第36讲 交变电流的产生和描述（复习课件）（全国通用） 2027年高考物理一轮复习讲练测

2027年高考一轮复习讲练测 物理 专题13 第36讲 高考复习 交变电流的产生和描述 全国通用 目录 目录总览 路径指引 命题透视·考情前瞻 思维建模·脉络梳理 考点精讲·靶向突破 真题溯源·考向感知 对标素养，研判高考命题趋势 搭建知识框架，构建系统思维 拆解核心考点，归纳解题范式 溯源真题逻辑，感知高考考向 考点一 交变电流的产生规律 考点二 交变电流“四值”的理解和应用 考向破译 考向1 有关中性面的问题 重 考向2 交变电流的图像问题 知识解构 知识点1 有效值的理解与计算 知识点2 交变电流“四值”的理解和应用 考向破译 考向1 交变电流的最大值 考向2 交变电流的瞬时值重 考向3 交变电流的有效值重 考向4 交变电流的平均值 知识解构 知识点1 正弦式交变电流的产生 知识点2 交变电流瞬时值表达式 命题透视·考情前瞻 ——对标素养，研判高考命题趋势 命题透视·考情前瞻 核心考点 考频 2026 2025 2024 交变电流的产生规律 高频 2026·广东 2025·北京卷 2025·江苏卷 2025·山东卷 2024·天津卷 2024·广东卷 2024·河北卷 对标素养，研判高考命题趋势 命题透视·考情前瞻 对标素养，研判高考命题趋势 考情分析 题型与考向：1.题型：选择题非选择题 2.考向：在历年高考物理的知识考查体系中，高考对交变电流的产生原理、变化规律描述，考查频次一直相对较高。从整体命题难度来看，该板块考题的整体难度不是太大，很少出现难度极高的综合性压轴题型，命题大多以考查交变电流核心基本规律的理解和直接应用为主，侧重检验考生对基础概念、基本公式的掌握程度。 情境与立意：从高考物理该板块的命题思路来看，相关试题的命题情景多以线框在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动切割磁感线产生交流电基本规律的直接应用。 复习目标 1.正确理解并熟练掌握交变电流的产生条件、变化过程与瞬时值规律。 2.能够准确辨析并熟练应用交变电流的峰值、有效值、平均值和瞬时值四类物理量，掌握各类物理量的适用场景与计算方法。 思维建模·脉络梳理 ——搭建知识框架，构建系统思维 思维建模·脉络梳理 搭建知识框架，构建系统思维 考点精讲·靶向突破 ——拆解核心考点，归纳解题范式 知识解构 知识点01 正弦式交变电流的产生 考向破译 01 考点一 交变电流的产生规律 (1)线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。 (2)两个特殊位置的特点： ①线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ最大，磁通量变化率为零，e＝0，i＝0，电流方向将发生改变。 ②线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，磁通量变化率最大，e最大，i最大，电流方向不改变。 (3)电流方向的改变：线圈通过中性面时，电流方向发生改变，一个周期内线圈两次通过中性面，因此电流的方向改变两次。 (4)交变电动势的最大值Em＝nBSω，与转轴位置无关，与线圈形状无关。 知识解构 知识点02 交变电流瞬时值表达式 考向破译 01 考点一 交变电流的产生规律 (1)确定正弦交变电流的峰值，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，找出对应的函数关系式。如： ①线圈在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线圈在垂直于中性面的位置开始计时，则i-t图像为余弦函数图像，函数表达式为i＝Imcos ωt。 【例1】 如图甲所示，风力发电装置呈现风车外形，风吹向叶片驱动风轮机转动，风轮机带动内部匝数为n的矩形铜质线圈在磁场中，以角速度ω绕垂直于磁场的水平转轴OO′顺时针匀速转动产生交流电，发电模型简化为图乙，两磁极之间可近似看作水平匀强磁场。已知n匝线圈产生的感应电动势的最大值为。则（　　） A．当线圈转到图示位置时产生的感应电流方向为DCBA B．当线圈转到图示位置时磁通量的变化率最大 C．当线圈转到图示位置时磁通量最大 D．穿过线圈的最大磁通量为 知识解构 考向1 有关中性面的问题 考向破译 01 考点一 B 交变电流的产生规律 【变式训练1】如图所示为正弦式交流发电机的工作示意图。磁极间的区域可视为匀强磁场，矩形线框绕轴匀速转动，图示时刻线框平面平行于磁感线。下列说法正确的是（     ） A．图示时刻电流方向为 B．图示时刻再经过周期，电压表的示数将变为零 C．图示时刻回路中的瞬时电动势最大 D．若把矩形线框换成等面积、阻值相同的圆形线圈，其他条件不变，则电压表示数不同 知识解构 考向1 有关中性面的问题 考向破译 01 考点一 C 交变电流的产生规律 【例2】图1为小型交流发电机的原理图，其单匝矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO'匀速转动，线圈的两端经集流环和电刷与R=10Ω的电阻连接，发电机内总电阻r=2Ω，与电阻R并联的交流电压表为理想电压表，示数是10V。图2是矩形线圈中磁通量Φ随时间t变化的图像，则（　　） A．该电动势的瞬时值（V） B．t=0.02s时，R两端的电压瞬时值为零 C．该交变电流每1秒中电流方向改变50次 D．线圈从图示位置转过90°的过程中通过电阻R的电荷量为 知识解构 考向2 交变电流的图像问题 考向破译 01 考点一 D 交变电流的产生规律 通过电阻R的电荷量 【变式训练2·变考法】如图所示，空间区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场，其磁感应强度大小，为磁场的右边界。磁场内一匝数的正方形闭合金属导线框平行于纸面放置，线框的边长，其右边与磁场边界重合。时刻线框从图示位置开始逆时针（俯视）绕以角速度匀速转动，此过程中感应电动势E随时间t变化的图像可能正确的是（　　） 知识解构 考向2 交变电流的图像问题 考向破译 01 考点一 C 交变电流的产生规律 在内，即时间内，线圈处于磁场外部，产生的电动势一直为0 知识解构 知识点01 有效值的理解与计算 考向破译 02 考点二 交变电流“四值”的理解和应用 1.求解有效值的两个关键点 (1)计算有效值的根据是电流的热效应，抓住“三同”：“相同时间”内“相同电阻”上产生“相同热量”列式求解。 (2)利用公式Q＝I2Rt和Q＝t可分别求得电流有效值和电压有效值。 知识解构 知识点01 有效值的理解与计算 考向破译 02 考点二 交变电流“四值”的理解和应用 2.几种典型交变电流的有效值 电流图像 有效值 正弦式 交变电流 I＝ 正弦半波 电流 I＝ 矩形脉冲 电流 非对称性 交变电流 知识解构 知识点02 交变电流“四值”的比较 考向破译 02 考点二 交变电流“四值”的理解和应用 物理含义 重要关系 适用情况 瞬时值 交变电流某一时刻的值 e＝Emsin ωt e＝Emcos ωt 正弦形式，从中性面开始 余弦形式，从垂直中性面开始 峰值 交变电流最大的瞬时值 Em＝nBSω Im＝ 确定用电器的耐压值、电容器的击穿电压 知识解构 知识点02 交变电流“四值”的比较 考向破译 02 考点二 交变电流“四值”的理解和应用 物理含义 重要关系 适用情况 有效值 跟交变电流的热效应等效的恒定电流值 E＝ U＝ (1)计算与电流热效应相关的量(如功率、热量) (2)交流电表的测量值 (3)电器设备的额定电压、额定电流 (4)保险丝的熔断电流 平均值 i­t图像中图线与时间轴所围面积与时间的比值 ＝n ＝ 计算通过电路某截面的电荷量 【例1】如图所示，交流发电机中的线圈ABCD绕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10 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下 D．若仅将线圈的转速加倍，则电动势的最大值变为20 V 知识解构 考向1 交变电流的最大值 考向破译 02 考点二 D 交变电流“四值”的理解和应用 【变式训练1·变考法】一电阻恒定的矩形线圈，匝数为100匝，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，穿过每一匝线圈的磁通量Φ随时间t变化的规律如图所示，下列结论正确的是（      ） A．感应电动势的最大值为100 V B．在t=0.2 s和t=0.4 s时，线圈处于中性面位置 C．在t=0.1 s和t=0.3 s时，线圈受到的安培力为零 D．将线圈转速提高为原来的2倍，则一个周期内线圈产生的热量变为原来的4倍 知识解构 考向1 交变电流的最大值 考向破译 02 考点二 C 交变电流“四值”的理解和应用 一个周期内热量 【例2】如图甲所示，在，的区域中存在垂直平面向里、磁感应强度大小为的匀强磁场（用阴影表示磁场的区域），边长为的正方形线圈与磁场边界重合，线圈以轴为转轴匀速转动时，产生的交变电动势如图乙所示。若仅磁场的区域发生变化，变化后磁场的区域如图丙所示，则线圈中产生的电动势可能变为（用实线部分表示）（　　） 知识解构 考向2 交变电流的瞬时值 考向破译 02 考点二 C 交变电流“四值”的理解和应用 感应电动势为当时， 【变式训练2·变考法】如图所示，在水平面内质量为的导棒置于、组成的宽为导轨上，导轨电阻不计，导棒电阻，轨道间充满垂直纸面向里的磁感应强度为 的磁场，导轨端连接一原副线圈匝数比为：的理想变压器，副线圈接有阻值为的电阻。某时刻开始，导棒在外力的作用下以 的速度开始运动，向右为正方向，不计一切阻力，下列说法正确的是（      ） A．导棒中产生的电动势 B．原线圈两端的电压 C．电阻的消耗功率为 D． 内外力对导棒做的功为 知识解构 考向2 交变电流的瞬时值 考向破译 02 考点二 D 交变电流“四值”的理解和应用 知识解构 考向2 交变电流的瞬时值 考向破译 02 考点二 交变电流“四值”的理解和应用 【答案】D 【详解】A．导棒中产生的电动势，故A错误； B．根据理想变压器的电压比和电流比可得，，由闭合电路特点可得，根据 ，综合以上各式可得，原线圈两端的电压，，， ，故B错误； C．电阻的消耗功率 ，故C错误； D．该正弦交流电的周期 ， 刚好是个周期，在这段时间内电动势有效值为 ，所以在本段时间内产生的热量为 ， 时刻导体棒的速度 由能量守恒定律得内外力对导棒做的功 ，故D正确。故选D。 【例3】图中的MN上方空间有垂直线框平面的匀强磁场，直角扇形导线框垂直于线框平面的轴O 以角速度匀速转动，扇形导线框半径为，电阻为，线框从图中所示位置开始转动一周的过程中，线框内感应电流的有效值是（　　） A． B． C． D． 知识解构 考向3 交变电流的有效值 考向破译 02 考点二 D 交变电流“四值”的理解和应用 知识解构 考向3 交变电流的有效值 考向破译 02 考点二 交变电流“四值”的理解和应用 【答案】D 【详解】ABCD．线框以角速度ω匀速转动，根据线框与磁场的相对位置，可将转动一周分为以下四个阶段： 第一阶段0到，线框完全在磁场外，感应电动势； 第二阶段到，线框开始转入磁场，线框半径转动切割磁感线，此阶段感应电动势（顺时针方向）； 第三阶段到，线框完全转入磁场，磁通量变化率为 0，感应电动势； 第四阶段到，线框开始转出磁场，线框半径转动切割磁感线，此阶段感应电动势（逆时针方向）； 线框电阻为，一个周期内产生的热量Q等于有电动势阶段产生的热量之和为代入数据得根据有效值公式联立得，故ABC错误，D正确。 故选D。 【变式训练3·变考法】在如图甲所示电路中接入如图乙所示的正弦交流电，两个电阻阻值，假设两个二极管正向电阻为0、反向电阻无穷大。闭合开关S，则（　　） A．图乙中正弦交流电电压的有效值为 B．3s内电阻上产生的热量为2904J C．电阻消耗的电功率为242W D．正弦交流电源的输出功率为968W 知识解构 考向3 交变电流的有效值 考向破译 02 考点二 D 交变电流“四值”的理解和应用 因为二极管的单向导电性，设加在两个电阻两端电压的有效值为，根据焦耳定律可得解得因为，所以两个电阻的功率相等，均为则3s内电阻R1上产生的热量为 【例4】如图，在，的区域内存在垂直xoy平面向里，磁感应强度大小为B的匀强磁场，矩形线圈abcd绕y轴以角速度沿着顺时针方向（俯视）匀速转动，矩形线圈ab边的长度为2l，bc边的长度为l，线圈由同种均匀材料制成，总电阻为R，时刻，线圈平面和磁场方向垂直，bc边位于位置，下列说法正确的是（     ） A．内，通过线框横截面的电荷量为0 B．内，通过线框横截面的电量为 C．时， D．时，b、c两端电势差 知识解构 考向4 交变电流的平均值 考向破译 02 考点二 B 交变电流“四值”的理解和应用 知识解构 考向4 交变电流的平均值 考向破译 02 考点二 交变电流“四值”的理解和应用 【答案】B 【详解】AB．线圈平面与磁场垂直，bc 边位于，ad 边位于 x=0，此时有效面积磁通量转动过程中，线圈绕 y 轴转动，其在 xoy 平面的投影长度为 当 时，，线圈在磁场中的投影区域的有效面积不变。因此磁通量 不变，感应电流为0，通过电荷量为0。当时，线圈转过角度线圈完全位于磁场区域内。此时线圈实际面积由于线圈转过，线圈平面法线与磁场方向夹角为，则磁通量 ，时间内，磁通量变化量，通过线框横截面的电荷量, 故A错误，B正确； CD．时，电路的瞬时电动势线圈的总长度为，则单位长度的电阻则等效电源的外阻为作为电源其内部电流从b流向c，故，故CD错误。故选B。 【变式训练4·变考法】如图甲所示，交流发电机的矩形金属线圈abcd的匝数，线圈的总电阻，线圈位于匀强磁场中，且线圈平面与磁场方向平行。线圈的两端分别与两个彼此绝缘的铜环E、F（集流环）焊接在一起，并通过电刷与阻值的定值电阻连接。现使线圈绕过bc和ad边中点且垂直于磁场的转轴以一定的角速度匀速转动。穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图乙所示。若电路其他部分的电阻以及线圈的自感系数均可忽略不计。则下列说法中正确的是（      ） A．线圈匀速转动1分钟电阻中电流方向改变100次 B．线圈中产生感应电流的有效值为 C．由图甲处转过时，通过电阻的电量 D．由图甲处转过时，电阻上产生的热量 知识解构 考向4 交变电流的平均值 考向破译 02 考点二 C 交变电流“四值”的理解和应用 真题溯源·考向感知 ——溯源真题逻辑，感知高考考向 1．（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 真题溯源·考向感知 溯源真题逻辑，感知高考考向 C 2．（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． 真题溯源·考向感知 溯源真题逻辑，感知高考考向 D 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 2027年高考一轮复习讲练测 $