第32讲 交变电流的产生和描述（专项训练）（安徽专用）2027年高考物理一轮复习讲练测

第32讲 交变电流的产生与描述（专项训练） 目 录 研判·考情前瞻 1 巩固·知识解构 2 知识点1正弦式交变电流的产生与变化规律 2 知识点2交变电流的有效值 3 知识点3交变电流的“四值”及应用 4 模拟·基础演练 4 题型01 正弦式交变电流的产生与变化规律 4 题型02 交变电流的有效值 7 题型03 交变电流的“四值”及应用 10 重难·创新演练 15 真题·实战演练 19 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 研判·考情前瞻 核心考点 2026年 2025年 2024年 交变电流的产生与变化规律 黑吉辽蒙·T9、 北京·T4、江苏·T15、 新疆河南·T7、 天津·T13、山东·T8、 交变电流的描述 （“四值”） 广东·T3、 贵州·T7、山东·T7、 广东·T1、河北·T4、 湖北·T5、 考情分析 题型与考向： 高考对这部分考查以选择题为主(安徽新高考常考单选/多选)，偶尔作为综合题第一小问铺垫。 核心考向：线圈在磁场转动：中性面判断、磁通量与电动势的变化关系；“四值” 辨析：有效值计算(正弦式、非正弦式交变电流)；交变电流图像：由图像写表达式、判最大值、周期；结合发电机模型，对接变压器前置条件。 情境与立意： 1．情境：简易发电机模型、实验室交流发电机、交变电流示波图像、发电设备简化模型。 2．立意：以电磁感应为根基，考查模型建构；强调对“有效值”物理意义的理解，反对死记公式；联系电能生产实际，体现电磁感应在能源转化中的应用。 复习目标 1．知识：掌握正弦式交变电流产生过程、中性面特点；分清瞬时值、最大值、有效值、平均值、周期、频率，理解有效值定义。 2．能力：能由线圈转动情景写出瞬时值表达式、识别交变电流图像；会计算有效值，区分有效值与平均值的适用场景。 3．应试：避开中性面、有效值、变压器前置基础易错点，能对接变压器综合题。 4．素养：能用电磁感应规律解释交变电流产生，建立“转动—磁通量—感应电动势”的关联。 巩固·知识解构 知识点1 正弦式交变电流的产生与变化规律 1．交变电流 (1)定义：大小和方向随时间做周期性变化的电流叫作交变电流，简称交流。 (2)图像：用以描述交变电流随时间变化的规律，图a、b、c、d所示电流都属于交变电流，其中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，如图a所示。 2．正弦式交变电流的产生和变化规律 (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产生的电流是正弦式交变电流。 (2)两个特殊位置 图示 位置 中性面位置 与中性面垂直的位置 特点 B⊥S B∥S Φ＝BS，最大 Φ＝0，最小 e＝n＝0，最小 e＝n＝nBSω，最大 感应电流为零，方向改变 感应电流最大，方向不变 (3)正弦式交变电流的函数表达式(线圈在中性面位置时开始计时) ①电动势e随时间变化的规律：e＝Emsinωt，其中ω表示线圈转动的角速度，Em＝NBSω。 ②负载两端的电压u随时间变化的规律：u＝Umsinωt。 ③电流i随时间变化的规律：i＝Imsinωt。 (4)正弦式交流电的图像：如果从线圈位于中性面位置时开始计时，其图像为正弦曲线。如图甲、乙、丙所示。 3．周期和频率 (1)周期(T)：交变电流完成一次周期性变化(线圈转一周)所需的时间。单位是秒(s)。公式为T＝。 (2)频率(f)：交变电流完成周期性变化的次数与所用时间之比。单位是赫兹(Hz)。 (3)周期和频率的关系：T＝或f＝。 ( ✨ 得分速记 ： 解决交变电流图像问题的四点注意 (1)只有当线圈从中性面位置开始计时，电流的瞬时值表达式才是正弦函数形式，其变化规律与线圈的形状及转动轴处于线圈平面内的位置无关。 (2)注意峰值公式 E m ＝ NBSω 中的 S 为线圈在中性面位置处于磁场中的有效面积。 (3)在解决有关交变电流的图像问题时，应先把交变电流的图像与线圈的转动位置对应起来，再根据特殊位置求解。 (4)根据法拉第电磁感应定律 E ＝ n ，若 Φ 按余弦规律变化，则 e 必按正弦规律变化；若 Φ 按正弦规律变化，则 e 必按余弦规律变化，即 Φ ＝ Φ m sin ωt ， e ＝ nωΦ m cos ωt ，这种情况下 Φ 增大时， e 必减小； Φ 最大时， e 最小。 ) 知识点2 交变电流的有效值 1．有效值的定义 让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果在交变电流的一个周期内它们产生的热量相等，就把这个恒定电流的电流I、电压U叫作这一交变电流的有效值。 2．正弦式交流电有效值和峰值的关系：E＝，U＝，I＝。 ( ✨ 得分速记 对于非正弦式交变电流计算有效值时要根据电流的热效应，抓住“三同”，即“相同时间”内“相同电阻”上产生“相同热量”。 (1)分段计算：分段计算电热，求和得出一个周期内产生的总热量。 (2)常用公式：根据实际情况选用 Q ＝ I 2 Rt 和 Q ＝ t 求得电流有效值和电压有效值。 ) 知识点3 交变电流的“四值”及应用 交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较 物理量 物理含义 重要关系 适用情况及说明 瞬时值 交变电流某一时刻的值 e＝Emsinωt u＝Umsinωt i＝Imsinωt (适用于正弦式交变电流) 计算线圈某时刻的受力情况 峰值 最大的瞬时值 Em＝NBSω (适用于正弦式交变电流) Um＝ Im＝ 讨论电容器的击穿电压 有效值 跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值 E＝ U＝ I＝ (适用于正弦式交变电流) (1)计算与电流的热效应有关的量(如电功、电功率、电热等)； (2)电器设备“铭牌”上所标的额定电流、额定电压一般是指有效值； (3)保险丝的熔断电流为有效值； (4)交流电压表和电流表的读数为有效值 平均值 交变电流图像中图线与时间轴所围的面积与时间的比值 ＝Bl ＝n ＝ ＝ 计算通过电路导线横截面的电荷量 模拟·基础演练 考查重点：正弦式交变电流的产生与变化规律；交变电流的有效值；交变电流的“四值”应用 ⏳题型01 正弦式交变电流的产生与变化规律 1．（2026·安徽马鞍山·二模）如图甲所示，在匀强磁场中矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，线圈匝数，磁场的磁感应强度，线圈中产生的感应电动势随时间的变化规律如图乙所示，下列说法正确的是（     ） A．时，线圈平面与中性面重合 B．矩形线圈的面积为 C．感应电动势有效值为 D．感应电动势随时间的变化关系为 【答案】B 【详解】A．时，由题图可知线圈电动势最大，此时线圈平面与中性面垂直，故A错误； B．根据 由图乙可知周期为，则角速度为 联立解得矩形线圈的面积为，故B正确； C．感应电动势有效值为，故C错误； D．感应电动势随时间的变化关系为，故D错误。 故选B。 2．（25-26高三下·安徽阜阳·开学考试）一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，线圈的匝数N=72，穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图所示。由图可知（　　） A．线圈从与中性面垂直的位置开始转动 B．线圈转动的角速度大小为50π rad/s C．线圈产生的感应电动势的峰值为36 V D．线圈产生的感应电动势的表达式为e=36sin 100πt（V） 【答案】C 【详解】A．时，磁通量有最大值，说明线圈是从中性面开始转动的，A错误； B．由图可知，周期，根据 可得，B错误； C．感应电动势的峰值，C正确； D．线圈从中性面开始转动，电动势表达式为正弦函数，，D错误； 故选C。 3．（25-26高三下·安徽芜湖·阶段检测）如图所示，一线框以角速度逆时针（俯视）匀速转动，当前时刻线框平面与磁场方向的夹角为，从此时刻开始计时，以下图像可能正确的是（     ） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】由图可知，磁通量随时间变化关系为 根据法拉第电磁感应定律，又 则 由上述可知，纵截距应为电流为最大值的倍，且电流随时间逐渐减小，故D正确。 故选D。 4．▶新情境◀（2026·黑龙江哈尔滨·一模）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 平均电动势 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。 ⏳题型02 交变电流的有效值 5．（2025·广西南宁·二模）通过某定值电阻的电流随时间变化的图像如图所示，其周期为0.8s。则电流的有效值为（　　） A． B． C．1.0A D．2.0A 【答案】A 【详解】将交流与直流通过阻值都为R的电阻，设直流电流为I，则根据有效值的定义有 将s、s、s、s代入解得 故选A。 6．（25-26高三下·安徽合肥·阶段检测）如图1所示，灯泡两端接有理想交流电压表，电源的输出电压u随时间t变化的图像如图2中的实线所示，实线是峰值电压为的正弦式交流电的一部分，则灯泡两端电压表示数为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】由图2可知，该交变电压的周期 在时间内，产生的热量 在时间内，电压为零，产生的热量 设灯泡两端电压的有效值为，根据有效值的定义有 即 解得 电压表显示的是有效值。 故选B。 7．（2026·山东聊城·二模）如图所示，在MN、PQ间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B，磁场区域宽度为2L。“L”型铝线框，在水平面上以速度向左匀速穿过磁场区域，运动过程中af与MN始终平行，铝线框边长，。则在线框穿过磁场区域的过程中，产生的感应电动势有效值为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】进入磁场至进入磁场阶段，切割磁场，感应电动势为 进入磁场至进入磁场阶段， 与切割磁场，感应电动势 进入磁场至出磁场阶段，与切割磁场，感应电动势 出磁场至出磁场阶段，切割磁场，感应电动势 每个阶段位移均为，故每个阶段时间 总时间 根据感应电动势有效值的定义 解得 故选A。 8．（2026·云南·模拟预测）如图为某交流发电机的原理图，Oxy坐标系中，半径为R、O为圆心的上、下两半圆内分别充满垂直Oxy面向外、向里的匀强磁场，磁感应强度大小均为，长R的金属棒（一端固定在O点）绕O点在Oxy面内以角速度ω匀速转动，则产生交流电的周期T、电动势有效值E分别为（      ） A．， B．， C．， D．， 【答案】C 【详解】金属棒在上、下两半圆内匀速转动，产生的感应电动势大小恒定，均为 上、下两半圆内的磁场方向相反，产生的感应电动势也相反，金属棒转动一圈，产生的交流电变化一个周期 电动势有效值为。 故选C。 ⏳题型03 交变电流的“四值”及应用 9．▶新考法◀（2026·海南省直辖县级单位·模拟预测）（多选）交流发电机原理如图所示，线圈在转动时通过滑环和电刷保持与外电路的连接。线圈匝数为100匝，电阻为，面积是。外电路由理想电流表及的定值电阻构成。线圈沿逆时针方向匀速转动，角速度为，磁场可视为匀强磁场，磁感应强度为。下列说法正确的是（     ） A．线圈经过甲和丙位置时电路中瞬时电流方向发生变化 B．线圈处于乙和丁位置时电流表的示数为0 C．线圈处于甲和丙位置时电流表的示数为 D．内产生的焦耳热为 【答案】AC 【详解】A．甲、丙位置线圈平面与磁场垂直，是中性面，线圈经过中性面时瞬时电流方向发生变化，故A正确； B．乙、丁位置线圈平面与磁场平行（垂直中性面），感应电动势瞬时值最大，则 电动势有效值 电流有效值 电流表测有效值，示数为，故B错误； C．电流表示数是有效值，和线圈位置无关，因此线圈在甲、丙位置时，电流表示数仍为，故C正确； D．内R产生的焦耳热，故D错误。 故选AC。 10．（多选）如图所示，一半径为r的半圆形单匝线圈放在具有理想边界的匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B.以直径ab为轴匀速转动，转速为n，ab的左侧有垂直于纸面向里(与ab垂直) , M和N是两个滑环，负载电阻为R ；线圈、电流表和连接导线的电阻不计，下列说法中正确的是（     ） A．转动过程中线圈中始终有电流产生 B．从图示位置起转过圈的时间内产生的平均感应电动势为 C．从图示位置起转过圈的时间内通过负载电阻R的电荷量为 D．转动过程中电流表的示数为 【答案】BD 【详解】A．由图知，当线圈转至右边无场区的时候，线圈中没有电流产生，所以A错误； B．根据法拉第电磁感应定律可求，从图示位置起转过圈的时间内产生的平均感应电动势为 所以B正确； C．从图示位置起转过圈的时间内通过负载电阻R的电荷量 故C错误； D．产生电动势的最大值为 所以电流的最大值为 转动的过程产生电流随时间变化规律如图所示，根据有效值的定义 代入解得有效值即电流表的示数为 故D正确。 故选BD。 11．（2026·安徽亳州·模拟预测）如图为某自行车车头灯发电机的示意图。线圈绕在固定的U形铁芯上，车轮转动时，通过摩擦小轮带动磁体转动，使线圈中产生正弦式交变电流。已知摩擦小轮转动的角速度为，线圈匝数为N匝，线圈横截面积为S，线圈电阻与车头灯电阻均为R。图示位置中磁体在线圈处产生的磁场可视为匀强磁场，磁感应强度大小为B。摩擦小轮由如图所示位置转过圈的过程中，则下列说法正确的是（　　） A．磁通量变化的大小为 B．通过车头灯的电荷量 C．车头灯电阻的热功率 D．内，车头灯内电流方向改变 【答案】C 【详解】A．图示位置，初始磁通量；转过​圈后，磁通量 磁通量是穿过线圈的磁感线数目，与线圈匝数无关 因此磁通量变化量 ，A错误； B．通过灯泡的电荷量 平均感应电动势​ 总电阻为 因此 ，B错误； C．感应电动势最大值，有效值​​ 电路电流有效值 ​ 车头灯的热功率 ，C正确； D．交变电流的频率​，一个周期内电流方向改变2次，因此内电流方向改变次数为​，D错误。 故选 C。 12．▶新考法◀（26-27高三上·河北·开学考试）某同学设计的一种发电装置，如图所示。在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两个磁场区域的圆心角均为，磁场均沿半径方向，矩形线圈的匝数为，边长ab、bc长度分别为、。线圈以角速度绕中心轴匀速转动，和边同时进出磁场，在磁场中，两条边所经过处的磁感应强度大小均为、方向始终与两边的运动方向垂直。线圈的总电阻为，外接电阻为。下列说法正确的是（     ） A．感应电动势的周期为 B．感应电动势的最大值为 C．回路中电流的有效值为 D．一个周期内外接电阻产生的热量为 【答案】C 【详解】A．线圈转动一圈构成一个完整的交流电变化过程，即为一个周期，，故A错误； B．、边转动的线速度 两边同时切割磁感线，每匝电动势为 N匝线圈的感应电动势最大值 故B错误； C．一个周期T内，线圈在磁场中的总圆心角是，也就是只有时间有恒定电动势，剩下电动势为 0。由有效值的定义有 得 回路电流有效值 故C正确； D．一个周期内外接电阻R产生的热量 故D错误。 故选C。 13．（25-26高三上·安徽阜阳·阶段检测）如图甲所示，粗细均匀、边长为L、电阻为R的单匝正方形金属线框abcd，处于方向垂直线框平面的磁场中，磁感应强度B随时间t变化的关系为如图乙所示的正弦曲线（图甲所示磁场方向为正方向），其中B0、T均已知。在时间内，求： (1)线框的热功率。 (2)通过线框导体横截面的电荷量。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）金属线框中的磁感应强度满足 感应电动势瞬时值为 感应电动势有效值为 回路中的电流为 线框的热功率为 （2）由 可得在时间内，通过线框导体横截面的电荷量为 重难·创新演练 设题创新:导线框切割磁感线产生的交变电流（T1）、交变电流的“四值”运算、（T2）磁场变化产生的交变电流（T3） 1．（26-27高三上·安徽·开学考试）如图所示，竖直向上、磁感应强度大小为的匀强磁场中，边长为、总电阻为的单匝正方形线框先后绕过边和边的轴以相同大小的角速度按图示方向匀速转动。下列说法正确的是（     ） A．当绕过边的轴转动时，线框中产生正弦交变电流 B．当绕过边的轴转动时，边的电势差始终为0 C．当绕过边的轴转动时，线框中产生恒定电流 D．当绕过边的轴转动时，在图示位置线框中的电流大小为 【答案】D 【详解】A．磁场方向竖直向上，绕过ab边（竖直边）的轴转动时，线框平面始终与竖直磁场平行，穿过线框的磁通量始终为0，磁通量没有发生变化，因此线框中无感应电流，更不会产生正弦交变电流，故A错误； B．当线框绕过ab边的轴转动时，由右手定则可知a点的电势低于d点的电势，ad边产生的电动势大小为，则a、d两点间的电势差，故B错误； C．绕过bc边的水平轴转动时，线框的竖直边ad的速度方向不断变化，ad边垂直于磁场方向的分速度随转动角度按正弦规律变化，产生的感应电动势是交变的，因此线框中产生的是交变电流，不是恒定电流，故C错误； D．图示位置中，ad边的速度方向垂直于线框平面、同时垂直于竖直向上的磁场B，此时ad边的动生电动势大小为，线框总电阻为R，因此感应电流大小为，故D正确。 故选D。 2．▶新情境◀（2026·安徽淮南·二模）（多选）某自行车所装车灯发电机的原理图如图所示，绕有线圈的“匚”形铁芯开口处装有磁体，自行车车轮转动时带动与其接触的摩擦轮转动，摩擦轮又通过传动轴带动磁体一起转动，从而使铁芯中磁通量发生变化，绕在铁芯上的线圈共N匝，线圈两端c、d作为发电机输出端，通过导线与额定电压为U、电阻为R的灯泡L相连，当车轮匀速转动时，发电机输出电压近似视为正弦式交变电压，灯泡阻值视为不变，发电机线圈电阻不计，摩擦轮与轮胎间不打滑。若某次无风时自行车以某一速度匀速行驶，带动磁体转动的转速为n，灯泡L恰好正常发光，假设骑车人对自行车做的功仅用于克服空气阻力和发电机阻力，已知空气阻力与车速成正比，该次骑车时骑车人克服空气阻力的功率为P，则（　　） A．磁体从图示位置匀速转过90°的过程中L中的电流逐渐变大 B．该次骑车时磁体转动过程中通过线圈的最大磁通量为 C．该次骑车时骑车人对自行车做功的功率为 D．若磁体转动的转速变为，则骑车人对自行车做功的功率变为 【答案】ABD 【详解】A．由图可知，开始阶段，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最小，转动后，磁通量减小，磁通量的变化率增大，当转过时，穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最大，可知，转动过程中L中的电流逐渐增大，故A正确； B．灯泡两端的最大值为，感应电动势最大值为 联立可得通过线圈的最大磁通量为，故B正确； C．该次骑车时消耗的电功率为 该次骑车时骑车人对自行车做功的功率为，故C错误； D．若磁体转动的转速变为，感应电动势最大值为 有效值为 该次骑车时消耗的电功率为 磁体转动的转速变为，根据 令匀速运动时的速度为v，根据题意知 可知自行车的速度变为原来的一半，骑车时骑车人克服空气阻力的功率为 所以骑车人对自行车做功的功率变为，故D正确。 故选ABD。 3．（2026·安徽安庆·二模）（多选）大安和小庆在学习交流电的产生原理之后，认为按以下思路也能产生正弦式交流电，并供电路工作。如图所示，间距为d的足够长光滑平行导轨固定在绝缘水平面上，电阻为的直金属棒MN垂直放在导轨上，与导轨接触良好，定值电阻、、，其余部分电阻均不计。两平行导轨间存在竖直方向的磁场，磁场的右边界与金属棒的距离为L，磁场的磁感应强度随时间按规律变化，规定竖直向上为磁场正方向；金属棒在平行于导轨的外力F作用下在磁场中始终保持静止，规定水平向右为F的正方向；规定沿金属棒自N到M方向为电流正方向。则下列说法正确的是（　　） A．金属棒中电流的瞬时值为 B．导体棒所受外力为 C．时刻，棒两端MN间的电势差为 D．消耗的电功率大小为 【答案】AD 【详解】A．根据题意，由法拉第电磁感应定律有 电路中 由欧姆定律得，故A正确； B．对棒受力分析，由平衡条件有，故B错误； C．根据感应电动势瞬时值表达式可得，时刻，感应电动势为 则，故C错误； D．电流的有效值 则消耗的功率，故D正确。 故选AD。 真题·实战演练 高频考点：正弦式交变电流的变化规律、交变电流的有效值 1．（2025·贵州·高考真题）某同学将一底面半径为、高为的圆柱形绝缘竹笼改造成仓鼠玩具。如图，在竹笼柱面上平行于轴线固定有一长为的轻质金属棒，其两端通过导线连接一电阻为的小灯泡，竹笼所在区域存在竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场。若仓鼠在竹笼中奔跑时，竹笼绕水平中轴线以角速度匀速转动，小灯泡电阻视为不变，不计其他电阻，则竹笼转动一圈小灯泡消耗的电能为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】根据正弦式交流电产生原理可知，交流电最大值为 电压有效值为 竹笼转动一圈小灯泡消耗的电能为 故选B。 2．（2025·北京·高考真题）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 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，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 【答案】C 【详解】A．根据题意可知，该交流电的频率为 故A错误； B．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； C．根据题意，由右手定则可知，线圈转到图示位置时，电流由，由左手定则可知，边受到的安培力方向向上，故C正确； D．根据题意，由公式可知，仅线圈转速加倍，电动势的最大值变为原来的2倍，为，故D错误。 故选C。 3．（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 【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。 4．（2024·河北·高考真题）为两个完全相同的定值电阻，两端的电压随时间周期性变化的规律如图1所示（三角形脉冲交流电压的峰值是有效值的倍），两端的电压随时间按正弦规律变化如图2所示，则两电阻在一个周期T内产生的热量之比为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】根据有效值的定义可知图1的有效值的计算为 解得  图二的有效值为 接在阻值大小相等的电阻上，因此 故选B。 5．（2025·山东·高考真题）如图为一种交流发电装置的示意图，长度为、间距为L的两平行金属电极固定在同一水平面内，两电极之间的区域I和区域Ⅱ有竖直方向的磁场，磁感应强度大小均为B、方向相反，区域I边界是边长为L的正方形，区域Ⅱ边界是长为L、宽为的矩形。传送带从两电极之间以速度v匀速通过，传送带上每隔固定一根垂直运动方向、长度为L的导体棒，导体棒通过磁场区域过程中与电极接触良好。该装置产生电动势的有效值为（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】由题意可知导体棒通过磁场区域过程需要的时间，即周期为 导体棒通过区域I时，产生的电动势大小为，经过的时间为 导体棒通过区域Ⅱ时，产生的电动势大小为，经过的时间为 根据有效值的定义有 带入数据可得 故选D。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $函学科网·上好课 www.zxxk.com 上好每一堂课 第32讲交变电流的产生和描述（专项训练） 模拟•基础演练 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 B O D D A B A C AC BD 题号 11 12 答案 C 13. 【答案】a)2ngL T2R ② R 【详解】(1)金属线框中的磁感应强度满足B=R,sim2只， T 感应电动势瞬时值为e=4如=) 12AB-2B,L cos2 △t T T 感应电动势有效值为E==2π，上-V2π，上 √2√2T T E√2πB,L2 回路中的电流为= TR 线框的热功率为P=1?R=-2π2BL T2R △Φ (2)由g=I△1= RAI-ALAI=AD R R 可得在0~T时间内，通过线框导体横截面的电荷量为9= L2 4 R 重难•创新演练 题号 1 3 答案 D ABD AD 112 函学科网·上好课 www.zxxk.com 上好每一堂课 真题•实战演练 题号 2 3 4 5 答案 C C B D 212 第32讲 交变电流的产生与描述（专项训练） 目 录 研判·考情前瞻 1 巩固·知识解构 2 知识点1正弦式交变电流的产生与变化规律 2 知识点2交变电流的有效值 3 知识点3交变电流的“四值”及应用 4 模拟·基础演练 4 题型01 正弦式交变电流的产生与变化规律 4 题型02 交变电流的有效值 6 题型03 交变电流的“四值”及应用 8 重难·创新演练 10 真题·实战演练 12 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 研判·考情前瞻 核心考点 2026年 2025年 2024年 交变电流的产生与变化规律 黑吉辽蒙·T9、 北京·T4、江苏·T15、 新疆河南·T7、 天津·T13、山东·T8、 交变电流的描述 （“四值”） 广东·T3、 贵州·T7、山东·T7、 广东·T1、河北·T4、 湖北·T5、 考情分析 题型与考向： 高考对这部分考查以选择题为主(安徽新高考常考单选/多选)，偶尔作为综合题第一小问铺垫。 核心考向：线圈在磁场转动：中性面判断、磁通量与电动势的变化关系；“四值” 辨析：有效值计算(正弦式、非正弦式交变电流)；交变电流图像：由图像写表达式、判最大值、周期；结合发电机模型，对接变压器前置条件。 情境与立意： 1．情境：简易发电机模型、实验室交流发电机、交变电流示波图像、发电设备简化模型。 2．立意：以电磁感应为根基，考查模型建构；强调对“有效值”物理意义的理解，反对死记公式；联系电能生产实际，体现电磁感应在能源转化中的应用。 复习目标 1．知识：掌握正弦式交变电流产生过程、中性面特点；分清瞬时值、最大值、有效值、平均值、周期、频率，理解有效值定义。 2．能力：能由线圈转动情景写出瞬时值表达式、识别交变电流图像；会计算有效值，区分有效值与平均值的适用场景。 3．应试：避开中性面、有效值、变压器前置基础易错点，能对接变压器综合题。 4．素养：能用电磁感应规律解释交变电流产生，建立“转动—磁通量—感应电动势”的关联。 巩固·知识解构 知识点1 正弦式交变电流的产生与变化规律 1．交变电流 (1)定义：大小和方向随时间做_________变化的电流叫作交变电流，简称交流。 (2)图像：用以描述交变电流随时间变化的规律，图a、b、c、d所示电流都属于交变电流，其中__________________的交变电流叫作正弦式交变电流，简称正弦式电流，如图a所示。 2．正弦式交变电流的产生和变化规律 (1)产生：在匀强磁场中，线圈绕垂直于磁场方向的轴_________产生的电流是正弦式交变电流。 (2)两个特殊位置 图示 位置 中性面位置 与中性面垂直的位置 特点 B⊥S B∥S Φ＝BS，最大 Φ＝0，最小 e＝n＝0，最小 e＝n＝nBSω，最大 感应电流为零，方向改变 感应电流最大，方向不变 (3)正弦式交变电流的函数表达式(线圈在中性面位置时开始计时) ①电动势e随时间变化的规律：______________，其中ω表示线圈转动的角速度，Em＝NBSω。 ②负载两端的电压u随时间变化的规律：______________。 ③电流i随时间变化的规律：______________。 (4)正弦式交流电的图像：如果从线圈位于中性面位置时开始计时，其图像为正弦曲线。如图甲、乙、丙所示。 3．周期和频率 (1)周期(T)：交变电流完成一次周期性变化(线圈转一周)所需的时间。单位是秒(s)。公式为T＝。 (2)频率(f)：交变电流完成周期性变化的次数与所用时间之比。单位是赫兹(Hz)。 (3)周期和频率的关系：T＝_____或f＝______。 ( ✨ 得分速记 ： 解决交变电流图像问题的四点注意 (1)只有当线圈从中性面位置开始计时，电流的瞬时值表达式才是正弦函数形式，其变化规律与线圈的形状及转动轴处于线圈平面内的位置无关。 (2)注意峰值公式 E m ＝ NBSω 中的 S 为线圈在中性面位置处于磁场中的有效面积。 (3)在解决有关交变电流的图像问题时，应先把交变电流的图像与线圈的转动位置对应起来，再根据特殊位置求解。 (4)根据法拉第电磁感应定律 E ＝ n ，若 Φ 按余弦规律变化，则 e 必按正弦规律变化；若 Φ 按正弦规律变化，则 e 必按余弦规律变化，即 Φ ＝ Φ m sin ωt ， e ＝ nωΦ m cos ωt ，这种情况下 Φ 增大时， e 必减小； Φ 最大时， e 最小。 ) 知识点2 交变电流的有效值 1．有效值的定义 让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果在交变电流的一个周期内它们产生的________相等，就把这个恒定电流的电流I、电压U叫作这一交变电流的________。 2．正弦式交流电有效值和峰值的关系：E＝________，U＝________，I＝________。 ( ✨ 得分速记 对于非正弦式交变电流计算有效值时要根据电流的热效应，抓住“三同”，即“相同时间”内“相同电阻”上产生“相同热量”。 (1)分段计算：分段计算电热，求和得出一个周期内产生的总热量。 (2)常用公式：根据实际情况选用 Q ＝ I 2 Rt 和 Q ＝ t 求得电流有效值和电压有效值。 ) 知识点3 交变电流的“四值”及应用 交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较 物理量 物理含义 重要关系 适用情况及说明 瞬时值 交变电流某一时刻的值 e＝Emsinωt u＝Umsinωt i＝Imsinωt (适用于正弦式交变电流) 计算线圈某时刻的受力情况 峰值 最大的瞬时值 Em＝NBSω (适用于正弦式交变电流) Um＝ Im＝ 讨论电容器的击穿电压 有效值 跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值 E＝ U＝ I＝ (适用于正弦式交变电流) (1)计算与电流的热效应有关的量(如电功、电功率、电热等)； (2)电器设备“铭牌”上所标的额定电流、额定电压一般是指有效值； (3)保险丝的熔断电流为有效值； (4)交流电压表和电流表的读数为有效值 平均值 交变电流图像中图线与时间轴所围的面积与时间的比值 ＝Bl ＝n ＝ ＝ 计算通过电路导线横截面的电荷量 模拟·基础演练 考查重点：正弦式交变电流的产生与变化规律；交变电流的有效值；交变电流的“四值”应用 ⏳题型01 正弦式交变电流的产生与变化规律 1．（2026·安徽马鞍山·二模）如图甲所示，在匀强磁场中矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，线圈匝数，磁场的磁感应强度，线圈中产生的感应电动势随时间的变化规律如图乙所示，下列说法正确的是（     ） A．时，线圈平面与中性面重合 B．矩形线圈的面积为 C．感应电动势有效值为 D．感应电动势随时间的变化关系为 2．（25-26高三下·安徽阜阳·开学考试）一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，线圈的匝数N=72，穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图所示。由图可知（　　） A．线圈从与中性面垂直的位置开始转动 B．线圈转动的角速度大小为50π rad/s C．线圈产生的感应电动势的峰值为36 V D．线圈产生的感应电动势的表达式为e=36sin 100πt（V） 3．（25-26高三下·安徽芜湖·阶段检测）如图所示，一线框以角速度逆时针（俯视）匀速转动，当前时刻线框平面与磁场方向的夹角为，从此时刻开始计时，以下图像可能正确的是（     ） A． B． C． D． 4．▶新情境◀（2026·黑龙江哈尔滨·一模）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 ⏳题型02 交变电流的有效值 5．（2025·广西南宁·二模）通过某定值电阻的电流随时间变化的图像如图所示，其周期为0.8s。则电流的有效值为（　　） A． B． C．1.0A D．2.0A 6．（25-26高三下·安徽合肥·阶段检测）如图1所示，灯泡两端接有理想交流电压表，电源的输出电压u随时间t变化的图像如图2中的实线所示，实线是峰值电压为的正弦式交流电的一部分，则灯泡两端电压表示数为（　　） A． B． C． D． 7．（2026·山东聊城·二模）如图所示，在MN、PQ间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B，磁场区域宽度为2L。“L”型铝线框，在水平面上以速度向左匀速穿过磁场区域，运动过程中af与MN始终平行，铝线框边长，。则在线框穿过磁场区域的过程中，产生的感应电动势有效值为（　　） A． B． C． D． 8．（2026·云南·模拟预测）如图为某交流发电机的原理图，Oxy坐标系中，半径为R、O为圆心的上、下两半圆内分别充满垂直Oxy面向外、向里的匀强磁场，磁感应强度大小均为，长R的金属棒（一端固定在O点）绕O点在Oxy面内以角速度ω匀速转动，则产生交流电的周期T、电动势有效值E分别为（      ） A．， B．， C．， D．， ⏳题型03 交变电流的“四值”及应用 9．▶新考法◀（2026·海南省直辖县级单位·模拟预测）（多选）交流发电机原理如图所示，线圈在转动时通过滑环和电刷保持与外电路的连接。线圈匝数为100匝，电阻为，面积是。外电路由理想电流表及的定值电阻构成。线圈沿逆时针方向匀速转动，角速度为，磁场可视为匀强磁场，磁感应强度为。下列说法正确的是（     ） A．线圈经过甲和丙位置时电路中瞬时电流方向发生变化 B．线圈处于乙和丁位置时电流表的示数为0 C．线圈处于甲和丙位置时电流表的示数为 D．内产生的焦耳热为 10．（多选）如图所示，一半径为r的半圆形单匝线圈放在具有理想边界的匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B.以直径ab为轴匀速转动，转速为n，ab的左侧有垂直于纸面向里(与ab垂直) , M和N是两个滑环，负载电阻为R ；线圈、电流表和连接导线的电阻不计，下列说法中正确的是（     ） A．转动过程中线圈中始终有电流产生 B．从图示位置起转过圈的时间内产生的平均感应电动势为 C．从图示位置起转过圈的时间内通过负载电阻R的电荷量为 D．转动过程中电流表的示数为 11．（2026·安徽亳州·模拟预测）如图为某自行车车头灯发电机的示意图。线圈绕在固定的U形铁芯上，车轮转动时，通过摩擦小轮带动磁体转动，使线圈中产生正弦式交变电流。已知摩擦小轮转动的角速度为，线圈匝数为N匝，线圈横截面积为S，线圈电阻与车头灯电阻均为R。图示位置中磁体在线圈处产生的磁场可视为匀强磁场，磁感应强度大小为B。摩擦小轮由如图所示位置转过圈的过程中，则下列说法正确的是（　　） A．磁通量变化的大小为 B．通过车头灯的电荷量 C．车头灯电阻的热功率 D．内，车头灯内电流方向改变 12．▶新考法◀（26-27高三上·河北·开学考试）某同学设计的一种发电装置，如图所示。在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两个磁场区域的圆心角均为，磁场均沿半径方向，矩形线圈的匝数为，边长ab、bc长度分别为、。线圈以角速度绕中心轴匀速转动，和边同时进出磁场，在磁场中，两条边所经过处的磁感应强度大小均为、方向始终与两边的运动方向垂直。线圈的总电阻为，外接电阻为。下列说法正确的是（     ） A．感应电动势的周期为 B．感应电动势的最大值为 C．回路中电流的有效值为 D．一个周期内外接电阻产生的热量为 13．（25-26高三上·安徽阜阳·阶段检测）如图甲所示，粗细均匀、边长为L、电阻为R的单匝正方形金属线框abcd，处于方向垂直线框平面的磁场中，磁感应强度B随时间t变化的关系为如图乙所示的正弦曲线（图甲所示磁场方向为正方向），其中B0、T均已知。在时间内，求： (1)线框的热功率。 (2)通过线框导体横截面的电荷量。 重难·创新演练 设题创新:导线框切割磁感线产生的交变电流（T1）、交变电流的“四值”运算、（T2）磁场变化产生的交变电流（T3） 1．（26-27高三上·安徽·开学考试）如图所示，竖直向上、磁感应强度大小为的匀强磁场中，边长为、总电阻为的单匝正方形线框先后绕过边和边的轴以相同大小的角速度按图示方向匀速转动。下列说法正确的是（     ） A．当绕过边的轴转动时，线框中产生正弦交变电流 B．当绕过边的轴转动时，边的电势差始终为0 C．当绕过边的轴转动时，线框中产生恒定电流 D．当绕过边的轴转动时，在图示位置线框中的电流大小为 2．▶新情境◀（2026·安徽淮南·二模）（多选）某自行车所装车灯发电机的原理图如图所示，绕有线圈的“匚”形铁芯开口处装有磁体，自行车车轮转动时带动与其接触的摩擦轮转动，摩擦轮又通过传动轴带动磁体一起转动，从而使铁芯中磁通量发生变化，绕在铁芯上的线圈共N匝，线圈两端c、d作为发电机输出端，通过导线与额定电压为U、电阻为R的灯泡L相连，当车轮匀速转动时，发电机输出电压近似视为正弦式交变电压，灯泡阻值视为不变，发电机线圈电阻不计，摩擦轮与轮胎间不打滑。若某次无风时自行车以某一速度匀速行驶，带动磁体转动的转速为n，灯泡L恰好正常发光，假设骑车人对自行车做的功仅用于克服空气阻力和发电机阻力，已知空气阻力与车速成正比，该次骑车时骑车人克服空气阻力的功率为P，则（　　） A．磁体从图示位置匀速转过90°的过程中L中的电流逐渐变大 B．该次骑车时磁体转动过程中通过线圈的最大磁通量为 C．该次骑车时骑车人对自行车做功的功率为 D．若磁体转动的转速变为，则骑车人对自行车做功的功率变为 3．（2026·安徽安庆·二模）（多选）大安和小庆在学习交流电的产生原理之后，认为按以下思路也能产生正弦式交流电，并供电路工作。如图所示，间距为d的足够长光滑平行导轨固定在绝缘水平面上，电阻为的直金属棒MN垂直放在导轨上，与导轨接触良好，定值电阻、、，其余部分电阻均不计。两平行导轨间存在竖直方向的磁场，磁场的右边界与金属棒的距离为L，磁场的磁感应强度随时间按规律变化，规定竖直向上为磁场正方向；金属棒在平行于导轨的外力F作用下在磁场中始终保持静止，规定水平向右为F的正方向；规定沿金属棒自N到M方向为电流正方向。则下列说法正确的是（　　） A．金属棒中电流的瞬时值为 B．导体棒所受外力为 C．时刻，棒两端MN间的电势差为 D．消耗的电功率大小为 真题·实战演练 高频考点：正弦式交变电流的变化规律、交变电流的有效值 1．（2025·贵州·高考真题）某同学将一底面半径为、高为的圆柱形绝缘竹笼改造成仓鼠玩具。如图，在竹笼柱面上平行于轴线固定有一长为的轻质金属棒，其两端通过导线连接一电阻为的小灯泡，竹笼所在区域存在竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场。若仓鼠在竹笼中奔跑时，竹笼绕水平中轴线以角速度匀速转动，小灯泡电阻视为不变，不计其他电阻，则竹笼转动一圈小灯泡消耗的电能为（　　） A． B． C． D． 2．（2025·北京·高考真题）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 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，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 3．（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 4．（2024·河北·高考真题）为两个完全相同的定值电阻，两端的电压随时间周期性变化的规律如图1所示（三角形脉冲交流电压的峰值是有效值的倍），两端的电压随时间按正弦规律变化如图2所示，则两电阻在一个周期T内产生的热量之比为（　　） A． B． C． D． 5．（2025·山东·高考真题）如图为一种交流发电装置的示意图，长度为、间距为L的两平行金属电极固定在同一水平面内，两电极之间的区域I和区域Ⅱ有竖直方向的磁场，磁感应强度大小均为B、方向相反，区域I边界是边长为L的正方形，区域Ⅱ边界是长为L、宽为的矩形。传送带从两电极之间以速度v匀速通过，传送带上每隔固定一根垂直运动方向、长度为L的导体棒，导体棒通过磁场区域过程中与电极接触良好。该装置产生电动势的有效值为（　　） A． B． C． D． 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $