1. 交变电流（同步讲义）物理人教版选择性必修第二册

1. 交变电流 【知识梳理】 1 一、 交变电流 1 二、 交变电流的产生 1 三、 交变电流的变化规律 2 四、 交流发电机 2 【重难探究】 2 探究1 　探究交变电流 2 探究2 探究交变电流的产生 4 探究3 探究交变电流的变化规律 6 【课堂自测·基础练】 9 【素养进阶·提升练】 18 【知识梳理】 知识点1交变电流 1．交变电流（交流电，符号：AC）：电流方向随时间作周期性变化的电流。 2．直流电流（直流电，符号：DC）：电流方向不随时间改变的电流。 知识点2 交变电流的产生 1.中性面 ①中性面：与磁感线垂直的平面。 ②当线圈平面位于中性面时，线圈中的磁通量最大，线圈中的电流为零，且线圈平面经过中性面时，电流方向就发生改变，线圈转动一周电流方向改变两次。 2.交变电流的产生：闭合线圈置于匀强磁场中，并绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。 知识点3 交变电流的变化规律 1．瞬时值： 转轴垂直匀强磁场，从中性面开始计时，交流发电机产生的电动势的瞬时值为： 电流的瞬时值为： 路端电压的瞬时值为： 2．峰值：最大的瞬时值。 ①电动势的峰值： 电流的峰值： 路端电压的峰值： ②线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线方向的轴匀速转动时，所产生感应电动势的峰值仅由匝数n、线圈面积S、磁感强度B和角速度ω四个量决定，与轴的具体位置、线圈的形状及线圈是否闭合都无关。 ②峰值与瞬时值的大小关系： ③电容器的击穿电压（也称耐压值）要高于交变电流的峰值，否则电容器会被击穿。 3．正弦交变电流：按正弦规律变化的交流电，是最简单、最基本的交变电流。 如果从线圈垂直中性面的位置开始计时，则，，。 知识点4 交流发电机 1．基本结构： 1 电枢：用来产生感应电动势的线圈，转轴垂直于磁场方向。 2 磁极：用来产生磁场，两磁极间形成匀强磁场。 3 定子 4 转子 2．基本种类： 1 旋转电枢式发电机：电枢动，磁极不动。 2 旋转磁极式发电机：磁极动，电枢不动。 　　【重难探究】 探究1 　探究交变电流 【探究导入】 家庭中的电灯、手机充电器和电风扇都依赖电源工作。当我们使用插座供电时，电流并非始终朝一个方向流动，而是随着时间不断改变方向。这种电流广泛应用于日常生活和工业生产中。相比之下，手电筒中的电池提供的电流方向始终保持不变。这两种电流在本质上存在显著差异。 问题 1.观察图3.1-1中电压随时间变化的图像，这种图像反映了电流的什么特征？ 提示：图像显示电压大小和方向随时间呈周期性变化，说明电路中的电流也在周期性变化，这种变化规律是交变电流的基本特征。 2.如果电路中的电流方向随时间周期性变化，这样的电流与电池提供的电流有何不同？ 提示：电池提供的电流方向不变，属于直流；而方向随时间周期性变化的电流称为交变电流，两者最根本的区别在于电流方向是否随时间改变。 3.在演示实验中，两个发光二极管交替发光，这一现象说明了线圈中产生的电流具有什么性质？ 提示：两个二极管分别在电流正向和反向时导通，交替发光说明线圈中产生的电流方向在不断变化，证明产生了交变电流 4.为什么发电机产生的电流会随时间做周期性变化？ 提示：发电机线圈在磁场中旋转，切割磁感线的方向周期性改变，导致感应电动势和电流方向也随之周期性变化，从而产生交变电流 【探究归纳】 1.交变电流：大小和方向随时间做周期性变化的电流叫交变电流，简称交流。 2.直流：方向不随时间变化的电流称为直流。 （3.正弦式交变电流：按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流，简称正弦式交变电流。 【典例赏析】 [例1]（25-26高二下·全国·随堂练习）以下各个选项所示的电流，属于交变电流的是（　　） A B C D 【答案】B 【详解】判断电流是交流还是直流，要看其方向是否随时间周期性变化。选项C中，电流的大小和方向均不变；选项AD中，尽管电流大小随时间周期性变化，但其方向不变，仍是直流，故只有B正确。 故选B。 　 　【针对训练】 1（24-25高二上·浙江宁波·期末）下列图像中不属于交变电流的是（    ） A B C D 【答案】D 【详解】ABC．交变电流的方向随时间做周期性变化，三个图中电流均为交变电流；故ABC错误； D．图中电流大小虽然在周期性变化，但方向不变，是直流电，不是交变电流，故D正确。 故选D。 2．（25-26高二下·陕西西安·期末）如图所示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】B 【详解】A．该图中当线圈匀速转动时，穿过线圈的磁通量总为零不变，则不会产生感应电流，故A错误； B．该图中当线圈匀速转动时，穿过线圈的磁通量不断变化，则会产生交变电流，故B正确； C．该图中当线圈匀速运动时，穿过线圈的磁通量不变，则不会产生感应电流，故C错误； D．该图中当线圈做匀速直线运动出离磁场时，线圈的后边的边切割磁感线，则会产生不变的感应电流，不是交变电流，故D错误。 探究2 探究交变电流的产生 【探究导入】 情境探究 家庭中使用的电灯、电视机等电器所使用的电流并不是恒定不变的，而是随时间不断变化的。发电厂通过大型发电机将机械能转化为电能，输送到千家万户。这种电流的方向和大小都随时间做周期性变化，是我们日常生活中最常用的电流形式 问题 1.发电机中的线圈在磁场中转动时，线圈中会产生怎样的电流？ 提示：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，线圈的AB边和CD边切割磁感线，产生感应电动势，从而在线圈与外电路构成的闭合回路中形成感应电流。由于线圈持续转动，切割方向和速度不断变化，导致电流的大小和方向都随时间变化。 2.如何判断线圈中感应电流的方向？ 提示：根据右手定则，伸开右手，让磁感线垂直穿入手心，拇指指向导体运动方向，则四指所指方向为感应电流方向。当线圈转过中性面时，AB边和CD边的运动方向相对于磁场反向，感应电流方向也随之改变。 3.为什么感应电流的大小和方向会随时间变化？ 提示：线圈转动过程中，导体切割磁感线的有效速度分量随线圈与磁场夹角变化，导致感应电动势周期性变化，因此感应电流也随时间周期性变化，且方向在每次经过中性面时发生反转。 4.若以线圈的不同位置为时间参考点，电流随时间的变化规律可以用什么图像表示？ 提示：线圈在甲、乙、丙、丁四个位置对应的时刻为横坐标，电流方向以E→F为正，可画出电流随时间变化的曲线，呈现出正负交替的周期性波形，类似于正弦曲线。 【探究归纳】 1. 大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流。 2. 交流发电机由磁极、线圈、滑环和电刷组成，线圈在匀强磁场中转动时，通过滑环和电刷与外电路保持连接。 3. 根据右手定则可判断线圈中感应电流的方向。 4. 线圈在转动过程中，切割磁感线的速度分量不断变化，导致感应电动势和感应电流大小和方向均发生变化。 5. 感应电流随时间的变化曲线呈周期性，具有正负交替的特征。 [例2]如图，线圈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变化率最大 D．线圈中电流方向为 【答案】C 【详解】ABC．图示水平位置与中性面垂直，此时穿过线圈平面的磁通量变化率最大，线圈中瞬时感应电动势最大，故AB错误，C正确； D．由右手定则，可知此时线圈中电流方向为，故D错误。 故选C。 【针对训练】 3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 【答案】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。 4．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 【答案】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 。 探究3 探究交变电流的变化规律 【探究导入】 情境探究 家庭中的电灯、手机充电器等电器都使用交流电供电。观察教室中的日光灯，它发光稳定，没有明显闪烁，但实际上通过它的电流方向在不断变化。这种电流称为交变电流，其大小和方向随时间周期性变化。我们常见的家用交流电，其电压和电流的变化规律可以用正弦曲线来描述。 问题 1. 为什么发电机产生的交变电流会呈现出周期性变化？ 提示 发电机线圈在匀强磁场中匀速转动，线圈中磁通量周期性变化，导致感应电动势周期性变化，从而产生交变电流。 2.当线圈平面位于中性面时，感应电动势为何为零？ 提示 中性面位置时，线圈边运动方向与磁感线平行，不切割磁感线，故感应电动势为零。 3. 线圈旋转过程中，切割磁感线的有效速度如何随时间变化？ 提示 线圈边的线速度为，其垂直于磁感线的分量为，随时间按正弦规律变化。 4.感应电动势的表达式是如何推导出来的？ 提示 单边导线感应电动势为，两边串联总电动势为。令，，得。 【探究归纳】 1. 交变电流的电动势按正弦规律变化时，称为正弦式交变电流。 2. 电动势瞬时值表达式为，其中为电动势峰值。 3. 若线圈匝数为，则。 4. 当负载为纯电阻时，电压和电流也按正弦规律变化：，。 5. 、分别为电压和电流的峰值，、、为瞬时值。。 【例3】（25-26高二下·黑龙江哈尔滨·开学考试）如图所示，交流发电机中的线圈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。下列说法正确的是（　　） A．该交流电的频率为，每秒钟电流方向变化50次 B．线圈转到图示位置时，产生的电动势为 C．线圈转到图示位置时，边受到的安培力方向向下 D．仅线圈转速加倍，电动势为 【答案】B 【详解】A．根据电动势表达式 可知角速度为 故该交流电的频率为 周期为 交流电在一个周期内电流方向变化两次，故每秒钟电流方向变化100次，故A错误； B．线圈转到图示位置时，此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，即为，故B正确； C．线圈转到图示位置时，由右手定则可知，电流由；由左手定则可知，边受到的安培力方向向上，故C错误； D．根据， 可知仅线圈转速加倍，则角速度变为原来的两倍，即；最大值变为原来的两倍，即，故电动势表达式为，故D错误。 故选B。 【针对训练】 5.（24-25高二下·陕西咸阳·期中）如图甲所示为某款按压式发电的手电筒，当按照一定的频率按压时，内置发电机线圈转动，穿过线圈的磁通量按正弦规律变化如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A．t＝0.1s时，通过线圈的磁通量最大 B．t＝0.2s时，线圈中的电流改变方向 C．t＝0.1s时，产生的感应电动势为零 D．t＝0.2s时，发电机线圈中的电流为最大 【答案】D 【详解】A．由图乙可知，t＝0.1s时通过线圈的磁通量最大；A错误； BCD．t＝0.1s和t＝0.2s时通过线圈的磁通量为零，感应电动势最大，感应电流最大；线圈垂直于中性面的面，线圈中的电流不改变方向，故BC错误，D正确。 故选D。 6．（24-25高二下·广东广州·期中）如图一所示，在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴转动，产生的正弦式交变电动势在一个周期内的图像如图二所示，则下列说法正确的是（　　） A．t＝0时穿过线框的磁通量为零 B．t＝0~0.005s内，矩形金属线框的转速逐渐增大 C．交变电流在1s内方向变化50次 D．t＝0.01s时，金属线框处于中性面位置 【答案】D 【详解】A．由图二可知t＝0时线圈产生的感应电动势为0，此时磁通量变化率为0，穿过线框的磁通量最大，故A错误； B．根据题意可知线框产生的感应电动势为正弦式交变电动势，可知线框的转速不变，故B错误； C．交变电流在0.02s内电流方向改变两次，则1s内方向变化100次，故C错误； D．t＝0.01s时，线圈此时产生的感应电动势瞬时值为0，此时金属线框处于中性面，故D正确。 故选D。 【课堂自测·基础练】 1．（多选）（24-25高二上·全国·课后作业）如图所示，面积均为的单匝线圈（均绕其虚线所示对称轴，绕中心轴）在匀强磁场中以角速度匀速转动，能产生正弦式交变电动势的是（　　） A．B． C． D． 【答案】AC 【详解】A．图中线圈切割磁感线，穿过线圈的磁通量发生正弦式周期变化，根据法拉第电磁感应定律，从而产生正弦交变电动势，故A正确； BD．图中线圈转动时穿过线圈的磁通量一直为零，均没有变化，根据法拉第电磁感应定律，不产生感应电动势，故BD错误； C．图中线圈从垂直于中性面位置开始匀速转动，穿过线圈的磁通量发生正弦式周期变化，根据法拉第电磁感应定律，从而产生正弦交变电动势，故C正确。 故选AC。 2．利用示波器可以显示输入信号的波形，单匝正方形金属线框abcd处在匀强磁场中，当以线圈平面内某虚线为轴匀速转动时，线圈内产生的电流随时间的变化关系如图甲所示。则在四个选项所示的情景中，无论从线圈平面处于哪个位置开始计时，都不可能产生该电流的是（　　） A．B．C． D． 【答案】B 【详解】A．图中线圈绕匀速转动时，线圈磁通量发生变化，会产生感应电流，故A错误； B．图中线圈绕匀速转动时，线圈磁通量一直为0，磁通量保持不变，不会产生感应电流，故B正确； C．图中线圈绕匀速转动时，线圈磁通量发生变化，会产生感应电流，故C错误； D．图中线圈绕匀速转动时，线圈磁通量发生变化，会产生感应电流，故D错误。 故选B。 3．（24-25高三下·江西南昌·阶段练习）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、则磁极再转过时，线圈中（　　） A．磁通量最大 B．线圈中电流最最小 C．磁通量变化最快 D．瞬时电动势最小 【答案】C 【详解】由题意可知，线圈由中性面转过90°时，即由线圈的平面与磁场方向垂直转到线圈的平面与磁场方向平行，此时穿过线圈的磁通量最小，但磁通量的变化率最大，磁通量变化最快，瞬时电动势最大，电流最大。故选C。 4．（24-25高二下·福建三明·期末）如图，线圈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变化率最大 D．线圈中电流方向为 【答案】C 【详解】ABC．图示水平位置与中性面垂直，此时穿过线圈平面的磁通量变化率最大，线圈中瞬时感应电动势最大，故AB错误，C正确； D．由右手定则，可知此时线圈中电流方向为，故D错误。 故选C。 5．（24-25高二下·浙江台州·期末）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达到减速目的，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。某时刻磁极转到图示位置。下列说法正确的是（　　） A．该时刻线圈中电流最大 B．线圈中产生的电流是正弦交流电 C．磁极再转过90°时，电流方向改变 D．磁极再转过90°时，电流方向由Q指向P 【答案】D 【详解】A．该时刻线圈平面与磁场垂直，通过线圈的磁通量最大，感应电动势为0，线圈中电流为0，故A错误； B．因车轮减速运动，则线圈减速转动，则线圈中产生的电流不是正弦交流电，故B错误； C．磁极再转过90°时，电流方向不改变，故C错误； D．磁极再转过90°时，电流方向由Q指向P，故D正确。 故选D。 6．（24-25高二下·江苏南京·期末）图甲所示为我国“南锟”号，是世界上首台达到兆瓦级的漂浮式波浪能发电装置。其使用的旋转磁极式发电机的简化装置如图乙所示，矩形线圈abcd固定不动，磁铁绕OO'轴转动，初始时，abcd与OO'在同一平面内。下列判断正确的是（　　） A．若磁铁匀速转动，线圈中电流保持不变 B．初始时线圈中电流为零 C．若磁铁转过90°时，线圈中电流为零 D．初始时刻线圈中电流方向为abcd 【答案】C 【详解】A．若磁铁匀速转动，线圈中产生交变电流，A错误； B．初始时线圈与磁铁在同一平面内，ab、cd两条边切割磁感线的有效速度最大，线圈中的感应电流最大，B错误； C．若磁铁转过90°时，线圈的四条边均不切割磁感线，线圈中电流为零，C正确； D．根据楞次定律，初始时刻线圈中电流方向为dcba，D错误。 故选C。 7．（24-25高二下·安徽黄山·期中）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OO′匀速转动。A为电流传感器（与计算机相连），R为定值电阻，线圈电阻为r，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最大 B．金属线圈转动一圈的过程中电流方向改变一次 C．时刻穿过线圈的磁通量的绝对值最大，磁通量变化率最小 D．时刻总磁通量变化量为0 【答案】C 【详解】AB．金属线圈恰好处于图甲所示的位置时，为中性面，磁通量最大，感应电动势为，电流方向改变，转动一圈的过程中，会经历两次中性面，故线圈转动一圈，电流方向改变两次，故AB错误； C． 、 时刻电流为，感应电动势为，此时线圈平面处于中性面，穿过线圈的磁通量的绝对值最大，磁通量变化率最小，故C正确； D．时刻电流为0，磁通量最大，时刻电流最大，磁通量为0，所以时刻总磁通量变化量不为0，故D错误。 故选C。 8．（23-24高二下·河南·阶段练习）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OO′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．感应电动势最大值为BSω 【答案】C 【详解】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，感应电动势最大值为 故C正确，D错误。 故选C。 9．（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 【详解】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。 10．（2026·辽宁沈阳·一模）如图，单匝正方形导线框处于为边界的匀强磁场中，绕与磁场垂直且与线框共面的固定轴匀速转动，轴与正方形对角线重合。若线框从图示位置开始计时，规定方向为电流正方向，产生的感应电流与时间关系图像正确的是（　　） A B C D 【答案】A 【详解】由于匀速转动的转轴OO'为磁场边界且与线框对角线重合，在转动过程中，线框始终只有一半的面积（即三角形abd或bcd）处于磁场中。 根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小由磁通量的变化率决定。当线框从图示位置（线框平面与磁场垂直）开始计时，线框中处于磁场部分的有效面积按余弦规律变化，则感应电动势和感应电流将按正弦规律变化，即i＝Imsinωt。 由于起始时刻线框的线速度方向与磁场方向平行，不切割磁感线，故感应电流从0开始。由楞次定律及左手定则判断方向：在0至过程中，线框abd部分在磁场中且向纸面外转动，穿过线框向里的磁通量减小，感应电流的磁场方向应向里，由右手螺旋定则可知感应电流方向为顺时针，即adcba。题目规定该方向为正方向，故电流i初始阶段为正值且逐渐变大。同理在过程中的bcd部分进入磁场，线圈中电流正方向减小；内线圈的感应电流负方向增加；内线圈abd进入磁场，感应电流负方向减小； 综上所述，感应电流随时间呈正弦规律变化，且起始时刻为0、初始方向为正，图像A符合要求。 故选A。 11．（2024·天津·一模）如图甲所示，矩形线圈放在有明确边界的匀强磁场中，线圈的中心轴与磁场边界重合，从上向下俯视，看到线圈绕轴逆时针匀速转动。从图示位置开始计时，以abcda方向为电流正方向，则线圈转动时产生的感应电流随时间变化的图线是图乙中的（　　） A．B．C． D． 【答案】D 【详解】设线圈转动的角速度为，，，则从图示位置转过的过程中，感应电动势 即感应电动势与时间成正弦函数关系，则感应电流也与时间成正弦函数关系；根据楞次定律可知感应电流的方向为 即与规定的正方向相反。转过后，ab边离开了磁场，同时cd边进入了磁场，由于两边的线速度大小相等、方向相反，则cd边进入磁场时产生的感应电动势的大小等于ab边离开磁场时产生的感应电动势的大小、且感应电流的方向相反，所以感应电流是连续的。当cd边转动到最左端时，感应电流减小到零；继续转动时，磁通量将减小，根据楞次定律可知，感应电流的方向将变化为 即与规定的正方向相同。 故选D。 12．（24-25高三下·浙江·阶段练习）某同学设计了一款基于电容器的制动能量回收系统，它能有效增加电动汽车的续航里程。其工作原理为踩下驱动踏板时电池给电动机供电，松开驱动踏板或踩下刹车踏板时发电机工作回收能量，工作原理如图模型。导线框abcd处在两磁极形成的辐射状磁场中，导线框可在两金属半圆A、D内侧自由转动，且接触良好。则电动汽车在行驶过程中（　　） A．松开驱动踏板，电容器右板带负电 B．踩下驱动踏板，导线框将会顺时针转动 C．松开驱动踏板或踩下刹车踏板，应该是接通开关1 D．松开驱动踏板，半圆环A、D两端输出的是交流电 【答案】A 【详解】A．由于工作原理为踩下驱动踏板时电池给电动机供电，导线框在安培力作用下开始逆时针转动，松开驱动踏板时接通开关2，由于导线框逆时针转动，根据右手定则可知，电容器右板带负电，故A正确； B．踩下驱动踏板时接通开关1，导线框中有沿d→c→b→a的电流，根据左手定则可知，磁场对dc边的安培力方向向下，磁场对ab边的安培力方向向上，导线框将会逆时针转动，故B错误； C．由于工作原理为踩下驱动踏板时电池给电动机供电，导线框在安培力作用下开始转动，此时应该接通开关1，松开驱动踏板或踩下刹车踏板时发电机工作回收能量，导线框转动切割磁感线，产生感应电动势，导线框开始对电容器充电，此时应该接通开关2，故C错误； D．松开驱动踏板时接通开关2，导线框逆时针转动，根据右手定则可知，导线框中的感应电流总是从金属半圆A端进入导线框后再从金属半圆D端流出，可知，半圆环A、D两端输出的是直流电，故D错误。 故选A。 13．（2025·陕西·二模）图甲为高空风力交流发电机，图乙为其发电原理的示意图，输出端A、C接一灯泡（图中未画出）。发电期间，灯泡正常发光，时刻，线圈abcd转至与中性面垂直的水平位置。下列说法正确的是（　　） A．每转一圈，线圈中的电流方向改变一次 B．时刻，ab边受到方向竖直向下的安培力 C．时刻，穿过线圈的磁通量的变化率最小 D．若线圈转动的角速度大小为，则线圈中电流的频率为 【答案】B 【详解】A．每转一圈，线圈中的电流方向改变两次，故A错误； B．根据安培定则可知，时刻，边的电流方向从点到点，根据左手定则可知，此时边受到方向竖直向下的安培力，故正确； C．时刻，、边的速度方向均与磁感线方向垂直，线圈产生的感应电动势最大，根据法拉第电磁感应定律可知，此时穿过线圈的磁通量的变化率最大，故C错误； D．若线圈转动的角速度大小为，则线圈中电流的频率，故错误。故选B。 14．（2023高三·全国·专题练习）两人在赤道上站立，各自手握金属绳OPO′的一端，绕东西方向的水平轴沿顺时针方向匀速摇动，周期为T，将金属绳连入电路，闭合回路如图所示，取金属绳在图示的最高位置时为t＝0时刻，则下列说法正确的是（　　） A．电路中存在周期为T的变化电流 B．t＝0时刻，回路中磁通量最大，电路中电流最大 C．t＝时刻，电流向左通过灵敏电流计 D．t＝时刻，回路磁通量最大，电路中电流最大 【答案】A 【详解】A．金属绳在匀强磁场中匀速摇动时，产生周期性变化的电流，所以这个电路中存在周期为T的变化电流，故A正确； C．在t＝时刻，金属绳向下运动，由右手定则可知，电流向右通过灵敏电流计，故C错误； BD．在t＝0时刻和t＝时刻，磁通量的变化率最小，则电路中电流最小，故BD错误。 故选A。 15．（多选）（24-25高三上·福建漳州·期末）图甲为气球带动下悬挂在高空中的风力发电机，可供地面临时用电，发电机的构造示意图如图乙所示，在图示位置时线圈abcd所在平面与磁感线平行。则线圈abcd转至图示位置时（　　） A．穿过线圈的磁通量最大 B．穿过线圈的磁通量的变化率最大 C．流过电灯L的电流方向为A→B D．ab边受到的安培力方向垂直线圈平面向上 【答案】BC 【详解】AB．线圈abcd转至题图乙所示位置时，线圈平面与磁场方向平行，磁通量为零，感应电动势最大，穿过线圈的磁通量的变化率最大，故A错误，B正确； C．由右手定则可知，在题图示位置时线圈中的电流方向为a→b→c→d，则通过电灯L的电流方向为A→B，故C正确； D．根据左手定则判断知线圈在题图乙所示位置时ab边受到的安培力方向垂直线圈平面向下，故D错误。 故选BC。 【素养进阶·提升练】 1. （2026·山西陕西·高考真题）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】 【详解】A．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； B．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； C．丙：导体棒匀速运动，感应电动势，电流恒定，故C错误； D．丁：导体框匀速运动，不变，无感应电流，故D错误。 故选B。 2. （2026·广东·高考真题）如图是某种自由式活塞内燃发电机输出电压随时间变化的图像。下列说法正确的是（ ） A. 电压的有效值为 B. 电压的最大值为400 V C. 电压的频率为50 Hz D. 电压的周期为0.01 s 【答案】C 【解析】 【详解】AB．由图像可知，电压的最大值为200V，且并不是一直维持200V，则有效值小于200V，故AB错误； CD．从U-t图像可以看出，电压完成一次周期性变化的时间（周期），则频率为，故C正确，D错误。 故选C。 3．（多选）矩形线圈的面积为S，匝数为N，在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场的轴OO′以角速度ω匀速转动。如图所示，当转到线圈平面与磁场垂直位置时（    ） A．线圈中的电动势为0 B．线圈中的电动势为NBSω C．穿过线圈的磁通量为0 D．线圈不受安培力作用 【答案】AD 【详解】当转到线圈平面与磁场垂直位置时，穿过线圈的磁通量最大，但是磁通量的变化率为零，线圈中的感应电动势为零，感应电流为零，则线圈不受安培力作用。 故选AD。 4．（多选）线圈的匝数为100匝，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图所示。下列结论正确的是（　　） A．在和时，线圈平面和磁场垂直，电动势最大 B．在和时，线圈平面和磁场垂直，电动势为零 C．在和时电流方向不变 D．在和时，线圈切割磁感线的有效速率最大 【答案】BC 【详解】A．线圈平面与磁场垂直时的位置为中性面，在和时，磁通量最小，线圈平面和磁场平行，线圈位于与中性面垂直的位置，感应电动势最大，故A错误； BD．在和时，磁通量最大，线圈位于中性面位置，感应电动势为0，则磁通量变化率为0，线圈切割磁感线的有效速率最小，故B正确，D错误； C．在和时，磁通量最小，线圈位于与中性面垂直的位置，电流方向没有发生变化，故C正确。 故选BC。 5．（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 【答案】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。 6．交流发电机模型的示意图如图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一矩形线框可绕线框平面内垂直于磁感线的OO＇轴转动，由线框引出的导线和分别与两个跟线框一起绕OO＇轴转动的金属圆环相连接，金属圆环又分别与两个固定的电刷保持滑动良好接触，这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电路电阻及理想电流表形成闭合电路。已知长度为，bc长度为，线框电阻为，匝数为，线框以恒定角速度逆时针转动。求： （1） 从线框平面处于中性面位置时开始计时，发电机产生的电动势瞬时值的表达式； （2）安培表的示数； （3）若不计一切摩擦，外力驱动线框转动一周所做的功。 【详解】（1）电动势最大值为 电动势瞬时值的表达式为 （2）电动势有效值为      由闭合电路欧姆定律，安培表的示数 （3）线框转动的周期 外力驱动线框转动一周所做的功等于闭合回路中的焦耳热，则 得 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 1. 交变电流 【知识梳理】 1 一、 交变电流 1 二、 交变电流的产生 1 三、 交变电流的变化规律 2 四、 交流发电机 2 【重难探究】 2 探究1 　探究交变电流 2 探究2 探究交变电流的产生 4 探究3 探究交变电流的变化规律 6 【课堂自测·基础练】 9 【素养进阶·提升练】 18 【知识梳理】 知识点1交变电流 1．交变电流（交流电，符号：AC）：电流方向随时间作周期性变化的电流。 2．直流电流（直流电，符号：DC）：电流方向不随时间改变的电流。 知识点2 交变电流的产生 1.中性面 ①中性面：与磁感线垂直的平面。 ②当线圈平面位于中性面时，线圈中的磁通量最大，线圈中的电流为零，且线圈平面经过中性面时，电流方向就发生改变，线圈转动一周电流方向改变两次。 2.交变电流的产生：闭合线圈置于匀强磁场中，并绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。 知识点3 交变电流的变化规律 1．瞬时值： 转轴垂直匀强磁场，从中性面开始计时，交流发电机产生的电动势的瞬时值为： 电流的瞬时值为： 路端电压的瞬时值为： 2．峰值：最大的瞬时值。 ①电动势的峰值： 电流的峰值： 路端电压的峰值： ②线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线方向的轴匀速转动时，所产生感应电动势的峰值仅由匝数n、线圈面积S、磁感强度B和角速度ω四个量决定，与轴的具体位置、线圈的形状及线圈是否闭合都无关。 ②峰值与瞬时值的大小关系： ③电容器的击穿电压（也称耐压值）要高于交变电流的峰值，否则电容器会被击穿。 3．正弦交变电流：按正弦规律变化的交流电，是最简单、最基本的交变电流。 如果从线圈垂直中性面的位置开始计时，则，，。 知识点4 交流发电机 1．基本结构： 1 电枢：用来产生感应电动势的线圈，转轴垂直于磁场方向。 2 磁极：用来产生磁场，两磁极间形成匀强磁场。 3 定子 4 转子 2．基本种类： 1 旋转电枢式发电机：电枢动，磁极不动。 2 旋转磁极式发电机：磁极动，电枢不动。 　　【重难探究】 探究1 　探究交变电流 【探究导入】 家庭中的电灯、手机充电器和电风扇都依赖电源工作。当我们使用插座供电时，电流并非始终朝一个方向流动，而是随着时间不断改变方向。这种电流广泛应用于日常生活和工业生产中。相比之下，手电筒中的电池提供的电流方向始终保持不变。这两种电流在本质上存在显著差异。 问题 1.观察图3.1-1中电压随时间变化的图像，这种图像反映了电流的什么特征？ 提示：图像显示电压大小和方向随时间呈周期性变化，说明电路中的电流也在周期性变化，这种变化规律是交变电流的基本特征。 2.如果电路中的电流方向随时间周期性变化，这样的电流与电池提供的电流有何不同？ 提示：电池提供的电流方向不变，属于直流；而方向随时间周期性变化的电流称为交变电流，两者最根本的区别在于电流方向是否随时间改变。 3.在演示实验中，两个发光二极管交替发光，这一现象说明了线圈中产生的电流具有什么性质？ 提示：两个二极管分别在电流正向和反向时导通，交替发光说明线圈中产生的电流方向在不断变化，证明产生了交变电流 4.为什么发电机产生的电流会随时间做周期性变化？ 提示：发电机线圈在磁场中旋转，切割磁感线的方向周期性改变，导致感应电动势和电流方向也随之周期性变化，从而产生交变电流 【探究归纳】 1.交变电流：大小和方向随时间做周期性变化的电流叫交变电流，简称交流。 2.直流：方向不随时间变化的电流称为直流。 （3.正弦式交变电流：按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流，简称正弦式交变电流。 【典例赏析】 [例1]（25-26高二下·全国·随堂练习）以下各个选项所示的电流，属于交变电流的是（　　） A B C D 　【针对训练】 1（24-25高二上·浙江宁波·期末）下列图像中不属于交变电流的是（    ） A B C D 2．（25-26高二下·陕西西安·期末）如图所示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 探究2 探究交变电流的产生 【探究导入】 情境探究 家庭中使用的电灯、电视机等电器所使用的电流并不是恒定不变的，而是随时间不断变化的。发电厂通过大型发电机将机械能转化为电能，输送到千家万户。这种电流的方向和大小都随时间做周期性变化，是我们日常生活中最常用的电流形式 问题 1.发电机中的线圈在磁场中转动时，线圈中会产生怎样的电流？ 提示：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，线圈的AB边和CD边切割磁感线，产生感应电动势，从而在线圈与外电路构成的闭合回路中形成感应电流。由于线圈持续转动，切割方向和速度不断变化，导致电流的大小和方向都随时间变化。 2.如何判断线圈中感应电流的方向？ 提示：根据右手定则，伸开右手，让磁感线垂直穿入手心，拇指指向导体运动方向，则四指所指方向为感应电流方向。当线圈转过中性面时，AB边和CD边的运动方向相对于磁场反向，感应电流方向也随之改变。 3.为什么感应电流的大小和方向会随时间变化？ 提示：线圈转动过程中，导体切割磁感线的有效速度分量随线圈与磁场夹角变化，导致感应电动势周期性变化，因此感应电流也随时间周期性变化，且方向在每次经过中性面时发生反转。 4.若以线圈的不同位置为时间参考点，电流随时间的变化规律可以用什么图像表示？ 提示：线圈在甲、乙、丙、丁四个位置对应的时刻为横坐标，电流方向以E→F为正，可画出电流随时间变化的曲线，呈现出正负交替的周期性波形，类似于正弦曲线。 【探究归纳】 1. 大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流。 2. 交流发电机由磁极、线圈、滑环和电刷组成，线圈在匀强磁场中转动时，通过滑环和电刷与外电路保持连接。 3. 根据右手定则可判断线圈中感应电流的方向。 4. 线圈在转动过程中，切割磁感线的速度分量不断变化，导致感应电动势和感应电流大小和方向均发生变化。 5. 感应电流随时间的变化曲线呈周期性，具有正负交替的特征。 [例2]如图，线圈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变化率最大 D．线圈中电流方向为 【针对训练】 3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 4．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 探究3 探究交变电流的变化规律 【探究导入】 情境探究 家庭中的电灯、手机充电器等电器都使用交流电供电。观察教室中的日光灯，它发光稳定，没有明显闪烁，但实际上通过它的电流方向在不断变化。这种电流称为交变电流，其大小和方向随时间周期性变化。我们常见的家用交流电，其电压和电流的变化规律可以用正弦曲线来描述。 问题 1. 为什么发电机产生的交变电流会呈现出周期性变化？ 提示 发电机线圈在匀强磁场中匀速转动，线圈中磁通量周期性变化，导致感应电动势周期性变化，从而产生交变电流。 2.当线圈平面位于中性面时，感应电动势为何为零？ 提示 中性面位置时，线圈边运动方向与磁感线平行，不切割磁感线，故感应电动势为零。 3. 线圈旋转过程中，切割磁感线的有效速度如何随时间变化？ 提示 线圈边的线速度为，其垂直于磁感线的分量为，随时间按正弦规律变化。 4.感应电动势的表达式是如何推导出来的？ 提示 单边导线感应电动势为，两边串联总电动势为。令，，得。 【探究归纳】 1. 交变电流的电动势按正弦规律变化时，称为正弦式交变电流。 2. 电动势瞬时值表达式为，其中为电动势峰值。 3. 若线圈匝数为，则。 4. 当负载为纯电阻时，电压和电流也按正弦规律变化：，。 5. 、分别为电压和电流的峰值，、、为瞬时值。。 【例3】（25-26高二下·黑龙江哈尔滨·开学考试）如图所示，交流发电机中的线圈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。下列说法正确的是（　　） A．该交流电的频率为，每秒钟电流方向变化50次 B．线圈转到图示位置时，产生的电动势为 C．线圈转到图示位置时，边受到的安培力方向向下 D．仅线圈转速加倍，电动势为 【针对训练】 5.（24-25高二下·陕西咸阳·期中）如图甲所示为某款按压式发电的手电筒，当按照一定的频率按压时，内置发电机线圈转动，穿过线圈的磁通量按正弦规律变化如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A．t＝0.1s时，通过线圈的磁通量最大 B．t＝0.2s时，线圈中的电流改变方向 C．t＝0.1s时，产生的感应电动势为零 D．t＝0.2s时，发电机线圈中的电流为最大 6．（24-25高二下·广东广州·期中）如图一所示，在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴转动，产生的正弦式交变电动势在一个周期内的图像如图二所示，则下列说法正确的是（　　） A．t＝0时穿过线框的磁通量为零 B．t＝0~0.005s内，矩形金属线框的转速逐渐增大 C．交变电流在1s内方向变化50次 D．t＝0.01s时，金属线框处于中性面位置 【课堂自测·基础练】 1．（多选）（24-25高二上·全国·课后作业）如图所示，面积均为的单匝线圈（均绕其虚线所示对称轴，绕中心轴）在匀强磁场中以角速度匀速转动，能产生正弦式交变电动势的是（　　） A．B． C． D． 2．利用示波器可以显示输入信号的波形，单匝正方形金属线框abcd处在匀强磁场中，当以线圈平面内某虚线为轴匀速转动时，线圈内产生的电流随时间的变化关系如图甲所示。则在四个选项所示的情景中，无论从线圈平面处于哪个位置开始计时，都不可能产生该电流的是（　　） A．B．C． D． 3．（24-25高三下·江西南昌·阶段练习）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、则磁极再转过时，线圈中（　　） A．磁通量最大 B．线圈中电流最最小 C．磁通量变化最快 D．瞬时电动势最小 4．（24-25高二下·福建三明·期末）如图，线圈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变化率最大 D．线圈中电流方向为 5．（24-25高二下·浙江台州·期末）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达到减速目的，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。某时刻磁极转到图示位置。下列说法正确的是（　　） A．该时刻线圈中电流最大 B．线圈中产生的电流是正弦交流电 C．磁极再转过90°时，电流方向改变 D．磁极再转过90°时，电流方向由Q指向P 6．（24-25高二下·江苏南京·期末）图甲所示为我国“南锟”号，是世界上首台达到兆瓦级的漂浮式波浪能发电装置。其使用的旋转磁极式发电机的简化装置如图乙所示，矩形线圈abcd固定不动，磁铁绕OO'轴转动，初始时，abcd与OO'在同一平面内。下列判断正确的是（　　） A．若磁铁匀速转动，线圈中电流保持不变 B．初始时线圈中电流为零 C．若磁铁转过90°时，线圈中电流为零 D．初始时刻线圈中电流方向为abcd 7．（24-25高二下·安徽黄山·期中）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OO′匀速转动。A为电流传感器（与计算机相连），R为定值电阻，线圈电阻为r，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最大 B．金属线圈转动一圈的过程中电流方向改变一次 C．时刻穿过线圈的磁通量的绝对值最大，磁通量变化率最小 D．时刻总磁通量变化量为0 8．（23-24高二下·河南·阶段练习）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OO′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．感应电动势最大值为BSω 9．（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 10．（2026·辽宁沈阳·一模）如图，单匝正方形导线框处于为边界的匀强磁场中，绕与磁场垂直且与线框共面的固定轴匀速转动，轴与正方形对角线重合。若线框从图示位置开始计时，规定方向为电流正方向，产生的感应电流与时间关系图像正确的是（　　） A B C D 11．（2024·天津·一模）如图甲所示，矩形线圈放在有明确边界的匀强磁场中，线圈的中心轴与磁场边界重合，从上向下俯视，看到线圈绕轴逆时针匀速转动。从图示位置开始计时，以abcda方向为电流正方向，则线圈转动时产生的感应电流随时间变化的图线是图乙中的（　　） A．B．C． D． 12．（24-25高三下·浙江·阶段练习）某同学设计了一款基于电容器的制动能量回收系统，它能有效增加电动汽车的续航里程。其工作原理为踩下驱动踏板时电池给电动机供电，松开驱动踏板或踩下刹车踏板时发电机工作回收能量，工作原理如图模型。导线框abcd处在两磁极形成的辐射状磁场中，导线框可在两金属半圆A、D内侧自由转动，且接触良好。则电动汽车在行驶过程中（　　） A．松开驱动踏板，电容器右板带负电 B．踩下驱动踏板，导线框将会顺时针转动 C．松开驱动踏板或踩下刹车踏板，应该是接通开关1 D．松开驱动踏板，半圆环A、D两端输出的是交流电 13．（2025·陕西·二模）图甲为高空风力交流发电机，图乙为其发电原理的示意图，输出端A、C接一灯泡（图中未画出）。发电期间，灯泡正常发光，时刻，线圈abcd转至与中性面垂直的水平位置。下列说法正确的是（　　） A．每转一圈，线圈中的电流方向改变一次 B．时刻，ab边受到方向竖直向下的安培力 C．时刻，穿过线圈的磁通量的变化率最小 D．若线圈转动的角速度大小为，则线圈中电流的频率为 14．（2023高三·全国·专题练习）两人在赤道上站立，各自手握金属绳OPO′的一端，绕东西方向的水平轴沿顺时针方向匀速摇动，周期为T，将金属绳连入电路，闭合回路如图所示，取金属绳在图示的最高位置时为t＝0时刻，则下列说法正确的是（　　） A．电路中存在周期为T的变化电流 B．t＝0时刻，回路中磁通量最大，电路中电流最大 C．t＝时刻，电流向左通过灵敏电流计 D．t＝时刻，回路磁通量最大，电路中电流最大 15．（多选）（24-25高三上·福建漳州·期末）图甲为气球带动下悬挂在高空中的风力发电机，可供地面临时用电，发电机的构造示意图如图乙所示，在图示位置时线圈abcd所在平面与磁感线平行。则线圈abcd转至图示位置时（　　） A．穿过线圈的磁通量最大 B．穿过线圈的磁通量的变化率最大 C．流过电灯L的电流方向为A→B D．ab边受到的安培力方向垂直线圈平面向上 【素养进阶·提升练】 1. （2026·山西陕西·高考真题）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·广东·高考真题）如图是某种自由式活塞内燃发电机输出电压随时间变化的图像。下列说法正确的是（ ） A. 电压的有效值为 B. 电压的最大值为400 V C. 电压的频率为50 Hz D. 电压的周期为0.01 s 3．（多选）矩形线圈的面积为S，匝数为N，在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场的轴OO′以角速度ω匀速转动。如图所示，当转到线圈平面与磁场垂直位置时（    ） A．线圈中的电动势为0 B．线圈中的电动势为NBSω C．穿过线圈的磁通量为0 D．线圈不受安培力作用 4．（多选）线圈的匝数为100匝，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图所示。下列结论正确的是（　　） A．在和时，线圈平面和磁场垂直，电动势最大 B．在和时，线圈平面和磁场垂直，电动势为零 C．在和时电流方向不变 D．在和时，线圈切割磁感线的有效速率最大 5．（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 6．交流发电机模型的示意图如图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一矩形线框可绕线框平面内垂直于磁感线的OO＇轴转动，由线框引出的导线和分别与两个跟线框一起绕OO＇轴转动的金属圆环相连接，金属圆环又分别与两个固定的电刷保持滑动良好接触，这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电路电阻及理想电流表形成闭合电路。已知长度为，bc长度为，线框电阻为，匝数为，线框以恒定角速度逆时针转动。求： （1） 从线框平面处于中性面位置时开始计时，发电机产生的电动势瞬时值的表达式； （2）安培表的示数； （3）若不计一切摩擦，外力驱动线框转动一周所做的功。 1 / 2 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