，选项B错误；线框的电动势有效值为E= V=220 V，选项C错误；该交变电流的周期为0.02 s，一个周期内电流方向改变2次，故线框中的电流方向每秒变化100次，选项D正确。 11 (2024·北京市第四中学模拟)某交流发电机产生交变电流的装置如图1甲所示，产生的感应电动势与时间的关系如图乙所示，下列说法正确的是(　　) 图1 A.t＝0时，线圈平面处于中性面位置，磁通量变化率最大 B.线圈通过中性面时，交变电流改变方向 C.线框中产生的感应电动势e＝100sin (50t) V D.如果仅使线圈的转速加倍，则电动势的最大值和周期分别变为200 V、0.08 s 答案　B 解析　由图像可知，t＝0时，电动势为零，此时线圈平面处于中性面位置，磁通量变化率最小，交变电流改变方向，故A错误，B正确；线框中产生的感应电动势的最大值和周期分别为Em＝100 V，T＝0.04 s，根据e＝Emsin t，可知感应电动势瞬时值为e＝100sin (50πt) V，故C错误；根据Em＝NBSω，ω＝2πn，可知Em与n成正比，如果仅使线圈的转速加倍，则电动势的最大值为Em′＝200 V，周期为T＝＝，可知周期与n成反比，如果仅使线圈的转速加倍，则周期减半为T′＝0.02 s，故D错误。 12. （2026陕西渭南二模）交流发电机发电的示意图如图所示，线圈的AB边连在金属滑环K上，CD边连在金属滑环L上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路相连。线圈转动过程中，下列说法中正确的是(　　) A.转到图甲位置时，通过线圈的磁通量变化率最大 B.转到图乙位置时，线圈中产生的感应电动势为零 C.转到图丙位置时，线圈中产生的感应电流最大 D.转到图丁位置时，AB边感应电流方向为A→B 答案　D 解析　转到图甲位置时，线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大，但磁通量变化率最小，为零，故A错误；转到图乙位置时，线圈中产生的感应电动势最大，故B错误；转到图丙位置时，线圈位于中性面位置，此时感应电流最小，但感应电流方向改变，故C错误；转到图丁位置时，根据楞次定律可知AB边感应电流方向为A→B，故D正确。 1 学科网（北京）股份有限公司 $ 高中物理人教版选择性必修二重点考点解读 考点24 交变电流的产生 知识网络 考点解读 1.产生 在匀强磁场中线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。 2.交流电产生过程中的两个特殊位置 图示 概念 中性面位置 与中性面垂直的位置 特点 B⊥S B∥S Φ=BS，磁通量最大，=0 Φ=0，磁通量最小 e=0 e=NBSω=NΦmω，电动势最大 感应电流i=0，方向改变 感应电流最大，方向不变 一个周期内电流方向改变两次，在中性面位置改变 3.正弦式交变电流的图像(线圈从中性面位置开始计时) 物理量 函数表达式 图像 磁通量 Φ=Φmcos ωt=BScos ωt 电动势 e=Emsin ωt=NBSωsin ωt 电流 i=Imsin ωt=sin ωt (外电路为纯电阻电路) 电压 u=Umsin ωt=sin ωt (外电路为纯电阻电路) 能力素养提升 书写交变电流瞬时值表达式的技巧 1.确定正弦式交变电流的峰值：根据已知图像读出或由公式Em=NBSω求出相应峰值。 2.明确线圈的初始位置： (1)若线圈从中性面位置开始计时，则i-t图像为正弦函数图像，函数表达式为i=Imsin ωt。 (2)若线圈从垂直中性面位置开始计时，则i-t图像为余弦函数图像，函数表达式为i=Imcos ωt。 针对性训练 1. （2026高考陕晋青宁卷）下列处于匀强磁场的导体回路中能产生交变电流的是（ ） A. 甲图中绕轴匀速转动的导体环 B. 乙图中绕轴匀速转动的导体框 C. 丙图中在固定导轨上匀速运动的导体棒所在回路 D. 丁图中匀速运动的导体框 2（2026石家庄质检）图甲是一台小型发电机的结构示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势e随时间t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10Ω。则（　　） A．在t=0.01s时，理想电压表的示数为0 B．在t=0.01s时，线圈中磁通量的变化率最大 C．线框消耗的电功率为0.5W D．灯泡两端电压的瞬时值表达式u=6sin100πt（V） 3 （2026辽宁大连质检）如图所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦交流电的图像，当调整线圈转速后，所产生正弦交流电的图像如图线b所示，以下关于这两个正弦交流电的说法正确的是（　　） A . 交变电流a的电压瞬时值表达式为u＝10sin(0.4πt)V B．线圈先后两次转速之比为2∶3 C．在图中t=0时刻穿过线圈的磁通量为零 D.交变电流b的电压最大值为 V 4 .(2026·广东广州联考)在以下四种情景中，线圈中产生的电流与其正下方所示的i－t图线相对应的是(　　) A. 图甲 B.图乙 C.图丙 D. 图丁 5. （宁夏白银市一中、八中、银光中学2025年5月高三适应性）图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，A为交流电流表。线圈绕垂直于磁场的水平轴沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示。以下判断正确的是（　　） A. 电流表的示数为10A B. 线圈转动的角速度为50πrad/s C. 0.01s时线圈平面与磁场方向垂直 D. 0.02s时电阻R中电流的方向自右向左 6　(2025·河北沧州市期中)手摇式发电机是登山爱好者必备的物品，其原理示意图如图所示。一半径为r的单匝半圆形金属线圈处在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，通过导线与灵敏电流计组成回路，现使手柄以n r/s的转速从图示位置开始匀速转动，则线圈(　　) A.产生的是直流电 B.转过180°时产生的感应电流最大 C.转过90°时产生的感应电流最大 D.产生的感应电动势最大值为2π2nBr2 7　(2025·山东济宁市二模)某实验小组研究互感现象的装置如图甲所示，M为送电线圈，接正弦式交变电流，N为匝数n=10的受电线圈，其磁通量Φ随时间t变化的规律如图乙所示。下列说法正确的是(　　) A.穿过线圈N的最大磁通量为0.002 Wb B.线圈N产生的感应电动势的最大值为4 V C.在t=×10-3 s时，线圈N中交变电流的方向不发生变化 D.线圈N产生的感应电动势的瞬时值表达式为e=4sin 2 000t(V) 8　(2024·山东卷·8)如图甲所示，在-d≤x≤d，-d≤y≤d的区域中存在垂直Oxy平面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场(用阴影表示磁场的区域)，边长为2d的正方形线圈与磁场边界重合。线圈以y轴为转轴匀速转动时，线圈中产生的交变电动势如图乙所示。若仅磁场的区域发生了变化，线圈中产生的电动势变为图丙所示实线部分，则变化后磁场的区域可能为(　　) 9 .(2025·北京卷·4)如图所示，交流发电机中的线圈ABCD沿逆时针方向匀速转动，产生的电动势随时间变化的规律为e=10sin (100πt) V，下列说法正确的是(　　) A.该交流电的频率为100 Hz B.线圈转到图示位置时，产生的电动势为0 C.线圈转到图示位置时，AB边受到的安培力方向向上 D.仅线圈转速加倍，电动势的最大值变为10 V 10 .(2025·福建厦门市三模)如图甲所示，在匀强磁场中，一闭合矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴OO'匀速转动，图乙是金属线框的电动势e与时间t的关系图像，则(　　) A.t=0时线框处于中性面位置 B.t=0.5×10-2 s时线框的磁通量变化率最大 C.线框的电动势有效值为220 V D.线框中的电流方向每秒变化100次 11 (2024·北京市第四中学模拟)某交流发电机产生交变电流的装置如图1甲所示，产生的感应电动势与时间的关系如图乙所示，下列说法正确的是(　　) 图1 A.t＝0时，线圈平面处于中性面位置，磁通量变化率最大 B.线圈通过中性面时，交变电流改变方向 C.线框中产生的感应电动势e＝100sin (50t) V D.如果仅使线圈的转速加倍，则电动势的最大值和周期分别变为200 V、0.08 s 12. （2026陕西渭南二模）交流发电机发电的示意图如图所示，线圈的AB边连在金属滑环K上，CD边连在金属滑环L上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路相连。线圈转动过程中，下列说法中正确的是(　　) A.转到图甲位置时，通过线圈的磁通量变化率最大 B.转到图乙位置时，线圈中产生的感应电动势为零 C.转到图丙位置时，线圈中产生的感应电流最大 D.转到图丁位置时，AB边感应电流方向为A→B 1 学科网（北京）股份有限公司 $