2026年高考物理一轮讲义+练习(湖南专用)第58讲交变电流的产生和描述(复习讲义)(学生版+解析)

这是一份2026年高考物理一轮讲义+练习(湖南专用)第58讲交变电流的产生和描述(复习讲义)(学生版+解析)，文件包含四川省彭州中学2025-2026学年高二上学期期末考试政治试题Word版含解析docx、四川省彭州中学2025-2026学年高二上学期期末考试政治试题原卷版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共46页， 欢迎下载使用。
\l "_Tc17176" 01考情解码 \l "_Tc7022" ·命题预警TOC \ "1-3" \h \u \l "_Tc20719" PAGEREF _Tc20719 \h 2
02 \l "_Tc7022" 体系构建·思维可视 \l "_Tc12438" PAGEREF _Tc12438 \h 3
03 \l "_Tc306" 核心突破·靶向攻坚 \l "_Tc19003" PAGEREF _Tc19003 \h 4
\l "_Tc8499" 考点一 正弦式交变电流的产生和描述 PAGEREF _Tc8499 \h 4
\l "_Tc1919" 知识点1 正弦式交变电流产生过程中的两个特殊位置 PAGEREF _Tc1919 \h 4
\l "_Tc20012" 知识点2 交变电流瞬时值表达式 PAGEREF _Tc20012 \h 4
\l "_Tc7140" 考向1 交变电流的产生及图像 PAGEREF _Tc7140 \h 4
\l "_Tc25141" 考向2 交变电流的函数表达式 PAGEREF _Tc25141 \h 6
\l "_Tc715" 考点二 有效值的理解与计算 PAGEREF _Tc715 \h 9
\l "_Tc158" 知识点1 求解交变电流有效值的方法 PAGEREF _Tc158 \h 9
\l "_Tc31189" 考向1交变电流有效值的求解 PAGEREF _Tc31189 \h 9
\l "_Tc16850" 考点三 交变电流“四值”的理解和应用 PAGEREF _Tc16850 \h 13
\l "_Tc27619" 知识点1 对交变电流“四值”的比较 PAGEREF _Tc27619 \h 13
\l "_Tc20677" 考向1交变电流四值的理解和应用 PAGEREF _Tc20677 \h 14
04 \l "_Tc7022" 真题溯源·考向感知 \l "_Tc32078" PAGEREF _Tc32078 \h 18

考点一 交变电流的产生及变化规律
知识点1．正弦式交变电流产生过程中的两个特殊位置
知识点2．正弦式交变电流的变化规律
考向1 交变电流的产生及图像
例1 （2025·湖南怀化·一模）如图所示，图甲是自行车发电机与车轮接触部分的照片，图乙为内部发电装置图。已知发电机转轮（转速与发电机线圈一样）的半径为，发电机线圈所围面积为、匝数为、电阻为，匀强磁场的磁感应强度为，其中P、Q为固定的半圆环，始终与线圈保持良好接触，外接电阻为。当自行车以某速度在平直公路上匀速行驶时受到地面及空气的总阻力为，外接电阻消耗的电功率为。则（ ）
A．从图示位置开始计时，中流过的是正弦式交变电流
B．流经外接电阻的电流方向变化的频率为
C．自行车的行驶速度
D．骑车人做功的功率
【变式训练1】（2025·广东茂名·模拟预测）某款电热毯内部简化电路结构如图甲所示，其中电热丝的电阻，电压表为理想交流电压表，交流电压的变化规律如图乙所示，下列说法正确的是（ ）
A．交流电压的变化频率为
B．图甲中交流电压表的读数为
C．电热毯工作时的电流为
D．电热毯工作时的功率为
．【变式训练2】（2025·安徽·模拟预测）市场上有一款按压式发电的手电筒，当按照一定频率按压时，内置的微型发电机线圈转动。已知线圈的匝数为N，闭合回路的总电阻为R，穿过线圈的磁通量随时间按照图示正弦规律变化，下列说法正确的是（ ）
A．时线圈中电动势最大
B．线圈中电流的最大值为
C．在一个周期内克服安培力做功为
D．在一个周期内通过线圈的总电荷量为
\l "_Tc16322" 考向2 交变电流的函数表达式
例2 ．（2025·湖南·一模）如图（a）所示的智能机器人广泛应用于酒店、医院等场所。机器人内电池的容量为25000mA·h，负载10kg时正常工作电流约为5A，电池容量低于20%时不能正常工作，此时需要用充电器对其进行充电，充电器的输入电压如图（b）所示。下列说法正确的是（ ）
A．充电器的输入电流频率为100Hz
B．充电器的输入电压瞬时表达式为（V）
C．机器人充满电后电池的电量为25C
D．机器人充满电后，负载10kg时大约可以持续正常工作5h
【变式训练1】（2025·湖南永州·模拟）.如图所示为一交流发电机的原理示意图，装置中两磁极之间产生的磁场可近似为匀强磁场，发电机的矩形线圈abcd在磁场中可绕过bc边和ad边中点且垂直于磁场方向的水平轴OO׳匀速转动。为了便于观察，图中发电机的线圈只画了其中的1匝，用以说明线圈两端的连接情况。线圈在转动过程中可以通过滑环和电刷保持其两端与外电路的定值电阻R连接。已知矩形线圈ab边和cd边的长度L1=20cm，bc边和ad边的长度L2=30cm，匝数N=100匝，线圈转动的角速度ω=400rad/s，匀强磁场的磁感应强度B=0.1T。线圈的总电阻r=1Ω，外电路的定值电阻R=9Ω，其余电阻不计。电流表和电压表均为理想电表，图示位置线圈平面和磁场方向垂直。求：
(1)线圈从图示位置开始转过30°时的瞬时感应电动势e；
(2)电流表的示数I；
(3)线圈从图示位置转过180°的过程中流过电阻R的电荷量q。
【变式训练2】（2025·北京西城·二模）交流发电机的示意图如图1所示，两磁极间的磁场可视为匀强磁场，矩形线圈ABCD绕垂直于磁场的轴OO'沿逆时针方向匀速转动，发电机的电动势随时间按正弦函数的规律变化，如图2所示。发电机线圈电阻为5Ω，外电路接的定值电阻。下列说法正确的是（ ）
A．理想电流表的示数为2.2A
B．电动势瞬时值的表达式为
C．线圈经过图示位置时，电流方向为ABCDA
D．线圈经过图示位置时，产生的电动势为220V

考点二 交变电流有效值的理解和计算
知识点1．对有效值的理解
(1)交流电流表、交流电压表的示数是指有效值；
(2)用电器铭牌上标的值(如额定电压、额定功率等)指的均是有效值；
(3)计算热量、电功率及保险丝的熔断电流用的是有效值；
(4)通常没有特别加以说明的，一般指有效值。
知识点2．有效值的两种计算方法
(1)公式法：对于正(余)弦式交变电流，利用E＝eq \f(Em,\r(2))、U＝eq \f(Um,\r(2))、I＝eq \f(Im,\r(2))计算有效值。
注意：若图像一部分是正(余)弦式交变电流，其中的eq \f(1,4)周期(必须是从零至最大值或从最大值至零)和eq \f(1,2)周期部分可直接应用正弦式交变电流有效值与最大值间的关系I＝eq \f(Im,\r(2))、U＝eq \f(Um,\r(2))求解。
(2)定义法：对于非正弦式交变电流，计算有效值时要抓住“三同”，即“相同时间”内“相同电阻”上产生“相同热量”，列式求解时相同时间一般取一个周期或周期的整数倍。
考向1 正（余）弦式交变电流有效值的计算
例1 （2025·．湖南娄底第一中学阶段测试）如图为交流发电机的示意图，N、S极间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，矩形线圈ABCD绕垂直于磁场的轴OO'沿逆时针方向匀速转动，发电机的电动势随时间的变化规律为e=20sin100πtV，外电路接有阻值R=10Ω的定值电阻，线圈电阻不计，下列说法正确的是( )
A. 电流变化的周期为0.01s
B. 电流表的示数为2A
C. 线圈经过图示位置，电流方向改变
D. 线圈在图示位置时，产生的电动势为20V
【变式训练1】如图所示，边长为L的单匝正方形金属线框abcd一半处于磁感应强度为B的有界匀强磁场中（图竖直固定转轴的左侧有垂直于纸面向里的磁场），线框绕转轴以角速度匀速转动。线框转动过程中在ab、cd边的中点P、Q连接右侧电路将电流输送给小灯泡。灯泡和线框的电阻均为R，不计P、Q的接触电阻及导线电阻。从图示位置开始计时，则（ ）
A．在图示位置，线框磁通量变化率为零
B．线框转过时电流方向发生改变
C．线框产生的电动势最大值为
D．图中理想电压表的示数为
考向2 非正（余）弦式交变电流有效值的计算
例2 （2025·湖南益阳·一模）如图所示为周期为0.4s的交变电流，让该电流通过R=10Ω的电阻，则( )
A. 前0.4s内电阻的发热量为640JB. 前0.3s内电阻的发热量为300J
C. 电阻的电功率为1625WD. 电阻的电功率为1000W
解题技巧
求解非正弦式交变电流有效值的方法
1.结论法
如果图像的一部分是正弦式交变电流的14周期（必须是从零至最大值或从最大值至零）或者12周期，可直接应用正弦式交变电流的有效值与最大值之间的关系E＝Em2、U＝Um2、I＝Im2求解。
2.有效值定义法（非正、余弦式交变电流）
计算时要抓住“三同”，即“相同时间”内“相同电阻”上产生“相同热量”，列式求解时注意时间取一个周期。
【变式训练1】如图所示，是一个交变电流的电流强度i 随时间t 变化的规律。此交变电流的有效值是( )
A. 5 2AB. 5AC. 3.5 2AD. 3.5A

考点三 交变电流“四值”的理解及应用
知识点 交变电流“四值”的理解与应用
考向 交流电的四值
例1（2025湖南省邵阳市高三一模）间距为的两根平行光滑金属导轨MN、PQ固定放置在同一水平面内，两导轨间存在大小为，方向垂直导轨平面向外的匀强磁场，导轨左端串接一阻值为的定值电阻，导体棒垂直放在导轨上，如图所示。当水平圆盘匀速转动时，固定在圆盘上的小圆柱带动T形支架在水平方向往复运动，T形支架进而驱动导体棒在水平面内做简谐运动，以水平向右为正方向，其位移x与运动时间t的关系为。已知导体棒质量为，总是保持与导轨接触良好，除定值电阻外其余电阻均忽略不计，空气阻力忽略不计，不考虑电路中感应电流的磁场，则下列说法正确的是（ ）
A. 导体棒在运动过程中，产生感应电流的最大值为
B. 在时间内，通过导体棒的电荷量为0.25C
C. 在时间内，T形支架对导体棒做功
D. 当T形支架对导体棒的作用力为0时，导体棒的速度大小为
【变式训练1】2025·河南开封·模拟预测）如图，一台线圈匝数为20匝、内阻为的小型发电机外接理想交流电压表和电阻为11.5的灯泡。图示位置线圈平面与匀强磁场的磁感线平行，从该位置开始计时，灯泡两端的电压随时间的变化关系为。下列说法正确的是
A．图示位置时边中的电流方向由
B．线圈位于图示位置时，电压表的示数为
C．穿过线圈的磁通量变化率的最大值为
D．内，通过线圈某一横截面的电荷量为
【变式训练2】（2025·山东·一模）如图甲所示，两足够长的光滑平行金属导轨固定在水平面内，处于磁感应强度为，方向竖直向上的匀强磁场中，导轨间距为，左端连接一定值电阻和理想交流电流表，一质量为、电阻为的金属棒垂直导轨放置，与导轨始终接触良好。现对金属棒施加一个平行于导轨的拉力，使得金属棒运动的速度随时间按如图乙所示的正弦规律变化。其中已知，不计导轨的电阻。下列说法正确的是（ ）
A．电流表的示数
B．在的过程中，拉力所做的功
C．的过程中流过线圈的电量为
D．的过程中流过线圈的电量为
1（2025·湖南·高考真题）如图，某小组设计了灯泡亮度可调的电路，a、b、c为固定的三个触点，理想变压器原、副线圈匝数比为k，灯泡L和三个电阻的阻值均恒为R，交变电源输出电压的有效值恒为U。开关S与不同触点相连，下列说法正确的是（ ）
A．S与a相连，灯泡的电功率最大
B．S与a相连，灯泡两端的电压为
C．S与b相连，流过灯泡的电流为
D．S与c相连，灯泡的电功率为
2.（2025·北京·高考真题）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
3.（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2L、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0.5L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2L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．BLvB．2BLv2C．3BLv2D．10BLv4
4.（2025·浙江·高考真题）如图1所示，在平面内存在一以O为圆心、半径为r的圆形区域，其中存在一方向垂直平面的匀强磁场，磁感应强度B随时间变化如图2所示，周期为3t0。变化的磁场在空间产生感生电场，电场线为一系列以O为圆心的同心圆，在同一电场线上，电场强度大小相同。在同一平面内，有以O为圆心的半径为2r的导电圆环I，与磁场边界相切的半径为0.5r的导电圆环Ⅱ，电阻均为R，圆心O对圆环Ⅱ上P、Q两点的张角φ=30°；另有一可视为无限长的直导线CD。导电圆环间绝缘，且不计相互影响，则（ ）
A．圆环I中电流的有效值为3πr2B0Rt0
B．t=1.5t0时刻直导线CD电动势为πr2B0t0
C．t=0.5t0时刻圆环Ⅱ中电流为πr2B012Rt0
D．t=0.5t0时刻圆环Ⅱ上PQ间电动势为112πr2B0t0
5.（2024·湖南·高考真题）根据国家能源局统计，截止到2023年9月，我国风电装机4亿千瓦，连续13年居世界第一位，湖南在国内风电设备制造领域居于领先地位。某实验小组模拟风力发电厂输电网络供电的装置如图所示。已知发电机转子以角速度匀速转动，升、降压变压器均为理想变压器，输电线路上的总电阻可简化为一个定值电阻。当用户端接一个定值电阻R时，上消耗的功率为P。不计其余电阻，下列说法正确的是（ ）
A. 风速增加，若转子角速度增加一倍，则上消耗的功率为4P
B. 输电线路距离增加，若阻值增加一倍，则消耗的功率为4P
C. 若升压变压器的副线圈匝数增加一倍，则上消耗的功率为8P
D. 若在用户端再并联一个完全相同的电阻R，则上消耗的功率为6P
6．（2024·广东·高考真题）将阻值为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
B．通过电阻电流的峰值为
C．电阻在1秒内消耗的电能为
D．电阻两端电压表达式为
7．（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．
8.（2023·湖南·高考真题）某同学自制了一个手摇交流发电机，如图所示。大轮与小轮通过皮带传动（皮带不打滑），半径之比为，小轮与线圈固定在同一转轴上。线圈是由漆包线绕制而成的边长为的正方形，共匝，总阻值为。磁体间磁场可视为磁感应强度大小为的匀强磁场。 大轮以角速度匀速转动，带动小轮及线圈绕转轴转动，转轴与磁场方向垂直。线圈通过导线、滑环和电刷连接一个阻值恒为的灯泡。假设发电时灯泡能发光且工作在额定电压以内，下列说法正确的是（ ）

A. 线圈转动的角速度为
B. 灯泡两端电压有效值为
C. 若用总长为原来两倍的相同漆包线重新绕制成边长仍为的多匝正方形线圈，则灯泡两端电压有效值为
D. 若仅将小轮半径变为原来的两倍，则灯泡变得更亮
9．（2024·山东·高考真题）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（ ）
A．B．
C．D．
10．（2024·广西·高考真题）某兴趣小组为研究非摩擦形式的阻力设计了如图甲的模型。模型由大齿轮、小齿轮、链条、阻力装置K及绝缘圆盘等组成。K由固定在绝缘圆盘上两个完全相同的环状扇形线圈、组成。小齿轮与绝缘圆盘固定于同一转轴上，转轴轴线位于磁场边界处，方向与磁场方向平行，匀强磁场磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里，与K所在平面垂直。大、小齿轮半径比为n，通过链条连接。K的结构参数见图乙，其中，每个线圈的圆心角为，圆心在转轴轴线上，电阻为R。不计摩擦，忽略磁场边界处的磁场，若大齿轮以的角速度保持匀速转动，以线圈的ab边某次进入磁场时为计时起点，求K转动一周。
（1）不同时间线圈受到的安培力大小；
（2）流过线圈的电流有效值；
（3）装置K消耗的平均电功率。
考点要求
考察形式
2025年
2024年
2023年
交变电流的产生和描述
选择题
2023·湖南卷
交变电流有效值的理解和计算
选择题
2023·湖南卷
交变电流“四值”的理解与应用
选择题
2023·湖南卷
考情分析：
从近几年的湖南高考试题看，交变电流的产生和描述往往渗透在理想变压器中考查，常以选择题或填空题形式出现。注重综合应用，常与电路、能量等知识结合命题，考查学生解决复杂问题的能力。同时，题目情境会更加新颖，可能结合现代科技、生活实际等，考查学生知识迁移能力。
2．从命题思路上看，试题情景为
常以交变电的正弦图像和导线框在磁场中的转动为背景出题，也会结合科技类题型，如发电机的工作原理等进行考查，注重考查学生对基本概念和规律的理解及应用能力。
复习目标：
目标1.理解正弦式交变电流的产生过程，能正确书写交变电流的函数表达式。
目标2.理解并掌握交变电流图像的意义。
目标3.理解描述交变电流的几个物理量，会计算交变电流的有效值。
目标4.正确理解交变电流的四值，并进行有关计算。
位置
中性面位置
与中性面垂直的位置
图示
特点
B⊥S
B∥S
Φ＝BS，最大
Φ＝0，最小
e＝neq \f(ΔΦ,Δt)＝0，最小
e＝neq \f(ΔΦ,Δt)＝nBSω，最大
电流为零，方向改变
电流最大，方向不变
物理量
函数表达式
图像
磁通量
Φ＝Φmcs ωt＝BScs ωt
电动势
e＝Emsin ωt＝nBSωsin ωt
电流
i＝Imsin ωt＝eq \f(Em,R＋r)sin ωt
电压
u＝Umsin ωt＝eq \f(REm,R＋r)sin ωt
物理量
表达式
适用情况及说明
瞬时值
e＝Emsin ωt
u＝Umsin ωt
i＝Imsin ωt
计算线圈某时刻的受力情况
最大值
（峰值）
Em＝nBSω
Im＝EmR＋r
讨论电容器的击穿电压
有效值
对正弦式交变电流有E＝Em2；U＝Um2；I＝Im2
（1）计算与电流的热效应有关的量（如电功、电功率、电热等）；
（2）电气设备“铭牌”上所标的一般是有效值；
（3）保险丝的熔断电流为有效值；
（4）电表的读数为有效值
平均值
E＝BLv；E＝nΔΦΔt；I＝ER＋r
计算通过电路横截面的电荷量