2025年物理新高考备考2025年（版）物理《三维设计》一轮总复习（提升版）第1讲　交变电流的产生和描述

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认识电磁学在人类生活和社会发展中的作用。4.知道非电学量转换成电学量的技术意义。5.初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想，初步了解场的统一性与多样性，体会物理学对统一性的追求。6.通过实验，了解电磁振荡。知道电磁波的发射、传播和接收。7.认识电磁波谱。知道各个波段的电磁波的名称、特征和典型应用。实验十四：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。实验十五：传感器的简单应用备考策略理解正弦式交变电流的产生和图像，掌握正弦式交变电流的“四值”，根据电流热效应计算有关非正弦式交变电流的有效值，根

据理想变压器基本原理和电学基础知识，处理远距离输电的相关问题；理解电磁振荡的过程，用电磁波的基本知识处理简单问题；会利用传感器的基本原理分析和制作简单的自动控制装置CONTENTS考点一01考点二0203考点三04题型拓展广度05跟踪训练·巩固提升01考点一交变电流的产生及变化规律1.产生在匀强磁场中线圈绕

⁠磁场方向的轴匀速转动。垂直于2.两个特殊位置的特点

3.一个周期内线圈中电流的方向改变

⁠次。最大发生改变最大不改变两（1）最大值Em＝

，与转轴位置

，与线圈形状

⁠

（均选填“有关”或“无关”）。（2）周期和频率

②频率（f）：交变电流在单位时间内完成周期性变化的

⁠

。单位是赫兹（Hz）。

NBSω

无关无关一次周期性次

数4.描述交变电流的物理量5.交变电流的变化规律（线圈从中性面开始计时）函数表达式图像磁通量Φ＝

＝

⁠

电动势e＝

＝

⁠

Φmcosωt

BScosωt

Emsinωt

NBSωsinωt

▢判断小题1.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，一定会产生正弦式交变电流。

（

×

）2.线圈在磁场中转动的过程中穿过线圈的磁通量最大时，产生的感应

电动势也最大。

（

×

）3.线圈经过中性面时，感应电动势为零，感应电流方向发生改变。

（

√

）4.当线圈从垂直中性面开始计时，产生的电动势按正弦规律变化，即

e＝Emsinωt。

（

×

）××√×1.【交变电流的产生】交流发电机的示意图如图所示，当线圈

ABCD绕垂直于磁场方向的转轴OO'匀速转动时，电路中产生的最大

电流为Im，已知线圈转动的周期为T，下列说法正确的是（

）A.图示位置磁通量最大，磁通量的变化率最大B.图示位置电流最大，方向为A→B

2.【交变电流的变化规律】

如图甲所示，一矩形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速

转动，线圈内磁通量Φ随时间t变化规律如图乙所示，则下面说法正

确的是（

）A.t1时刻线圈中的感应电动势最大B.t2时刻ad的运动方向与磁场方向垂直C.t3时刻线圈平面与中性面垂直D.t4、t5时刻线圈中感应电流方向相同解析：

t1时刻，磁通量最大，感应电动势为零，故A错误；t2时

刻，磁通量为零，感应电动势最大，ad边切割磁感线的有效速度最

大，即ad的运动方向与磁场方向垂直，故B正确；t3时刻，磁通量最

大，感应电动势为零，所以线圈处于中性面，故C错误；t5时刻，磁

通量最大，感应电动势为零，所以线圈处于中性面，电流改变方

向，故D错误。02考点二交变电流有效值的求解1.有效值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

相等，则这个恒定电流的电流I

与电压U就是这个交变电流的有效值。2.正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系产生的热量

▢判断小题

2.交变电流的有效值就是一个周期内的平均值。

（

×

）××

1.【正弦式交变电流有效值的计算】（多选）（2023·湖南高考9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4∶1，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L的正方形，共n匝，总阻值为R。磁体间磁场可视为磁感应强度大小为B的匀强磁场。大轮以角速度ω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R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4ωD.若仅将小轮半径变为原来的两倍，则灯泡变得更亮

2.【非正（余）弦式交变电流有效值的计算】在如图甲所示的电路

中，电源输出如图乙所示的交变电流（不计内阻）。电阻R的阻值

为10Ω，电表均为理想电表。下列判断正确的是

（

）A.电压表的示数为10VB.电流表的示数为2AC.若将某电容器替换电阻R，欲使电路安全运行，其耐压值最少为10VD.电阻R在任意三分之一个周期内产生的热量一定等于0.1J

3.【半波交变电流有效值的计算】（多选）利用半导体二极管的单向

导电性，可以对交变电流进行整流，将交变电流变为直流。一种简

单的整流电路如图甲所示，a、b为交变电流信号输入端，D为半导

体二极管，R为定值电阻。信号输入后，电阻R两端的电压如图乙所

示，则下列说法正确的是

（

）A.交变电流的频率为50HzC.若电阻R＝10Ω，则1min内R产生的热量为1.5×104JD.一个标有“95V，30μF”的电容器并联在电阻R两端，可以正常工作

1.“三步法”计算有效值

03考点三交变电流“四值”的理解和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，i＝Imsinωt计算线圈某时刻的受

力情况峰值最大的瞬时值讨论电容器的击穿电

压物理量物理含义重要关系适用情况及说明有效值跟交变电流的

热效应等效的

恒定电流的值（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）电流表和电压表的

测量值；（4）保险丝的熔断电流

为有效值物理量物理含义重要关系适用情况及说明平均值交变电流图像

中图线与时间

轴所夹的面积

与时间的比值计算通过电路横截面的电

荷量【例1】

（多选）发电机的示意图如图甲所示，边长为L的正方形金

属框，在磁感应强度为B的匀强磁场中以恒定角速度绕OO'轴转动，阻

值为R的电阻两端的电压如图乙所示。其他电阻不计，图乙中的Um为

已知量。则金属框转动一周

（

）A.框内电流方向不变B.电动势的最大值为Um

【例2】

（多选）（2024·河北沧州模拟）半径为r的圆形导体框与小

灯泡组成如图甲所示的回路，框内存在匀强磁场，磁感应强度随时间

按正弦规律变化，如图乙所示（规定垂直纸面向里为磁场的正方

向），圆形导体框电阻为R1，小灯泡电阻为R2，其他电阻不计，磁感

应强度最大值为B0，变化周期为T，电压表为理想电压表，下列说法

正确的是（

）

04题型拓展广度产生正弦交流电的几种非常规方式

导体棒在匀强

磁场中平动导体棒在匀强磁场中匀速平动，但导体棒切割磁感线

的有效长度按正弦规律变化，则导体棒组成的闭合电

路中就会产生正弦式交变电流导体棒在匀强

磁场中振动导体棒在匀强磁场中沿平行导轨平动切割磁感线时，

棒的速度按正弦规律变化，则棒中会产生正弦交变电

流棒在不均匀磁

场中平动导体棒在磁场中匀速平动切割磁感线，在棒的平动方

向上，磁场按照正弦规律变化，则棒中会产生正弦交

变电流线圈处于周期

性变化的磁场

中闭合线圈垂直于匀强磁场，线圈静止不动，磁场按正

弦规律做周期性变化，则线圈中会产生正弦交变电流【典例1】如图所示，闭合金属线框曲线部分恰好是半个周期的正

弦曲线，直线部分长度为0.4m，线框的电阻为1Ω，若线框从虚线位

置开始以2m/s的速度匀速进入足够大的匀强磁场（线框直线部分始终

与磁场右边界垂直），这个过程中线框释放出的焦耳热为0.4J，线框

中电流随时间变化的关系式为

（

）

AAAA

A.电流表的示数为0.24AB.0.01s时回路中的电流最大C.回路中交流电的频率为50HzD.0.015s时小电珠L中电流的方向为从D→L→C

【典例4】边长为a、匝数为n的正方形导线框置于均匀分布的磁场

区域内，磁感应强度的方向与线框平面垂直，如图甲所示，磁感应强

度B随时间t按图乙所示的正弦规律变化。设导线框横截面的面积为

S，电阻率为ρ，B－t图像中所标物理量为已知量，求在时间t内

（t≫T）线框中产生的热量。

正弦交流电产生的实质是发生了“正弦式”的电磁感应，产

生了正弦式感应电动势，根据E＝Blv，可以分别在B、l、v这三个

物理量上做文章。感兴趣的学生可以继续探索产生正弦式交变电

流的其他方式。05跟踪训练·巩固提升1.（2024·海南海口一模）如图所示，单匝矩形线圈的左半部分放在

具有理想边界（图中虚线）的匀强磁场中，线圈中轴线OO'与磁场

边界重合。若从图示位置开始计时，使线圈绕OO'轴按图示方向匀

速转动，并规定电流方向沿a→b→c→d→a为正方向，则线圈内感

应电流随时间变化的图像正确的是

（

）1234567891011解析：

由题图可知，线圈绕OO'轴匀速转动，始终有一半处于

磁场中，线圈中产生完整的正弦交流电；从题图示位置开始计时，

一开始磁通量向里减小，根据楞次定律可知，感应电流方向为顺时

针（负方向），且t＝0时刻线圈的磁通量最大，磁通量变化率为0，

线圈的感应电流为0，故选B。1234567891011

1234567891011A.t＝0时刻，感应电动势为零B.产生的交变电流的频率为100HzD.当线框中电流最大时，线框的磁通量变化率为零1234567891011

12345678910113.（2024·北京丰台模拟）某正弦式交变电流随时间变化的图像如图

所示。下列说法正确的是

（

）A.此交变电流的有效值为5AB.t＝1.0×10－2s时，线圈位于中性面C.t＝1.5×10－2s时，穿过线圈的磁通量最大D.t＝2.0×10－2s时，穿过线圈的磁通量变化率最大1234567891011

12345678910114.（多选）（2024·海南海口模拟）目前我国的海上核电站已经开始

建设，海上核电站的工作原理是反应堆产生蒸汽推动涡轮机转动，

带动发电机发电。如果闭合线圈在匀强磁场中匀速转动，线圈中产

生的感应电动势随时间变化的规律如图所示，可知该线圈中的交变

电流（

）A.周期是0.01sD.电流的方向每秒钟改变100次1234567891011

12345678910115.（多选）（2024·福建厦门模拟）如图所示，一个单匝矩形闭合导

线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO'匀速转动，图示时刻磁

场与平面垂直，转动周期为T0，线圈产生的电动势的最大值为Em，

则（

）B.线圈转动过程中磁通量变化率的最大值为EmC.图示位置为中性面，电流大小为0D.若线圈绕ab转动，电动势的最大值将变为2Em1234567891011

1234567891011

6.（2024·江西南昌模拟）如图，在光滑绝缘水平面上MN右侧有垂直

纸面向里的匀强磁场，磁场的磁感应强度大小为B，金属线框ACD

放在水平面上，线框ADC部分对照正弦图像弯制而成，形状为完整

正弦图像的一半，D点离AC边的距离最远，DE长为d，现使线框以

速度v0匀速进入磁场，线框运动过程中AC边始终与MN垂直，若线

框的电阻为R，则线框进入磁场的过程中，图中理想电流表的示数

为（

）1234567891011

12345678910117.（2024·北京海淀模拟）正弦交变电源与电阻R、交流电压表按照图

甲所示的方式连接，R＝10Ω，交流电压表的示数是10V，图乙是

交变电源输出电压u随时间t变化的图像。则

（

）

1234567891011

12345678910118.（2024·河北沧州模拟）图甲为风力发电的简易模型，在风力作用下，风叶带动与杆固连的永磁铁转动，磁铁下方的线圈输出的正弦交变电压u随时间t的变化规律如图乙所示，则下列说法正确的是（

）A.磁铁的转速为50r/sB.该交变电流的频率为100Hz1234567891011

12345678910119.（2024·山东聊城模拟）如图