2026届高三物理二轮复习讲义-交变电流

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知识点复习
交变电流（AC）
定义：方向和大小随时间做周期性变化的电流，简称交流；
直流：方向不随时间变化的电流（DC）；
恒定电流：大小和方向都不随着时间变化的电流；
交变电流的产生
装置特征：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；
核心原因：导体棒切割磁感线，产生感应电动势；
两个关键面：
中性面
①特征： ；
②此刻切割速度 ；此刻电压、电流大小 ；
③电流方向发生变化
④从中性面开始计时特征：
磁通量：
电动势：
电流：
峰值面
①特征： ；
②此刻切割速度为 ；电流、电压大小 ；
③从峰值面开始计时特征：
磁通量：
电动势：
电流：
上述公式推导过程：
①电动势的最大值：
线圈平面处于峰值面时，AB、CD垂直切割磁感线，有效切割速度，其中R为AB、CD到旋转中心的距离，通过右手定则可以判断出切割磁感线产生的感应电流方向相反，正好在闭合线圈内叠加，因此
②瞬时值的表达式：
假设从中性面开始计时，如左图可知切割磁感线的有效速度为
产生的感应电动势大小为
【例1】（2024·新课标物理）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90°时，线圈中（ ）
A．电流最小B．电流最大
C．电流方向由P指向QD．电流方向由Q指向P
【例2】（2025·北京卷）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100Hz
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102V
四个关键值：
瞬时值：指交变电流某一时刻的值
电动势：
电流：
【求某时刻线圈受力情况使用】
平均值：一段时间内的平均电压和电流
；
【求通过导线横截面的电荷量使用】
峰值
指交变电流瞬间的最大值：
【分析电容器的击穿问题】
有效值：与交变电流一个周期内热效应等效的恒定电流的值
； （仅适用于正余弦交变电流）
【分析电功、电功率、电热、电表示数】
【例3】（2025·黑龙江、吉林、辽宁、内蒙卷）如图，“”形导线框置于磁感应强度大小为B、水平向右的匀强磁场中。线框相邻两边均互相垂直，各边长均为l。线框绕b、e所在直线以角速度ω顺时针匀速转动，be与磁场方向垂直。t=0时，abef与水平面平行，则（ ）
A．t=0时，电流方向为abcdefa
B．t=0时，感应电动势为Bl2ω
C．t=πω时，感应电动势为0
D．t=0到t=πω过程中，感应电动势平均值为0
【例4】（2024·广东卷）将阻值为50Ω的电阻接在正弦式交流电源上。电阻两端电压随时间的变化规律如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．该交流电的频率为100Hz
B．通过电阻电流的峰值为0.2A
C．电阻在1秒内消耗的电能为1J
D．电阻两端电压表达式为u=102sin(100πt)V
【例5】（2021·北京卷）一正弦式交变电流的i - t图像如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．在t=0.4 s时电流改变方向B．该交变电流的周期为0.5 s
C．该交变电流的表达式为i=2cs5πt AD．该交变电流的有效值为22 A
【进阶·综合类题目练习】
Ⅰ.单选题
1．(25-26高二上·河北邢台·期末)如图所示，面积为0.1m2、电阻为0.5Ω的单匝矩形线圈abcd处于匀强磁场中。线圈绕垂直于磁场方向的固定轴OO'以200rad/s的角速度顺时针转动，定值电阻R的阻值为4.5Ω，理想交流电压表的示数为9V。线圈在转动时可通过滑环和电刷保持与电阻R的连接，电路其他部分的电阻以及线圈的自感系数均可忽略不计。t=0时线圈与磁场方向平行，下列说法正确的是（ ）
A．t=0时线圈中的电流方向为a→b→c→dB．t=0时线圈产生的感应电动势为0
C．线圈中电流的最大值为2AD．匀强磁场的磁感应强度大小为9220T
2．(25-26高二上·浙江温州·期末)如图所示，电阻不计的矩形线圈abcd处在垂直纸面向里的匀强磁场中，绕垂直于磁场的转轴OO'以角速度ω=2πrad/s匀速转动。已知线圈匝数n＝100匝，面积S=500cm2，匀强磁场的磁感应强度B＝0.2T，定值电阻R=2Ω，t＝0时，矩形线圈平面和匀强磁场垂直，下列说法正确的是（ ）
A．t＝0时线圈磁通量为零
B．t＝0时线圈感应电动势最大
C．线圈感应电动势表达式为e=2πcs2πtV
D．在t＝0~t＝0.25s时间内，通过电阻R的电荷量为0.5C
3．(25-26高三上·湖北楚天协作体·期中)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=10sin100πtV。下列说法正确的是（ ）
A．该交流电的频率为50Hz，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10V
C．线圈转到图示位置时，AB边受到的安培力方向向下
D．仅线圈转速加倍，电动势为e=20sin100πtV
4．(24-25高二下·广东湛江·期末)如图所示，磁极间的磁场可视为磁感应强度大小为B的匀强磁场，OO'为垂直于磁场方向的转轴。绕OO'轴匀速转动的矩形线圈abcd的面积为S，匝数为N，电阻为r，转动的角速度为ω，从图示位置开始计时。矩形线圈通过滑环接一电阻箱R，图中电压表V为理想交流电表。下列说法中正确的是（ ）
A．矩形线圈从图示位置转过90°时，电压表的示数为0
B．矩形线圈经过图示位置时，线圈中的电流方向为a→d→c→b→a
C．矩形线圈产生的感应电动势的瞬时值表达式为e=NBSωsinωt
D．电阻R消耗的最大功率为N2B2S2ω28r
5．(24-25高二下·福建三明·期末)如图，线圈abcd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a→b→c→d
6．(25-26高二上·湖北武汉黄陂区·期末)2025年中国风力发电量突破万亿千瓦时，继续稳居全球第一位。如图所示，某风轮机带动内部匝数为N的矩形铜质线圈ABCD在水平匀强磁场中，以角速度ω绕垂直于磁场的水平转轴OO逆时针匀速转动产生交流电，已知N匝线圈产生的感应电动势的最大值为Em。则下列说法正确的是（ ）
A．当线圈转到图示位置时产生的瞬时感应电流最大
B．当线圈转到与图示位置垂直时电流表的示数为零
C．当线圈转到图示位置时磁通量的变化率最小
D．当线圈转到图示位置时穿过线圈的磁通量为EmNω
7．(25-26高二·浙江诸暨·期末)如图所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中以ab边为轴匀速转动，从上向下看，线圈以逆时针方向转动。已知ab边长为L1，ad边长为L2，转动角速度为ω，磁场的磁感应强度为B，线圈的电阻为R。以下说法正确的是（ ）
A．在图示位置时线圈的磁通量为0，感应电动势为0
B．在线圈转动的过程中，a、d两点的电势差始终为0
C．从图示位置转过90∘的过程中，通过导线某截面的电量为BL1L2ω
D．从图示位置开始计时，感应电流的瞬时值表达式为i=BL1L2ωRcsωt
Ⅱ.多选题
8．(25-26高二上·上海复旦大学附属中学·期末)“南鲲”号是我国自主研发的首台兆瓦级漂浮式波浪能发电装置，被称为“海上超级充电宝”，其原理如图所示，海浪冲击浪板带动线框以恒定角速度连续转动，从而将海浪的动能和势能转化成电能储存起来。若某时刻线框正好转到图中所示位置，下列说法正确的是（ ）
A．该时刻线框中的电流最大
B．该时刻通过线框磁通量的变化率为零
C．从图中所示位置再转过90°的过程中，电流方向发生改变
D．从图中所示位置再转过180°的过程中，磁通量的变化量不为零
9．(25-26高二上·河南南阳·期末)如图甲所示，在匀强磁场中，同一矩形金属线圈以两次不同的转速绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势随时间变化的e-t图像分别如图乙中曲线a、b所示，则（ ）
A．两次t=0时刻穿过线圈的磁通量变化率为零
B．曲线a对应电流在1s内方向改变50次
C．曲线a、b对应的线圈转速之比为2:3
D．曲线b表示的交变电动势有效值为102V
10．(25-26高二上·黑龙江牡丹江第三高级中学·期末)如图甲所示，匝数为5的矩形金属线框绕垂直于磁感线的轴在匀强磁场中匀速转动，穿过金属线框的磁通量随时间变化的关系如图乙所示，金属线框的总电阻为10Ω，下列说法正确的是（ ）
A．t=0.05s时，金属线框处于中性面位置，产生的感应电动势最小
B．金属线框中产生的感应电动势的最大值为50V
C．金属线框中产生的感应电流的有效值为5A
D．0.05∼0.15s时间内，通过金属线框某横截面的电荷量为12πC
11．(25-26高二上·浙江舟山·期末)如图所示，正方形线圈abcd面积为S，匝数为N，线圈电阻为R，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO'轴以角速度ω匀速转动，外电路电阻也为R，电表均视为理想电表。下列判断正确的是（ ）
A．电压表读数为NBSω2
B．电流表读数为NBSω22R
C．在线圈转过一圈的过程中，外力做功为πN2B2S2ω2R
D．线圈由图示位置转过90°的过程中，流过电流表的电量为BS2R
巩固复盘
（一）交变电流的产生过程分析
1.如图甲，线圈平面 磁感线，AB、CD边的速度方向与磁感线 ，线圈 感应电动势；
2.如图乙，线圈逆时针转过90°，线圈平面与磁感线平行，AB、CD边都垂直切割磁感线，这时感应电动势 ，线圈中的感应电流也 ，感应电流方向为 ；
3.如图丙，当线圈再逆时针转过90°时线圈平面又 于磁感线，线圈 感应电动势；
4.如图丁，当线圈再逆时针转过90°时，AB、CD边的瞬时速度方向跟线圈经过乙图位置时的速度方向相反，产生的感应电动势方向也跟在乙图位置时相反，感应电流方向为 。
（二）四值问题
年份
卷别
考察角度
2025
黑吉辽内
交变电流的产生原理
2024
新课标物理
交变电流的产生原理
2025
北京卷
交变电流四值分析
2024
广东卷
交变电流四值分析
名称
瞬时值
平均值
峰值
有效值
公式
使用情况