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2026屆高中物理一輪復(fù)習(xí) 第十三章 第1講 交變電流的產(chǎn)生和描述(課件 學(xué)案 練習(xí),共3份)

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2026屆高中物理一輪復(fù)習(xí) 第十三章 第1講 交變電流的產(chǎn)生和描述(課件 學(xué)案 練習(xí),共3份)

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第1講 交變電流的產(chǎn)生和描述
1.(2025·北京朝陽區(qū)期末)大型發(fā)電機(jī)幾乎都是旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī),如圖所示為其原理簡圖。豎直平面內(nèi)閉合線圈abcd固定不動,磁鐵繞圖中的虛線旋轉(zhuǎn),線圈中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。若條形磁鐵以10π rad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動,且圖示時刻N(yùn)極正在向紙內(nèi)轉(zhuǎn)。現(xiàn)以圖示時刻為計(jì)時起點(diǎn),則下列推斷正確的是(  )
A.產(chǎn)生的交變電流的頻率是10 Hz
B.t=0時線圈中的電流方向?yàn)閍bcda
C.t=0.5 s時線圈中的電流方向發(fā)生變化
D.t=5 s時線圈中的電流最小
2.(2025·天津和平區(qū)模擬)如圖為交流發(fā)電機(jī)的示意圖,N、S極間的磁場可視為水平方向的勻強(qiáng)磁場,矩形線圈ABCD在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸OO'逆時針勻速轉(zhuǎn)動,發(fā)電機(jī)的電動勢隨時間的變化規(guī)律為e=20sin 100πt (V),電極間接有阻值為R=10 Ω的定值電阻,線圈電阻不計(jì),下列說法正確的是(  )
A.此交流發(fā)電機(jī)的頻率為100 Hz
B.電阻R消耗的功率為40 W
C.當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到如圖所示的位置時產(chǎn)生的電流方向?yàn)锳BCD
D.當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到如圖所示的位置時磁通量的變化率最大
3.(2024·湖北高考5題)在如圖所示電路中接入正弦交流電,燈泡L1的電阻是燈泡L2的2倍。假設(shè)兩個二極管正向電阻為0、反向電阻無窮大。閉合開關(guān)S,燈泡L1、L2的電功率之比P1∶P2為(  )
A.2∶1 B.1∶1
C.1∶2 D.1∶4
4.(2025·廣東韶關(guān)模擬)圖甲為按壓式發(fā)電手電筒。當(dāng)以一定的頻率不斷按壓手柄時,其內(nèi)置發(fā)電機(jī)會產(chǎn)生如圖乙所示的交變電流。已知發(fā)電機(jī)內(nèi)阻r=2 Ω,與其串聯(lián)的白熾燈泡額定電壓為9 V、阻值為18 Ω。若該燈泡恰好正常發(fā)光,則該發(fā)電機(jī)(  )
A.輸出電流的有效值為0.5 A
B.輸出電流的最大值為0.5 A
C.電動勢的最大值為10 V
D.輸出的交變電流頻率為50 Hz
5.〔多選〕(2025·四川宜賓模擬)如圖所示,圖線a是線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的正弦式交變電流的圖像,調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后,其在同一磁場中勻速轉(zhuǎn)動過程所產(chǎn)生正弦式交變電流的圖像如圖線b所示。下列關(guān)于這兩個正弦式交變電流的說法正確的是(  )
A.在圖中t=0時刻穿過線圈的磁通量均為零
B.線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為3∶2
C.交變電流a的電動勢瞬時值表達(dá)式為e=10sin 5πt(V)
D.交變電流b的電動勢最大值為 V
6.〔多選〕(2025·福建廈門模擬)發(fā)電機(jī)的示意圖如圖甲所示,邊長為L正方形金屬框,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中以恒定角速度繞OO'軸轉(zhuǎn)動,阻值為R的電阻兩端的電壓如圖乙所示。其他電阻不計(jì),圖乙中的Um為已知量。則金屬框轉(zhuǎn)動一周(  )
A.金屬框內(nèi)電流方向不變
B.電動勢的最大值為Um
C.流過電阻的電荷量q=
D.電阻產(chǎn)生的焦耳熱Q=
7.(2025·甘肅天水模擬)一交變電流隨時間而變化的圖像如圖所示,此交變電流的有效值是(  )
A.5 A
B.3.5 A
C.3.5 A
D.5 A
8.(2025·云南昆明模擬)如圖所示是某一線圈通過的交變電流的電流—時間關(guān)系圖像(前半個周期為正弦波形的),則一個周期內(nèi)該電流的有效值為(  )
A.I0   B.I0
C.I0   D.I0
9.〔多選〕(2025·貴州銅仁模擬)如圖甲所示,標(biāo)有“220 V 40 W”的燈泡和標(biāo)有“20 μF 320 V”的電容器并聯(lián)接到交流電源上,V為交流電壓表,交流電源的輸出電壓如圖乙所示,閉合開關(guān)。下列判斷正確的是(  )
A.t=時刻,V的示數(shù)為零
B.燈泡恰好正常發(fā)光
C.電容器不可能被擊穿
D.V的示數(shù)保持110 V不變
10.(2025·北京海淀模擬)正弦交變電源與電阻R、交流電壓表按照圖甲所示的方式連接,R=10 Ω,交流電壓表的示數(shù)是10 V,圖乙是交變電源輸出電壓u隨時間t變化的圖像。則(  )
A.通過R的電流iR隨時間t變化的規(guī)律是iR=cos 100πt(A)
B.通過R的電流最大值是1 A
C.R兩端的電壓uR隨時間t變化的規(guī)律是uR=5cos 50πt(V)
D.R兩端電壓的有效值是10 V
11.(2025·四川綿陽模擬)如圖所示,將一根均勻?qū)Ь€圍成圓心角為60°的扇形導(dǎo)線框OMN,O為圓心,半徑為R,線框總電阻為r,將線框O點(diǎn)置于坐標(biāo)系的原點(diǎn),在第二、四象限有垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。從t=0時刻開始,導(dǎo)線框繞O點(diǎn)以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動,則導(dǎo)線框中感應(yīng)電流的有效值為(  )
A. B.
C. D.
12.(2025·山東濰坊期末)圖甲是一種振動發(fā)電裝置的示意圖,一個半徑r=0.10 m、匝數(shù)n=20匝的線圈套在永久磁鐵槽中,槽中磁場的磁感線均沿半徑方向均勻分布(其右側(cè)視圖如圖乙所示),線圈所在位置磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小均為B= T,線圈的電阻R1=0.50 Ω,它的引出線接有R2=9.50 Ω的小電珠L,A為理想交流電流表。當(dāng)線圈框架的P端在外力作用下沿軸線做往復(fù)運(yùn)動,便有電流通過小電珠。若線圈往復(fù)運(yùn)動的規(guī)律如圖丙所示(v取向右為正),則下列判斷正確的是(  )
A.電流表的示數(shù)為0.24 A
B.0.01 s時回路中的電流最大
C.回路中交變電流的頻率為50 Hz
D.0.015 s時小電珠L中電流的方向?yàn)閺腄→L→C
第1講 交變電流的產(chǎn)生和描述
1.B 產(chǎn)生的交變電流的頻率是f==5 Hz,選項(xiàng)A錯誤;由右手定則可知,t=0時線圈中的電流方向?yàn)閍bcda,選項(xiàng)B正確;t=0.5 s時磁鐵轉(zhuǎn)過的角度為5π,此位置仍然是電流最大的位置,則線圈中的電流方向沒有發(fā)生變化,選項(xiàng)C錯誤;t=5 s時磁鐵轉(zhuǎn)過的角度為50π,磁鐵回到初始位置,線圈中的電流最大,選項(xiàng)D錯誤。
2.D 根據(jù)題意可知此交變電流的頻率為f==50 Hz,故A錯誤;此發(fā)電機(jī)電動勢的有效值為E= V=10 V,線圈電阻不計(jì),則電阻R消耗的功率為P=== W=20 W,故B錯誤;由右手定則可知,當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到圖示位置時產(chǎn)生的電流方向?yàn)镈CBA,故C錯誤;當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到圖示位置時磁通量為零,在中性面的垂面,磁通量的變化率最大,故D正確。
3.C 分析電路特點(diǎn)可知,在接入正弦式交流電的一個周期內(nèi),有半個周期只給L1供電,另半個周期只給L2供電,L1兩端電壓的有效值與L2兩端電壓的有效值相等,又R1∶R2=2∶1,則根據(jù)P=可知,燈泡L1、L2的電功率之比P1∶P2=1∶2,C正確。
4.A 白熾燈泡額定電壓為9 V、阻值為18 Ω,燈泡恰好正常發(fā)光,則輸出電流的有效值為I== A=0.5 A,故A正確;圖乙中電流為正弦式交變電流,則輸出電流的最大值為Im=I= A,故B錯誤;電動勢的最大值為Em=Im(R+r)=10 V,故C錯誤;根據(jù)圖乙可知,周期為0.2 s,則頻率為f==5 Hz,故D錯誤。
5.BCD 由題圖可知t=0時刻線圈均在中性面位置,穿過線圈的磁通量最大,A錯誤;由圖像可知Ta∶Tb=2∶3,故na∶nb=3∶2,B正確;由圖像可知交變電流a的電動勢最大值為10 V,ω== rad/s=5π rad/s,所以交變電流a的電動勢瞬時值表達(dá)式為e=10sin 5πt(V),C正確;交變電流的電動勢最大值為Em=NBSω,故Ema∶Emb=3∶2,則Emb=Ema= V,D正確。
6.BD 當(dāng)金屬框轉(zhuǎn)動時,框內(nèi)電流方向每經(jīng)過中性面一次都要變化一次,故選項(xiàng)A錯誤;根據(jù)題意及交流電產(chǎn)生的電壓圖乙以及其它電阻不計(jì)可知,電動勢最大值為Um,選項(xiàng)B正確;根據(jù)q=It=t=可知,旋轉(zhuǎn)半周,磁通量的改變量為ΔΦ=2BL2,因此旋轉(zhuǎn)一周,通過導(dǎo)體的電荷量為q=,選項(xiàng)C錯誤;本題圖乙等價為余弦式交變電流,因此根據(jù)有效值可知Q=t,電動勢最大值為BL2ω=Um,聯(lián)立可知Q=,選項(xiàng)D正確。
7.D 交變電流的有效值是根據(jù)其熱效應(yīng)定義的。設(shè)交變電流的有效值為I,令該交變電流通過阻值為R的純電阻,在一個周期內(nèi)有I2RT=R+R,所以該交變電流的有效值為I==5 A,故D正確。
8.B 設(shè)該電流的有效值為I,根據(jù)有效值的定義得I2RT=R·+(2I0)2R·,解得I=I0,故選B。
9.BC V的示數(shù)應(yīng)是交流電壓的有效值,即為220 V,選項(xiàng)A、D錯誤;交流電壓的有效值恰好等于燈泡的額定電壓,燈泡正常發(fā)光,選項(xiàng)B正確;交流電壓的峰值Um=220 V≈311 V,小于電容器的耐壓值,故電容器不可能被擊穿,選項(xiàng)C正確。
10.A 交流電壓表的示數(shù)是10 V,則交變電流輸出電壓的最大值為Um=U=10 V,由題圖乙可得周期T=2×10-2 s,則角速度為ω==100π rad/s,由題圖乙可得輸出電壓u隨時間t變化的表達(dá)式為u=10cos 100πt(V),因此通過R的電流iR隨時間t變化的規(guī)律是iR==cos 100πt(A),而R兩端的電壓uR隨時間t變化的規(guī)律是uR=10cos 100πt(V),故A正確,C錯誤;通過R的電流的最大值為Im== A= A,故B錯誤;交流電壓表的示數(shù)為有效值,所以R兩端的電壓有效值是10 V,故D錯誤。
11.C 導(dǎo)線框轉(zhuǎn)動一周的過程中,兩次進(jìn)入磁場、兩次離開磁場,所以產(chǎn)生感應(yīng)電流的時間為t=T=T;轉(zhuǎn)動切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E'=BR2ω,設(shè)感應(yīng)電動勢的有效值為E,根據(jù)有效值的計(jì)算公式可得T=t,解得E=,則導(dǎo)線框中感應(yīng)電流的有效值為I==,故C正確,A、B、D錯誤。
12.C 由E=Blv及題圖丙可知,線圈往復(fù)運(yùn)動所產(chǎn)生的感應(yīng)電流為正弦式交變電流,則Em=nB×2πrvm=2.4 V,電流的有效值I== A,A錯誤;由題圖丙可知T=0.02 s,f=50 Hz,C正確;t=0.01 s時,v=0,所以I=0,B錯誤;t=0.015 s時,由右手定則可知,電流方向C→L→D,D錯誤。
4 / 4第1講 交變電流的產(chǎn)生和描述
交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律
1.產(chǎn)生:線圈繞    于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動。
2.兩個特殊位置的特點(diǎn)
(1)中性面:S⊥B,Φ    ,=0,e=   ,i=   ,電流方向發(fā)生改變。
(2)與中性面垂直:S∥B,Φ=0,最   ,e最   ,i最   ,電流方向不改變。
3.電流方向的改變:一個周期內(nèi)線圈中電流的方向改變   次。
4.圖像:用以描述交變電流隨時間變化的規(guī)律,如果線圈從經(jīng)過中性面位置開始計(jì)時,則其圖像為    曲線,如圖所示。
5.變化規(guī)律(線圈從經(jīng)過中性面位置開始計(jì)時)
(1)電動勢e隨時間變化的規(guī)律:e=         。
(2)路端電壓u隨時間變化的規(guī)律:u=Umsin ωt=       。
(3)電流i隨時間變化的規(guī)律:i=Imsin ωt=     ,其中Em=    。
交變電流的描述
1.周期和頻率
(1)周期T:交變電流完成一次周期性變化(線圈轉(zhuǎn)動一周)所需要的時間,國際單位是秒(s)。
(2)頻率f:交變電流在  s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù),單位是赫茲(Hz)。
(3)周期和頻率的關(guān)系:T=。
2.峰值:Em=NBSω,與轉(zhuǎn)軸位置無關(guān),與線圈形狀無關(guān)。
3.有效值
讓交變電流與恒定電流分別通過大小相同的電阻,如果在交變電流的一個周期內(nèi)它們產(chǎn)生的    相等,就把這一恒定電流的數(shù)值叫作這一交變電流的    。
4.正弦式交變電流的有效值
E=    ,U=    ,I=    。
1.線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動時一定會產(chǎn)生正弦式交變電流。(  )
2.線圈在勻強(qiáng)磁場中轉(zhuǎn)動經(jīng)過中性面時感應(yīng)電動勢為零,電流方向發(fā)生改變。(  )
3.交流電器設(shè)備上所標(biāo)的電壓和電流值都是指有效值。(  )
4.交變電流的峰值總是有效值的倍。(  )
5.我國生活用電的交變電流周期是0.02 s,電壓有效值220 V。(  )
1.〔多選〕(2024·新課標(biāo)卷20題)電動汽車制動時可利用車輪轉(zhuǎn)動將其動能轉(zhuǎn)換成電能儲存起來。車輪轉(zhuǎn)動時帶動磁極繞固定的線圈旋轉(zhuǎn),在線圈中產(chǎn)生電流。磁極勻速轉(zhuǎn)動的某瞬間,磁場方向恰與線圈平面垂直,如圖所示。將兩磁極間的磁場視為勻強(qiáng)磁場,則磁極再轉(zhuǎn)過90°時,線圈中(  )
A.電流最小
B.電流最大
C.電流方向由P指向Q
D.電流方向由Q指向P
2.(人教版選擇性必修第二冊P57“練習(xí)與應(yīng)用”T4改編)如圖是一個正弦式交變電流的波形圖,下列說法正確的是(  )
A.周期是0.15 s
B.頻率是50 Hz
C.電流的峰值是10 A
D.電流的有效值是5 A
3.〔多選〕(魯科版選擇性必修第二冊P68“節(jié)練習(xí)”T3改編)中學(xué)生科技節(jié)上,李明制作了一個風(fēng)力發(fā)電機(jī),模型如圖甲所示。空氣流動帶動風(fēng)葉轉(zhuǎn)動,帶動磁鐵旋轉(zhuǎn),引起線圈中磁通量發(fā)生變化,產(chǎn)生交變電流。某風(fēng)速環(huán)境下,電壓傳感器上顯示的發(fā)電機(jī)電動勢u隨時間t變化的關(guān)系如圖乙所示,則(  )
A.該交流電的頻率為2.5 Hz
B.風(fēng)力發(fā)電機(jī)電動勢的有效值為6 V
C.若僅增大風(fēng)速,使磁鐵轉(zhuǎn)速加倍,此時交變電流的電動勢瞬時值表達(dá)式為u=24sin 10πt (V)
D.將一擊穿電壓為13 V的電容器接到電壓傳感器兩端,在各種風(fēng)速環(huán)境下電容器均可以安全工作
考點(diǎn)一 正弦式交變電流的產(chǎn)生和描述
1.正弦式交變電流產(chǎn)生過程中的兩個特殊位置
圖 示
特 點(diǎn) B⊥S B∥S
Φ=BS,最大 Φ=0,最小
e=n=0,最小 e=n=nBSω,最大
電流為零,方向改變 電流最大,方向不變
2.交變電流瞬時值表達(dá)式
(1)確定正弦式交變電流的峰值,根據(jù)已知圖像讀出或由公式Em=nBSω求出相應(yīng)峰值。
(2)明確線圈的初始位置,找出對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式。
①線圈在中性面位置開始計(jì)時,則i-t圖像為正弦函數(shù)圖像,函數(shù)表達(dá)式為i=Imsin ωt。
②線圈在垂直于中性面的位置開始計(jì)時,則i-t圖像為余弦函數(shù)圖像,函數(shù)表達(dá)式為i=Imcos ωt。
【練1】 (2025·廣東肇慶期中)交流發(fā)電機(jī)的示意圖如圖所示,當(dāng)線圈ABCD繞垂直于磁場方向的轉(zhuǎn)軸OO'勻速轉(zhuǎn)動時,電路中產(chǎn)生的最大電流為Im,已知線圈轉(zhuǎn)動的周期為T,下列說法正確的是(  )
A.圖示位置磁通量最大,磁通量的變化率最大
B.圖示位置電流最大,方向?yàn)锳→B
C.從圖示位置開始經(jīng)過,電流方向?qū)l(fā)生改變
D.從圖示位置計(jì)時,線圈中電流i隨時間t變化的關(guān)系式為i=Imsin t
【練2】 (2025·四川自貢月考)圖甲為小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機(jī)的原理圖,其單匝矩形線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的固定軸OO'勻速轉(zhuǎn)動,線圈的兩端經(jīng)集流環(huán)和電刷與R=10 Ω的電阻連接,發(fā)電機(jī)內(nèi)總電阻r=2 Ω,與電阻R并聯(lián)的交流電壓表為理想電壓表,示數(shù)是10 V。圖乙是矩形線圈中磁通量Φ隨時間t變化的圖像,則(  )
A.該電動勢的瞬時值表達(dá)式e=12sin 100πt(V)
B.R兩端的電壓瞬時值表達(dá)式u=14.1cos 100πt(V)
C.t=0.02 s時,R兩端的電壓瞬時值為零
D.通過R的電流i隨時間t變化的規(guī)律是i=14.1cos 50πt(A)
考點(diǎn)二 交變電流“四值”的理解與應(yīng)用
 交變電流“四值”的比較
物理量 表達(dá)式 適用情況及說明
瞬時值 e=Emsin ωt u=Umsin ωt i=Imsin ωt 計(jì)算線圈某時刻的受力情況
最大值 (峰值) Em=nBSω Im= 討論電容器的擊穿電壓
有效值 對正弦式交變電流有E=;U=;I= (1)計(jì)算與電流的熱效應(yīng)有關(guān)的量(如電功、電功率、電熱等); (2)電氣設(shè)備“銘牌”上所標(biāo)的一般是有效值; (3)保險絲的熔斷電流為有效值; (4)電表的讀數(shù)為有效值
平均值 =BL;=n;= 計(jì)算通過電路橫截面的電荷量
(2024·浙江6月選考13題)
如圖所示,邊長為1 m、電阻為0.04 Ω的剛性正方形線框abcd放在勻強(qiáng)磁場中,線框平面與磁場垂直。若線框固定不動,磁感應(yīng)強(qiáng)度以=0.1 T/s均勻增大時,線框的發(fā)熱功率為P;若磁感應(yīng)強(qiáng)度恒為0.2 T,線框以某一角速度繞其中心軸OO'勻速轉(zhuǎn)動時,線框的發(fā)熱功率為2P,則ab邊所受最大的安培力為(  )
A. N  B. N
C.1 N  D. N
嘗試解答
(本題取材于人教版必修第二冊P45“復(fù)習(xí)與提高”T4)
 如圖所示,在勻強(qiáng)磁場中有一個線圈。
(1)當(dāng)線圈分別以P1和P2為軸按逆時針方向轉(zhuǎn)動時,在圖中位置,感應(yīng)電流的方向各是怎樣的?
(2)當(dāng)角速度恒定時,上述兩種情況下感應(yīng)電流的大小有什么關(guān)系?
(3)若角速度恒定,在圖中位置,感應(yīng)電動勢的大小跟線圈面積有何關(guān)系?
(4)設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度B為0.15 T,AB為10 cm,BC為4 cm,角速度120 rad/s,求以P1和P2為轉(zhuǎn)軸時感應(yīng)電動勢的最大值。
(2024·廣東高考1題)將阻值為50 Ω的電阻接在正弦式交流電源上。電阻兩端電壓隨時間的變化規(guī)律如圖所示。下列說法正確的是(  )
A.該交流電的頻率為100 Hz
B.通過電阻電流的峰值為0.2 A
C.電阻在1秒內(nèi)消耗的電能為1 J
D.電阻兩端電壓表達(dá)式為u=10sin 100πt(V)
嘗試解答
〔多選〕(2025·安徽懷寧中學(xué)月考)某同學(xué)自制了一個手搖交流發(fā)電機(jī),如圖所示。大輪與小輪通過皮帶傳動(皮帶不打滑),半徑之比為4∶1,小輪與線圈固定在同一轉(zhuǎn)軸上。線圈是由漆包線繞制而成的邊長為L的正方形,共n匝,總阻值為R。磁體間磁場可視為磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場。大輪以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動,帶動小輪及線圈繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)軸與磁場方向垂直。線圈通過導(dǎo)線、滑環(huán)和電刷連接一個阻值恒為R的燈泡。假設(shè)發(fā)電時燈泡能發(fā)光且工作在額定電壓以內(nèi),下列說法正確的是(  )
A.線圈轉(zhuǎn)動的角速度為4ω
B.燈泡兩端電壓有效值為3nBL2ω
C.若用總長為原來兩倍的相同漆包線重新繞制成邊長仍為L的多匝正方形線圈,則燈泡兩端電壓有效值為
D.若僅將小輪半徑變?yōu)樵瓉淼膬杀叮瑒t燈泡變得更亮
嘗試解答
圖甲為發(fā)電機(jī)線圈中的磁通量隨時間變化的圖像,發(fā)電機(jī)線圈共有100匝,其電阻忽略不計(jì)。將發(fā)電機(jī)接在圖乙中的a、b兩端并為其供電。R1、R2阻值均為400 Ω,R2與一理想二極管串聯(lián),其右側(cè)接一理想交流電壓表。下列說法中正確的是(  )
A.發(fā)電機(jī)線圈中的磁通量隨時間變化的關(guān)系為Φ=cos 100πt(Wb)
B.R1中電流的瞬時值表達(dá)式為i1=0.5cos 100πt(A)
C.0~2 s內(nèi),R2上產(chǎn)生的焦耳熱為1×104 J
D.電壓表的示數(shù)約為141 V
嘗試解答
求解非正弦式交變電流有效值的方法
1.結(jié)論法
如果圖像的一部分是正弦式交變電流的周期(必須是從零至最大值或從最大值至零)或者周期,可直接應(yīng)用正弦式交變電流的有效值與最大值之間的關(guān)系E=、U=、I=求解。
2.有效值定義法(非正、余弦式交變電流)
計(jì)算時要抓住“三同”,即“相同時間”內(nèi)“相同電阻”上產(chǎn)生“相同熱量”,列式求解時注意時間取一個周期。
(2024·河北高考4題)R1、R2為兩個完全相同的定值電阻,R1兩端的電壓隨時間周期性變化的規(guī)律如圖1所示(三角形脈沖交流電壓的峰值是有效值的倍),R2兩端的電壓隨時間按正弦規(guī)律變化如圖2所示,則兩電阻在一個周期T內(nèi)產(chǎn)生的熱量之比Q1∶Q2為(  )
A.2∶3 B.4∶3
C.2∶ D.5∶4
嘗試解答
如圖所示為一個經(jīng)雙向可控硅調(diào)節(jié)后加在電燈上的電壓,正弦式交流電的每一個二分之一周期中,前面四分之一周期被截去。現(xiàn)在電燈上電壓的有效值為(  )
A.Um B.
C. D.
嘗試解答
〔多選〕(2025·江蘇蘇州模擬)利用半導(dǎo)體二極管的單向?qū)щ娦裕梢詫蛔冸娏鬟M(jìn)行整流,將交流電變?yōu)橹绷麟姡环N簡單的整流電路如圖甲所示,a、b為交變電流信號輸入端,D為半導(dǎo)體二極管,R為定值電阻。信號輸入后,電阻R兩端輸出的電壓信號如圖乙所示(圖中曲線為正弦曲線的一部分),則關(guān)于該輸出信號,下列說法正確的是(  )
A.頻率為100 Hz
B.電壓有效值為50 V
C.若將一個標(biāo)有“90 V 30 μF”的電容器并聯(lián)在電阻R兩端,電容器可以正常工作
D.若電阻R=10 Ω,則1 min內(nèi)R產(chǎn)生的熱量為1.5×104 J
嘗試解答
第1講 交變電流的產(chǎn)生和描述
【立足“四層”·夯基礎(chǔ)】
基礎(chǔ)知識梳理
知識點(diǎn)1
1.垂直 2.(1)最大 0 0 (2)大 大 大 3.兩 4.正弦
5.(1)Emsin ωt (2)·sin ωt (3)·sin ωt NBSω
知識點(diǎn)2
1.(2)1 3.熱量 有效值 4.  
易錯易混辨析
1.× 2.√ 3.√ 4.× 5.√
雙基落實(shí)筑牢
1.BD 磁極順時針勻速轉(zhuǎn)動相當(dāng)于線圈逆時針勻速轉(zhuǎn)動,線圈從中性面位置開始轉(zhuǎn)動,磁極轉(zhuǎn)過90°時即線圈逆時針轉(zhuǎn)過90°時,穿過線圈的磁通量為0,磁通量的變化率最大,線圈中感應(yīng)電流最大,A錯誤,B正確;磁極轉(zhuǎn)過90°時相當(dāng)于題圖示中PQ向左切割磁感線,由右手定則可知線圈中電流方向由Q指向P,C錯誤,D正確。
2.C 由題圖可知,該正弦式交變電流的周期是T=0.2 s,頻率是f=5 Hz,電流的峰值是Im=10 A,電流的有效值是I==5 A,故A、B、D錯誤,C正確。
3.AC 由題圖乙可得交變電流的周期是T=0.4 s,則根據(jù)T=可得該交變電流的頻率為2.5 Hz,A正確;由題圖乙可得交變電流的電動勢最大值Um=12 V,根據(jù)U有=可得風(fēng)力發(fā)電機(jī)電動勢的有效值為6 V,B錯誤;磁鐵轉(zhuǎn)動的角速度ω==5π rad/s,則電動勢的瞬時值表達(dá)式為u=12 sin 5πt (V),當(dāng)磁鐵轉(zhuǎn)速加倍時,轉(zhuǎn)動的角速度加倍,產(chǎn)生的電動勢的最大值加倍,則u=24 sin 10πt (V),C正確;因?yàn)轱L(fēng)速增大,磁鐵轉(zhuǎn)速加大,則產(chǎn)生的交變電流的電動勢就會增大,電動勢有可能大于13 V,所以擊穿電壓為13 V的電容器接到電壓傳感器兩端,在各種風(fēng)速環(huán)境下電容器不一定可以安全工作,D錯誤。
【著眼“四翼”·探考點(diǎn)】
考點(diǎn)一
【練1】 D 題圖所示位置為中性面位置,磁通量最大,磁通量的變化率最小,電流最小,每經(jīng)過一次中性面,電流方向就改變一次,故A、B、C錯誤;從題圖所示位置計(jì)時,線圈中電流i隨時間t變化的關(guān)系式為i=Imsin t,故D正確。
【練2】 B 由題圖乙可知,t=0.02 s時磁通量變化率最大,R兩端的電壓瞬時值最大,故C錯誤;由題圖乙可知T=2×10-2 s,t=0時刻Φ=0,R兩端的電壓u隨時間t變化的規(guī)律是u=14.1cos 100πt(V),故B正確;通過R的電流i隨時間t變化的規(guī)律是i=1.41cos 100πt(A),故D錯誤;電動勢的最大值Em=Um=16.97 V,故A錯誤。
考點(diǎn)二
【例1】 C 線框不動,=0.1 T/s時E=S=0.1 V,I==2.5 A,P=I2R=0.25 W;當(dāng)B不變,ω恒定時,產(chǎn)生正弦式交變電流,由2P=I'2R得I'= A,又I'=,則Im=5 A,由F安=BIL知ab邊所受最大的安培力為F安max=BImL=1 N,故選C。
考教銜接
(1)都為ABCDA方向 (2)大小相等 
(3)E=BSω (4)Em=7.2×10-2 V
【例2】 D 由圖像可知交變電流的周期為0.02 s,則頻率f==50 Hz,故A錯誤;根據(jù)圖像可知電壓的峰值為10 V,根據(jù)部分電路歐姆定律可知電流的峰值Im===0.2 A,故B錯誤;電流的有效值為I==0.2 A,所以電阻在1 s內(nèi)消耗的電能為W=I2Rt=0.22×50×1 J=2 J,故C錯誤;根據(jù)圖像可知電阻兩端電壓表達(dá)式為u=Umsin ωt=10sint(V)=10sin 100πt(V),故D正確。
【例3】 AC 大輪和小輪通過皮帶傳動,線速度相同,小輪和線圈同軸轉(zhuǎn)動,角速度相同,根據(jù)v=ωr并結(jié)合大輪與小輪半徑之比為4∶1可知小輪和線圈轉(zhuǎn)動的角速度為4ω,A正確;由題意可知,線圈圍成的面積S=L2,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的最大值為Emax=nBS·4ω=4nBL2ω,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的有效值為E==2nBL2ω,根據(jù)串聯(lián)分壓規(guī)律可知燈泡兩端電壓的有效值為U=E=nBL2ω,B錯誤;若用總長為原來兩倍的相同漆包線重新繞制成邊長仍為L的多匝正方形線圈,則線圈的匝數(shù)變?yōu)樵瓉淼?倍,線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的最大值變?yōu)镋max'=8nBL2ω,有效值變?yōu)镋'==4nBL2ω,結(jié)合電阻定律R=ρ,可知線圈電阻變?yōu)樵瓉淼?倍,即為2R,根據(jù)串聯(lián)電路分壓規(guī)律可得燈泡兩端電壓的有效值為U'==,C正確;若僅將小輪半徑變?yōu)樵瓉淼膬杀叮瑒t小輪和線圈轉(zhuǎn)動的角速度變小,線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢有效值變小,燈泡兩端電壓變小,燈泡變暗,D錯誤。
【例4】 D 由題圖甲可得T=2×10-2 s,則ω==100π rad/s,故Φ=×10-2×cos 100πt(Wb),A錯誤;發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動勢最大值Em=NΦmω=200 V,則流經(jīng)R1的電流最大值Im==0.5 A,則其瞬時值表達(dá)式為i1=0.5·sin 100πt(A),B錯誤;理想二極管具有單向?qū)щ娦裕覍?dǎo)通時電阻為0,根據(jù)有效值定義,設(shè)R2兩端電壓的有效值為U有,則·=·T,解得U有=100 V≈141 V,0~2 s內(nèi),R2上產(chǎn)生的焦耳熱為Q=t=100 J,D正確,C錯誤。
【聚焦“素養(yǎng)”·提能力】
【典例1】 B 結(jié)合Q=t可知Q1=·+(U0)2·=、Q2=T=,又R1=R2,所以=,B正確。
【典例2】 D 從u-t圖像上看,每個周期交流電源的有效值U1=,根據(jù)有效值的定義有T=××2,解得U=,故D正確。
【典例3】 BD 由題圖乙可知,該電壓的周期為0.02 s,頻率為50 Hz,A錯誤;由電流的熱效應(yīng)知,一個周期內(nèi)電阻產(chǎn)生的熱量×0.01 s=×0.02 s,解得電壓的有效值為U=50 V,B正確;電容器兩端的瞬時電壓不應(yīng)超過標(biāo)稱電壓,故C錯誤;電阻R產(chǎn)生的熱量應(yīng)使用電壓的有效值進(jìn)行計(jì)算,故產(chǎn)生的熱量為Q=t=1.5×104 J,D正確。
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第1講 交變電流的產(chǎn)生和描述
高中總復(fù)習(xí)·物理
目 錄
01
立足”四層”·夯基礎(chǔ)
02
著眼“四翼”·探考點(diǎn)
03
聚焦“素養(yǎng)”·提能力
04
培養(yǎng)“思維”·重落實(shí)
概念 公式 定理
立足“四層”·夯基礎(chǔ)
交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律
1. 產(chǎn)生:線圈繞 于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動。
2. 兩個特殊位置的特點(diǎn)
垂直 
(1)中性面:S⊥B,Φ ,=0,e= ,i= ,電流方
向發(fā)生改變。
(2)與中性面垂直:S∥B,Φ=0,最 ,e最 ,i最 ,
電流方向不改變。
最大 
0 
0 
大 
大 
大 
3. 電流方向的改變:一個周期內(nèi)線圈中電流的方向改變 次。
4. 圖像:用以描述交變電流隨時間變化的規(guī)律,如果線圈從經(jīng)過中性面位置開始計(jì)時,則其圖像為 曲線,如圖所示。
兩 
正弦 
5. 變化規(guī)律(線圈從經(jīng)過中性面位置開始計(jì)時)
(1)電動勢e隨時間變化的規(guī)律:e= 。
(2)路端電壓u隨時間變化的規(guī)律:u=Umsin ωt= 。
(3)電流i隨時間變化的規(guī)律:i=Imsin ωt= ,其中Em
= 。
Emsin ωt 
·sin ωt 
·sin ωt 
NBSω 
交變電流的描述
1. 周期和頻率
(1)周期T:交變電流完成一次周期性變化(線圈轉(zhuǎn)動一周)所需要的時
間,國際單位是秒(s)。
(2)頻率f:交變電流在 s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù),單位是赫茲
(Hz)。
(3)周期和頻率的關(guān)系:T=。
2. 峰值:Em=NBSω,與轉(zhuǎn)軸位置無關(guān),與線圈形狀無關(guān)。
1 
3. 有效值
讓交變電流與恒定電流分別通過大小相同的電阻,如果在交變電流的一個
周期內(nèi)它們產(chǎn)生的 相等,就把這一恒定電流的數(shù)值叫作這一交變
電流的 。
熱量 
有效值 
4. 正弦式交變電流的有效值
E=   ,U=   ,I=   。
 
 
 
1. 線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動時一定會產(chǎn)生正弦式交變電流。
( × )
2. 線圈在勻強(qiáng)磁場中轉(zhuǎn)動經(jīng)過中性面時感應(yīng)電動勢為零,電流方向發(fā)生改
變。 ( √ )
3. 交流電器設(shè)備上所標(biāo)的電壓和電流值都是指有效值。 ( √ )
4. 交變電流的峰值總是有效值的倍。 ( × )
5. 我國生活用電的交變電流周期是0.02 s,電壓有效值220 V。
( √ )
×


×

1. 〔多選〕(2024·新課標(biāo)卷20題)電動汽車制動時可利用車輪轉(zhuǎn)動將其
動能轉(zhuǎn)換成電能儲存起來。車輪轉(zhuǎn)動時帶動磁極繞固定的線圈旋轉(zhuǎn),在線圈中產(chǎn)生電流。磁極勻速轉(zhuǎn)動的某瞬間,磁場方向恰與線圈平面垂直,如圖所示。將兩磁極間的磁場視為勻強(qiáng)磁場,則磁極再轉(zhuǎn)過90°時,線圈中(  )
A. 電流最小
B. 電流最大
C. 電流方向由P指向Q
D. 電流方向由Q指向P


解析:  磁極順時針勻速轉(zhuǎn)動相當(dāng)于線圈逆時針勻速轉(zhuǎn)動,線圈從中性
面位置開始轉(zhuǎn)動,磁極轉(zhuǎn)過90°時即線圈逆時針轉(zhuǎn)過90°時,穿過線圈的
磁通量為0,磁通量的變化率最大,線圈中感應(yīng)電流最大,A錯誤,B正
確;磁極轉(zhuǎn)過90°時相當(dāng)于題圖示中PQ向左切割磁感線,由右手定則可知
線圈中電流方向由Q指向P,C錯誤,D正確。
2. (人教版選擇性必修第二冊P57“練習(xí)與應(yīng)用”T4改編)如圖是一個正
弦式交變電流的波形圖,下列說法正確的是(  )
A. 周期是0.15 s B. 頻率是50 Hz
C. 電流的峰值是10 A D. 電流的有效值是5 A

解析:  由題圖可知,該正弦式交變電流的周期是T=0.2 s,頻率是f=5
Hz,電流的峰值是Im=10 A,電流的有效值是I==5 A,故A、B、D
錯誤,C正確。
3. 〔多選〕(魯科版選擇性必修第
二冊P68“節(jié)練習(xí)”T3改編)中學(xué)
生科技節(jié)上,李明制作了一個風(fēng)力
發(fā)電機(jī),模型如圖甲所示。空氣流
動帶動風(fēng)葉轉(zhuǎn)動,帶動磁鐵旋轉(zhuǎn),引起線圈中磁通量發(fā)生變化,產(chǎn)生交變電流。某風(fēng)速環(huán)境下,電壓傳感器上顯示的發(fā)電機(jī)電動勢u隨時間t變化的關(guān)系如圖乙所示,則(  )
A. 該交流電的頻率為2.5 Hz
B. 風(fēng)力發(fā)電機(jī)電動勢的有效值為6 V
C. 若僅增大風(fēng)速,使磁鐵轉(zhuǎn)速加倍,此時交變電流的電動勢瞬時值表達(dá)式
為u=24sin 10πt (V)
D. 將一擊穿電壓為13 V的電容器接到電壓傳感器兩端,在各種風(fēng)速環(huán)境下
電容器均可以安全工作


解析:  由題圖乙可得交變電流的周期是T=0.4 s,則根據(jù)T=可得該
交變電流的頻率為2.5 Hz,A正確;由題圖乙可得交變電流的電動勢最大
值Um=12 V,根據(jù)U有=可得風(fēng)力發(fā)電機(jī)電動勢的有效值為6 V,B錯
誤;磁鐵轉(zhuǎn)動的角速度ω==5π rad/s,則電動勢的瞬時值表達(dá)式為u=12
sin 5πt (V),當(dāng)磁鐵轉(zhuǎn)速加倍時,轉(zhuǎn)動的角速度加倍,產(chǎn)生的電動勢的
最大值加倍,則u=24 sin 10πt (V),C正確;因?yàn)轱L(fēng)速增大,磁鐵轉(zhuǎn)速
加大,則產(chǎn)生的交變電流的電動勢就會增大,電動勢有可能大于13 V,所
以擊穿電壓為13 V的電容器接到電壓傳感器兩端,在各種風(fēng)速環(huán)境下電容
器不一定可以安全工作,D錯誤。
題型 規(guī)律 方法
著眼“四翼”·探考點(diǎn)
1. 正弦式交變電流產(chǎn)生過程中的兩個特殊位置
圖 示
考點(diǎn)一 正弦式交變電流的產(chǎn)生和描述
特 點(diǎn) B⊥S B∥S
Φ=BS,最大 Φ=0,最小
e=n=0,最小 e=n=nBSω,最大
電流為零,方向改變 電流最大,方向不變
2. 交變電流瞬時值表達(dá)式
(1)確定正弦式交變電流的峰值,根據(jù)已知圖像讀出或由公式Em=nBSω
求出相應(yīng)峰值。
(2)明確線圈的初始位置,找出對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式。
①線圈在中性面位置開始計(jì)時,則i-t圖像為正弦函數(shù)圖像,函數(shù)表達(dá)式為i
=Imsin ωt。
②線圈在垂直于中性面的位置開始計(jì)時,則i-t圖像為余弦函數(shù)圖像,函數(shù)
表達(dá)式為i=Imcos ωt。
【練1】 (2025·廣東肇慶期中)交流發(fā)電機(jī)的示意圖如圖所示,當(dāng)線圈
ABCD繞垂直于磁場方向的轉(zhuǎn)軸OO'勻速轉(zhuǎn)動時,電路中產(chǎn)生的最大電流為
Im,已知線圈轉(zhuǎn)動的周期為T,下列說法正確的是(  )
A. 圖示位置磁通量最大,磁通量的變化率最大
B. 圖示位置電流最大,方向?yàn)锳→B
C. 從圖示位置開始經(jīng)過,電流方向?qū)l(fā)生改變
D. 從圖示位置計(jì)時,線圈中電流i隨時間t變化的
關(guān)系式為i=Imsin t

解析:  題圖所示位置為中性面位置,磁通量最大,磁通量的變化率最
小,電流最小,每經(jīng)過一次中性面,電流方向就改變一次,故A、B、C錯
誤;從題圖所示位置計(jì)時,線圈中電流i隨時間t變化的關(guān)系式為i=Imsin
t,故D正確。
【練2】 (2025·四川自貢月考)圖甲為小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機(jī)的原理
圖,其單匝矩形線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的
固定軸OO'勻速轉(zhuǎn)動,線圈的兩端經(jīng)集流環(huán)和電刷與R=10 Ω的電阻連接,
發(fā)電機(jī)內(nèi)總電阻r=2 Ω,與電阻R并聯(lián)的交流電壓表為理想電壓表,示數(shù)
是10 V。圖乙是矩形線圈中磁通量Φ隨時間t變化的圖像,則(  )
A. 該電動勢的瞬時值表達(dá)式e=
12sin 100πt(V)
B. R兩端的電壓瞬時值表達(dá)式u=
14.1cos 100πt(V)
C. t=0.02 s時,R兩端的電壓瞬時值為零
D. 通過R的電流i隨時間t變化的規(guī)律是i=14.1cos 50πt(A)

解析:  由題圖乙可知,t=0.02 s時磁通量變化率最大,R兩端的電壓瞬
時值最大,故C錯誤;由題圖乙可知T=2×10-2 s,t=0時刻Φ=0,R兩端
的電壓u隨時間t變化的規(guī)律是u=14.1cos 100πt(V),故B正確;通過R的
電流i隨時間t變化的規(guī)律是i=1.41cos 100πt(A),故D錯誤;電動勢的最
大值Em=Um=16.97 V,故A錯誤。
考點(diǎn)二 交變電流“四值”的理解與應(yīng)用
 交變電流“四值”的比較
物理量 表達(dá)式 適用情況及說明
瞬時值 e=Emsin ωt u=Umsin ωt i=Imsin ωt 計(jì)算線圈某時刻的受力情況
最大值 (峰值) Em=nBSω Im= 討論電容器的擊穿電壓
物理量 表達(dá)式 適用情況及說明
有效值 對正弦式交變電
流有E=;U
=;I= (1)計(jì)算與電流的熱效應(yīng)有關(guān)的量(如
電功、電功率、電熱等);
(2)電氣設(shè)備“銘牌”上所標(biāo)的一般是
有效值;
(3)保險絲的熔斷電流為有效值;
(4)電表的讀數(shù)為有效值
平均值 =BL;=
n;= 計(jì)算通過電路橫截面的電荷量
(2024·浙江6月選考13題)如圖所示,邊長為1 m、電阻為0.04 Ω的
剛性正方形線框abcd放在勻強(qiáng)磁場中,線框平面與磁場垂直。若線框固定
不動,磁感應(yīng)強(qiáng)度以=0.1 T/s均勻增大時,線框的發(fā)熱功率為P;若磁
感應(yīng)強(qiáng)度恒為0.2 T,線框以某一角速度繞其中心軸OO'勻速轉(zhuǎn)動時,線框
的發(fā)熱功率為2P,則ab邊所受最大的安培力為(  )
A. N
B. N
C. 1 N
D. N

解析:線框不動,=0.1 T/s時E=S=0.1 V,I==2.5 A,P=I2R=
0.25 W;當(dāng)B不變,ω恒定時,產(chǎn)生正弦式交變電流,由2P=I'2R得I'=
A,又I'=,則Im=5 A,由F安=BIL知ab邊所受最大的安培力為F安max
=BImL=1 N,故選C。
(本題取材于人教版必修第二冊P45“復(fù)習(xí)與
提高”T4)
 如圖所示,在勻強(qiáng)磁場中有一個線圈。
(1)當(dāng)線圈分別以P1和P2為軸按逆時針方向轉(zhuǎn)動時,
在圖中位置,感應(yīng)電流的方向各是怎樣的?
答案: 都為ABCDA方向 
(2)當(dāng)角速度恒定時,上述兩種情況下感應(yīng)電流的大小有什么關(guān)系?
答案: 大小相等 
(3)若角速度恒定,在圖中位置,感應(yīng)電動勢的大小跟線圈面積有何
關(guān)系?
答案: E=BSω 
(4)設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度B為0.15 T,AB為10 cm,BC為4 cm,角速度120
rad/s,求以P1和P2為轉(zhuǎn)軸時感應(yīng)電動勢的最大值。
答案: Em=7.2×10-2 V
(2024·廣東高考1題)將阻值為50 Ω的電阻接在正弦式交流電源上。
電阻兩端電壓隨時間的變化規(guī)律如圖所示。下列說法正確的是(  )
A. 該交流電的頻率為100 Hz
B. 通過電阻電流的峰值為0.2 A
C. 電阻在1秒內(nèi)消耗的電能為1 J
D. 電阻兩端電壓表達(dá)式為u=10sin 100πt(V)

解析:由圖像可知交變電流的周期為0.02 s,則頻率f==50 Hz,故A錯
誤;根據(jù)圖像可知電壓的峰值為10 V,根據(jù)部分電路歐姆定律可知電流
的峰值Im===0.2 A,故B錯誤;電流的有效值為I==0.2
A,所以電阻在1 s內(nèi)消耗的電能為W=I2Rt=0.22×50×1 J=2 J,故C錯
誤;根據(jù)圖像可知電阻兩端電壓表達(dá)式為u=Umsin ωt=10sint(V)=
10sin 100πt(V),故D正確。
〔多選〕(2025·安徽懷寧中學(xué)月考)某同
學(xué)自制了一個手搖交流發(fā)電機(jī),如圖所示。大輪
與小輪通過皮帶傳動(皮帶不打滑),半徑之比
為4∶1,小輪與線圈固定在同一轉(zhuǎn)軸上。線圈是
由漆包線繞制而成的邊長為L的正方形,共n匝,
總阻值為R。磁體間磁場可視為磁感應(yīng)強(qiáng)度大小
為B的勻強(qiáng)磁場。大輪以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動,帶動小輪及線圈繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)軸與磁場方向垂直。線圈通過導(dǎo)線、滑環(huán)和電刷連接一個阻值恒為R的燈泡。假設(shè)發(fā)電時燈泡能發(fā)光且工作在額定電壓以內(nèi),下列說法正確的是
(  )
A. 線圈轉(zhuǎn)動的角速度為4ω
B. 燈泡兩端電壓有效值為3nBL2ω
C. 若用總長為原來兩倍的相同漆包線重新繞制成邊長仍為L的多匝正方形
線圈,則燈泡兩端電壓有效值為
D. 若僅將小輪半徑變?yōu)樵瓉淼膬杀叮瑒t燈泡變得更亮


解析:大輪和小輪通過皮帶傳動,線速度相同,小輪和線圈同軸轉(zhuǎn)動,角
速度相同,根據(jù)v=ωr并結(jié)合大輪與小輪半徑之比為4∶1可知小輪和線圈
轉(zhuǎn)動的角速度為4ω,A正確;由題意可知,線圈圍成的面積S=L2,產(chǎn)生的
感應(yīng)電動勢的最大值為Emax=nBS·4ω=4nBL2ω,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的有效
值為E==2nBL2ω,根據(jù)串聯(lián)分壓規(guī)律可知燈泡兩端電壓的有效值
為U=E=nBL2ω,B錯誤;
若用總長為原來兩倍的相同漆包線重新繞制成邊長仍為L的多匝正方形線
圈,則線圈的匝數(shù)變?yōu)樵瓉淼?倍,線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的最大值變?yōu)?br/>Emax'=8nBL2ω,有效值變?yōu)镋'==4nBL2ω,結(jié)合電阻定律R=ρ,
可知線圈電阻變?yōu)樵瓉淼?倍,即為2R,根據(jù)串聯(lián)電路分壓規(guī)律可得燈泡
兩端電壓的有效值為U'==,C正確;若僅將小輪半徑變?yōu)樵?br/>來的兩倍,則小輪和線圈轉(zhuǎn)動的角速度變小,線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢有效
值變小,燈泡兩端電壓變小,燈泡變暗,D錯誤。
圖甲為發(fā)電機(jī)線圈中的磁通量隨時間變化的圖像,發(fā)電機(jī)線圈共有
100匝,其電阻忽略不計(jì)。將發(fā)電機(jī)接在圖乙中的a、b兩端并為其供電。
R1、R2阻值均為400 Ω,R2與一理想二極管串聯(lián),其右側(cè)接一理想交流電壓
表。下列說法中正確的是(  )
A. 發(fā)電機(jī)線圈中的磁通量隨時間
變化的關(guān)系為Φ=cos 100πt(Wb)
B. R1中電流的瞬時值表達(dá)式為i1=
0.5cos 100πt(A)
C. 0~2 s內(nèi),R2上產(chǎn)生的焦耳熱為1×104 J
D. 電壓表的示數(shù)約為141 V

解析:由題圖甲可得T=2×10-2 s,則ω==100π rad/s,故Φ=×10-
2×cos 100πt(Wb),A錯誤;發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動勢最大值Em=NΦmω=
200 V,則流經(jīng)R1的電流最大值Im==0.5 A,則其瞬時值表達(dá)式為
i1=0.5·sin 100πt(A),B錯誤;理想二極管具有單向?qū)щ娦裕覍?dǎo)通
時電阻為0,根據(jù)有效值定義,設(shè)R2兩端電壓的有效值為U有,則·=
·T,解得U有=100 V≈141 V,0~2 s內(nèi),R2上產(chǎn)生的焦耳熱為Q=
t=100 J,D正確,C錯誤。
 (2025·山東淄博期中)一個小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機(jī)的矩形線圈面積
為S,匝數(shù)為n,線圈總電阻為r,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中以矩形線
圈中軸線為軸、以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生的交流電通過M、N與外電路連
接,如圖所示,外電路燈泡電阻為R,電壓表為理想交流電表。在線圈由
平行于磁場方向位置轉(zhuǎn)過90°的過程中,下面說法正確的是(  )
A. 電壓表V的示數(shù)為
B. 通過燈泡的電荷量為
C. 燈泡中產(chǎn)生的焦耳熱為
D. 從線圈平行于磁場方向位置開始計(jì)時,線圈中感應(yīng)電流的瞬時值表達(dá)
式為i=sin ωt(A)

解析:  當(dāng)線圈位于垂直于中性面位置時電動勢最大,其峰值Em=
nωBS,所以,電流的有效值I==,電壓表示數(shù)U=
IR=,故A錯誤;線圈轉(zhuǎn)過90°的過程中通過燈泡的電荷量為q
=t=·=×=,故B錯誤;電動勢的有效值E=
,電流的有效值I=,燈泡中產(chǎn)生的焦耳熱Q=I2Rt=
,故C正確;電流的最大值為Im==,從線圈平行磁場方向位置開始計(jì)時,感應(yīng)電流的瞬時值表達(dá)式為i=cos ωt(A),故D錯誤。
現(xiàn)實(shí) 科技 應(yīng)用
聚焦“素養(yǎng)”·提能力
求解非正弦式交變電流有效值的方法
1. 結(jié)論法
如果圖像的一部分是正弦式交變電流的周期(必須是從零至最大值或從最
大值至零)或者周期,可直接應(yīng)用正弦式交變電流的有效值與最大值之間
的關(guān)系E=、U=、I=求解。
2. 有效值定義法(非正、余弦式交變電流)
計(jì)算時要抓住“三同”,即“相同時間”內(nèi)“相同電阻”上產(chǎn)生“相同熱
量”,列式求解時注意時間取一個周期。
(2024·河北高考4題)R1、R2為兩個完全相同的定值電阻,R1兩端
的電壓隨時間周期性變化的規(guī)律如圖1所示(三角形脈沖交流電壓的峰值
是有效值的倍),R2兩端的電壓隨時間按正弦規(guī)律變化如圖2所示,則
兩電阻在一個周期T內(nèi)產(chǎn)生的熱量之比Q1∶Q2為(  )
A. 2∶3 B. 4∶3
C. 2∶ D. 5∶4

解析:結(jié)合Q=t可知Q1=·+(U0)2·=、Q2=T
=,又R1=R2,所以=,B正確。
如圖所示為一個經(jīng)雙向可控硅調(diào)節(jié)后加在電燈上的電壓,正弦式交
流電的每一個二分之一周期中,前面四分之一周期被截去。現(xiàn)在電燈上電
壓的有效值為(  )
A. Um B.

C. D.
解析:從u-t圖像上看,每個周期交流電源的有效值U1=,根據(jù)有效值
的定義有T=××2,解得U=,故D正確。
〔多選〕(2025·江蘇蘇州模擬)利用半導(dǎo)體二極管的單向?qū)щ?br/>性,可以對交變電流進(jìn)行整流,將交流電變?yōu)橹绷麟姡环N簡單的整流電
路如圖甲所示,a、b為交變電流信號輸入端,D為半導(dǎo)體二極管,R為定值
電阻。信號輸入后,電阻R兩端輸出的電壓信號如圖乙所示(圖中曲線為
正弦曲線的一部分),則關(guān)于該輸出信號,下列說法正確的是(  )
A. 頻率為100 Hz
B. 電壓有效值為50 V
C. 若將一個標(biāo)有“90 V 30 μF”的電容
器并聯(lián)在電阻R兩端,電容器可以正
常工作
D. 若電阻R=10 Ω,則1 min內(nèi)R產(chǎn)生的熱量為1.5×104 J


解析:由題圖乙可知,該電壓的周期為0.02 s,頻率為50 Hz,A錯誤;由
電流的熱效應(yīng)知,一個周期內(nèi)電阻產(chǎn)生的熱量×0.01 s=×0.02
s,解得電壓的有效值為U=50 V,B正確;電容器兩端的瞬時電壓不應(yīng)超
過標(biāo)稱電壓,故C錯誤;電阻R產(chǎn)生的熱量應(yīng)使用電壓的有效值進(jìn)行計(jì)算,
故產(chǎn)生的熱量為Q=t=1.5×104 J,D正確。
培養(yǎng)“思維”·重落實(shí)
夯基 提能 升華
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1. (2025·北京朝陽區(qū)期末)大型發(fā)電機(jī)幾乎都是旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī),如
圖所示為其原理簡圖。豎直平面內(nèi)閉合線圈abcd固定不動,磁鐵繞圖中的
虛線旋轉(zhuǎn),線圈中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。若條形磁鐵以10π rad/s的角速度勻
速轉(zhuǎn)動,且圖示時刻N(yùn)極正在向紙內(nèi)轉(zhuǎn)。現(xiàn)以圖示時刻為計(jì)時起點(diǎn),則下
列推斷正確的是(  )
A. 產(chǎn)生的交變電流的頻率是10 Hz
B. t=0時線圈中的電流方向?yàn)閍bcda
C. t=0.5 s時線圈中的電流方向發(fā)生變化
D. t=5 s時線圈中的電流最小

解析:  產(chǎn)生的交變電流的頻率是f==5 Hz,選項(xiàng)A錯誤;由右手定
則可知,t=0時線圈中的電流方向?yàn)閍bcda,選項(xiàng)B正確;t=0.5 s時磁鐵轉(zhuǎn)
過的角度為5π,此位置仍然是電流最大的位置,則線圈中的電流方向沒有
發(fā)生變化,選項(xiàng)C錯誤;t=5 s時磁鐵轉(zhuǎn)過的角度為50π,磁鐵回到初始位
置,線圈中的電流最大,選項(xiàng)D錯誤。
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2. (2025·天津和平區(qū)模擬)如圖為交流發(fā)電機(jī)的示意圖,N、S極間的磁
場可視為水平方向的勻強(qiáng)磁場,矩形線圈ABCD在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁
場的軸OO'逆時針勻速轉(zhuǎn)動,發(fā)電機(jī)的電動勢隨時間的變化規(guī)律為e=20sin
100πt (V),電極間接有阻值為R=10 Ω的定值電阻,線圈電阻不計(jì),下
列說法正確的是(  )
A. 此交流發(fā)電機(jī)的頻率為100 Hz
B. 電阻R消耗的功率為40 W
C. 當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到如圖所示的位置時產(chǎn)生的電流方向?yàn)锳BCD
D. 當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到如圖所示的位置時磁通量的變化率最大

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解析:  根據(jù)題意可知此交變電流的頻率為f==50 Hz,故A錯誤;此
發(fā)電機(jī)電動勢的有效值為E= V=10 V,線圈電阻不計(jì),則電阻R消耗
的功率為P=== W=20 W,故B錯誤;由右手定則可知,當(dāng)線
圈平面轉(zhuǎn)到圖示位置時產(chǎn)生的電流方向?yàn)镈CBA,故C錯誤;當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)
到圖示位置時磁通量為零,在中性面的垂面,磁通量的變化率最大,故D
正確。
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3. (2024·湖北高考5題)在如圖所示電路中接入正弦交流電,燈泡L1的電阻是燈泡L2的2倍。假設(shè)兩個二極管正向電阻為0、反向電阻無窮大。閉合開關(guān)S,燈泡L1、L2的電功率之比P1∶P2為(  )
A. 2∶1 B. 1∶1
C. 1∶2 D. 1∶4

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解析:  分析電路特點(diǎn)可知,在接入正弦式交流電的一個周期內(nèi),有半
個周期只給L1供電,另半個周期只給L2供電,L1兩端電壓的有效值與L2兩
端電壓的有效值相等,又R1∶R2=2∶1,則根據(jù)P=可知,燈泡L1、L2的
電功率之比P1∶P2=1∶2,C正確。
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4. (2025·廣東韶關(guān)模擬)圖甲為按壓式發(fā)電手電筒。當(dāng)以一定的頻率不
斷按壓手柄時,其內(nèi)置發(fā)電機(jī)會產(chǎn)生如圖乙所示的交變電流。已知發(fā)電機(jī)
內(nèi)阻r=2 Ω,與其串聯(lián)的白熾燈泡額定電壓為9 V、阻值為18 Ω。若該燈泡
恰好正常發(fā)光,則該發(fā)電機(jī)(  )
A. 輸出電流的有效值為0.5 A
B. 輸出電流的最大值為0.5 A
C. 電動勢的最大值為10 V
D. 輸出的交變電流頻率為50 Hz

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解析:  白熾燈泡額定電壓為9 V、阻值為18 Ω,燈泡恰好正常發(fā)光,則
輸出電流的有效值為I== A=0.5 A,故A正確;圖乙中電流為正弦式
交變電流,則輸出電流的最大值為Im=I= A,故B錯誤;電動勢的最
大值為Em=Im(R+r)=10 V,故C錯誤;根據(jù)圖乙可知,周期為0.2
s,則頻率為f==5 Hz,故D錯誤。
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5. 〔多選〕(2025·四川宜賓模擬)如圖所示,圖線a是線圈在勻強(qiáng)磁場中
勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的正弦式交變電流的圖像,調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后,其在同一磁
場中勻速轉(zhuǎn)動過程所產(chǎn)生正弦式交變電流的圖像如圖線b所示。下列關(guān)于
這兩個正弦式交變電流的說法正確的是(  )
A. 在圖中t=0時刻穿過線圈的磁通量均為零
B. 線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為3∶2
C. 交變電流a的電動勢瞬時值表達(dá)式為e=10sin 5πt(V)
D. 交變電流b的電動勢最大值為 V



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解析:  由題圖可知t=0時刻線圈均在中性面位置,穿過線圈的磁通
量最大,A錯誤;由圖像可知Ta∶Tb=2∶3,故na∶nb=3∶2,B正確;由
圖像可知交變電流a的電動勢最大值為10 V,ω== rad/s=5π rad/s,
所以交變電流a的電動勢瞬時值表達(dá)式為e=10sin 5πt(V),C正確;交變
電流的電動勢最大值為Em=NBSω,故Ema∶Emb=3∶2,則Emb=Ema=
V,D正確。
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6. 〔多選〕(2025·福建廈門模擬)發(fā)電機(jī)的示意圖如圖甲所示,邊長為L
正方形金屬框,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中以恒定角速度繞OO'軸轉(zhuǎn)
動,阻值為R的電阻兩端的電壓如圖乙所示。其他電阻不計(jì),圖乙中的Um
為已知量。則金屬框轉(zhuǎn)動一周(  )
A. 金屬框內(nèi)電流方向不變 B. 電動勢的最大值為Um
C. 流過電阻的電荷量q= D. 電阻產(chǎn)生的焦耳熱Q=


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解析:  當(dāng)金屬框轉(zhuǎn)動時,框內(nèi)電流方向每經(jīng)過中性面一次都要變化一
次,故選項(xiàng)A錯誤;根據(jù)題意及交流電產(chǎn)生的電壓圖乙以及其它電阻不計(jì)
可知,電動勢最大值為Um,選項(xiàng)B正確;根據(jù)q=It=t=可知,旋
轉(zhuǎn)半周,磁通量的改變量為ΔΦ=2BL2,因此旋轉(zhuǎn)一周,通過導(dǎo)體的電荷量
為q=,選項(xiàng)C錯誤;本題圖乙等價為余弦式交變電流,因此根據(jù)有效
值可知Q=t,電動勢最大值為BL2ω=Um,聯(lián)立可知Q=,選項(xiàng)D
正確。
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7. (2025·甘肅天水模擬)一交變電流隨時間而變化的圖像如圖所示,此交變電流的有效值是(  )
A. 5 A B. 3.5 A
C. 3.5 A D. 5 A

解析:  交變電流的有效值是根據(jù)其熱效應(yīng)定義的。設(shè)交變電流的有效
值為I,令該交變電流通過阻值為R的純電阻,在一個周期內(nèi)有I2RT=R
+R,所以該交變電流的有效值為I==5 A,故D正確。
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8. (2025·云南昆明模擬)如圖所示是某一線圈通過的交變電流的電流—
時間關(guān)系圖像(前半個周期為正弦波形的),則一個周期內(nèi)該電流的有效
值為(  )
A. I0 B. I0
C. I0 D. I0
解析:  設(shè)該電流的有效值為I,根據(jù)有效值的定義得I2RT=R·+
(2I0)2R·,解得I=I0,故選B。

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9. 〔多選〕(2025·貴州銅仁模擬)如圖甲所示,標(biāo)有“220 V 40 W”的
燈泡和標(biāo)有“20 μF 320 V”的電容器并聯(lián)接到交流電源上,V為交流電
壓表,交流電源的輸出電壓如圖乙所示,閉合開關(guān)。下列判斷正確的是
(  )
A. t=時刻,V的示數(shù)為零
B. 燈泡恰好正常發(fā)光
C. 電容器不可能被擊穿
D. V的示數(shù)保持110 V不變


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解析:  V的示數(shù)應(yīng)是交流電壓的有效值,即為220 V,選項(xiàng)A、D錯
誤;交流電壓的有效值恰好等于燈泡的額定電壓,燈泡正常發(fā)光,選項(xiàng)B
正確;交流電壓的峰值Um=220 V≈311 V,小于電容器的耐壓值,故電
容器不可能被擊穿,選項(xiàng)C正確。
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10. (2025·北京海淀模擬)正弦交變電源與電阻R、交流電壓表按照圖甲
所示的方式連接,R=10 Ω,交流電壓表的示數(shù)是10 V,圖乙是交變電源
輸出電壓u隨時間t變化的圖像。則(  )
A. 通過R的電流iR隨時間t變化的規(guī)律是iR=cos 100πt(A)
B. 通過R的電流最大值是1 A
C. R兩端的電壓uR隨時間t變化的規(guī)律是uR=5cos 50πt(V)
D. R兩端電壓的有效值是10 V

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解析:  交流電壓表的示數(shù)是10 V,則交變電流輸出電壓的最大值為
Um=U=10 V,由題圖乙可得周期T=2×10-2 s,則角速度為ω
==100π rad/s,由題圖乙可得輸出電壓u隨時間t變化的表達(dá)式為u=
10cos 100πt(V),因此通過R的電流iR隨時間t變化的規(guī)律是iR=
=cos 100πt(A),而R兩端的電壓uR隨時間t變化的規(guī)律是uR=
10cos 100πt(V),故A正確,C錯誤;通過R的電流的最大值為Im
== A= A,故B錯誤;交流電壓表的示數(shù)為有效值,所以R
兩端的電壓有效值是10 V,故D錯誤。
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11. (2025·四川綿陽模擬)如圖所示,將一根均勻?qū)Ь€圍成圓心角為60°
的扇形導(dǎo)線框OMN,O為圓心,半徑為R,線框總電阻為r,將線框O點(diǎn)置
于坐標(biāo)系的原點(diǎn),在第二、四象限有垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)
強(qiáng)度為B。從t=0時刻開始,導(dǎo)線框繞O點(diǎn)以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動,則導(dǎo)線框
中感應(yīng)電流的有效值為(  )
A. B.
C. D.

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解析:  導(dǎo)線框轉(zhuǎn)動一周的過程中,兩次進(jìn)入磁場、兩次離開磁場,所
以產(chǎn)生感應(yīng)電流的時間為t=T=T;轉(zhuǎn)動切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電
動勢E'=BR2ω,設(shè)感應(yīng)電動勢的有效值為E,根據(jù)有效值的計(jì)算公式可得
T=t,解得E=,則導(dǎo)線框中感應(yīng)電流的有效值為I==
,故C正確,A、B、D錯誤。
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12. (2025·山東濰坊期末)圖甲是一種振動發(fā)電裝置的示意圖,一個半徑r=0.10 m、匝數(shù)n=20匝的線圈套在永久磁鐵槽中,槽中磁場的磁感線均沿半徑方向均勻分布(其右側(cè)視圖如圖乙所示),線圈所在位置磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小均為B= T,線圈的電阻R1=0.50 Ω,它的引出線接有R2=9.50 Ω的小電珠L,A為理想交流電流表。當(dāng)線圈框架的P端在外力作用下沿軸線做往復(fù)運(yùn)動,便有電流通過小電珠。若線圈往復(fù)運(yùn)動的規(guī)律如圖丙所示(v取向右為正),則下列判斷正確的是(  )
A. 電流表的示數(shù)為0.24 A
B. 0.01 s時回路中的電流最大
C. 回路中交變電流的頻率為50 Hz
D. 0.015 s時小電珠L中電流的方向
為從D→L→C

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解析: 由E=Blv及題圖丙可知,線圈往復(fù)運(yùn)動所產(chǎn)生的感應(yīng)電流為正
弦式交變電流,則Em=nB×2πrvm=2.4 V,電流的有效值I=
= A,A錯誤;由題圖丙可知T=0.02 s,f=50 Hz,C正確;t=0.01 s
時,v=0,所以I=0,B錯誤;t=0.015 s時,由右手定則可知,電流方向
C→L→D,D錯誤。
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