寒假预习：交变电流的描述（学生版）-2025年高二物理

第06讲交变电流的描述（预习）

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模块一思维导图串知识1.知道交变电流的周期、频率的概念，掌握八人。之间的关系。

模块二基础知识全梳理（吃透教材）2.理解交变电流的峰值、有效值的概念，会根据电流的热效应计

模块三教材习题学解题算电流的有效值。

模块四核心考点精准练（7大考点）3.理解正弦式交变电流的公式和图像，能利用交变电流的规律解

模块五小试牛刀过关测决生活生产中的问题。

模块一思维导图串知识

知识点1:周期和频率

知识点2:峰值和有效值

知识点3:正弦式交变电流的公式和图像

知识点4:电感器和电容器对交变电流的作用

考点1：交变电流的图像

考点2:交流电的频率和峰值

考点3:交变电流的瞬时值

核心

考点4:交变电流的有效值

考点

考点5:交变电流的平均值

考点6:电感器对交变电流的影响

考点7:电容器对交变电流的影响

◎模块二基础知识全梳理-------------------------

知识点1：周期和频率

【情境导入】

线圈在磁场中转动，经过中性面开始计时闭合回路中的电流按下图所示的规律变化，由图可知，电流

的变化具有周期性。

1.周期（T）；

交变电流完成一次周期性变化所需的时间.

2.频率（/）：

交变电流完成周期性变化的次数与所用时间之比叫作频率，数值等于交变电流在单位时间内完成周期

性变化的次数.

3.周期和频率的关系

（1）周期与频率之间的关系：T=，或户/

（2）周期与频率、角速度间的关系：。=竿2兀=2时：

4.转速

产生交变电流的线圈在单位时间内转过的圈数（n）,单位：转每秒（r/s）,转速越大，交变电流变化

越快。

温馨崛

①我国工农业生产和生活所用的交变电流，周期是0.02s,频率是50Hz,电流方向每秒改变100次;

②在工业技术中，转速的单位常用“转每分”表示，频率与转速的物理意义是相同的。

知识点2：峰值和有效值

【情境导入】

我10分钟我的电流是我也10分钟我的电流分别用宜充电、交

把水烧开恒定的,把水烧开,是变化的流电先，匕在相同

的时间内达到相同

的火果，舟者电流

的有如1是相等■的

1.峰值

交变电流的电压、电流能达到的最大数值叫峰值.电容器所能承受的电压要施工交流电压的峰值，否

则电容器就可能被击穿.

电容器、二极管接在交流电路中，交流电压的峰值不能超过它们所能承受的最大电压，否则就可能被

击穿。电容器铭牌上标的电压为峰值。

2.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产生的热量相等,

则此恒定电流的电流与电压叫作交变电流的有效值.

3.正弦式交变电流的峰值与有效值之间的关系

（1）E=£、/=%、〃=至只适用于正弦式交变电流，对于按其他规律变化的交变电流，上述关系式一般

不再适用.

（2）对于非正弦式交变电流有效值的计算，时间一般选取一个周期.

（3）凡涉及能量、电功以及电功率等物理量时均用有效值，在确定保险丝的熔断电流时也用有效值.

知识点3：正弦式交变流的公式和图像

1.正弦式交变电流的图像

2.从图像中可以获得的信息

（1）峰值和有效值：从图中可读出交变电流的最大值Um，Im据此可求有效值。

127r

（2）周期、频率和角速度：频率/=一,角速度收=——o

TT

（3）由图可读出任一时刻ie的值。

温馨蝇

（1）若已知电压、电流最大值分别是Um、Im，周期为T,则正弦式交变电流电压、电流表达式分别为"=

2兀2兀

Umsin斤t,i=/msin斤t.

（2）若评图像、e-f图像为正弦曲线，表示从中性面开始计时；若为余弦曲线，表示从垂直于中性面的位

置开始计时。

3.非正弦式交变电流的图像及有效值的分析思路

4.几种常见电流的有效值

知识点4：电感器和电容器对交变电流的作用

1.感抗

（1）电路：如图所示，电感线圈L和小灯泡串联在电路中。

（2）实验现象：接通直流电源时灯泡亮些，接通交流电源时灯泡暗些。

（3）实验结论：电感线圈对交变电流有阻碍作用。

（4）原因：交变电流通过电感线圈时，由于电流的大小和方向时刻都在变化，所以不断产生自感电动势阻

碍电流变化，这种阻碍作用叫感抗，线圈的自感系数越大，交流的频率越高，线圈的感抗就越大。

温馨幅

电感线圈在电路中的作用：通直流、阻交流；通低频、阻高频

2.容抗

S

（1）电路：如上图所示，电容器C和小灯泡串联在电路中。

（2）实验现象：接通直流电源时，灯泡不亮，说明直流不能通过电容器接通交流电源时，灯泡发光，说明

交变电流能够“通过”电容器。

（3）实验结论：电容器对交变电流阻碍作用的大小，叫作容抗电容器的电容越大，交流的频率越高，电容

器对交流的阻碍作用就越小，即容抗越小。

（1）电容器在电路中的作用：通交流、隔直流；通高频、阻低频。

（2）交变电流能够“通过”电容器的本质：由于交变电流的方向不断变化，电容器在充电、放电过程中,

电路中就有了电流，表现为交变电流“通过”了电容器。实际上自由电荷并没有通过两极板间的绝缘介质。

模块三教材习题学解题

教材习题01

矩形线圈的匝数为50,在匀强磁场中绕垂直于磁场解题方法

的轴匀速转动时，穿过线圈的磁通量随时间的变化【详解】AB.在U0.1S和Z=0.3s时，磁通量最大，

规律如图所示。下列结论正确的是()此时电动势为零，且电动势改变方向，选项A、B

40/Wb错误；

2兀

C.电动势的最大值是Em=nBSco=nd>m—=50xQ.2x

J0.10.A0.3/0At/s2兀

V=50兀V,选项C正确；

707.47

D.在片0.4s时，磁通量为零，但是磁通量变化率

A.在Z=0.1s和Z=0.3s时，电动势最大

最大，其值为-一=BScO=(Pm--=0.2x—

B.在UO.2s和UO.4s时，电动势改变方向T0.4

C.电动势的最大值是50吠Wb/s=7iWb/s

D.在r=0.4s时，磁通量变化率最大，其值为选项D正确。

%Wb/s

【答案】CDo

解题方法

【详解】(1)线框转动过程中，演与cd两边垂直

教材习题02

切割磁感线时(与图示位置垂直时)，产生的感应

如图所示，在磁感应强度为2的匀强磁场中有一个

电动势最大说=欧0

面积为S的矩形线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO'

以角速度。匀速转动。(2)图中位置的磁通量①i=BS

(1)穿过线框平面磁通量的变化率何时最大？最大转过60。时的磁通量①，=BScos6O0=^5S

2

值为多少？

从图示位置转过60。过程中，感应电动势的平均值

(2)当线框由图示位置转过60。的过程中，平均感

应电动势为多大？

-BS-BS

2

(3)线框由图示位置转到60。时瞬时感应电动势为=­BSco

12万

△t-7T

多大？3

CD

如果线框绕他转动，电动势最大值又是多少？

(4)(3)图示的位置为中性面的位置，所以电动势瞬

时值的表达式e=&sin0f

0

将cot-60°代入得,e=BSco-sin60°=BSco

XXX

ad2

XXXX(4)如果线框绕时转动，当A边垂直切割磁感线

XXXX时，感应电动势最大Em'=BLv=Babcoad=BSco

bC

XXrxX

【答案】(1)ab与cd两边垂直切割磁感线时；BSco；(2)—BSco•(3);(4)BS①。

242

教材习题03解题方法

丸1图所示为正弦交变电流经过整流后的图像，求该

【详解】由图像可知该电流的周期为每个周期

由,流的有效值。

，//A内的图像都是正弦函数图像，电流的最大值为2A,

根据正弦交流电最大值和有效值的关系可得

2ZVW\:

/有/A=0A

OT2Tt/s

【答案】V2Ao

6模块四核心考点精准练-------------------------

考点1：交变电流的图像

【典例1】交流发电机的线圈匀速转动时产生正弦式交变电流，其电动势随时间变化的图像如图所示，下列

A.y0时，穿过线圈的磁通量的变化率最大B.r=0.005s时，线圈位于中性面

C.f=0.005s时，穿过线圈的磁通量为零D.发电机线圈转动的角速度为50rad/s

【变式1-1］如图甲所示，一闭合矩形线圈abed绕垂直于磁感线的固定轴匀速转动，线圈平面位于如

图甲所示的匀强磁场中。通过线圈的磁通量①随时间f的变化规律如图乙所示，下列说法正确的是()

A.小4时刻通过线圈的磁通量变化率最大B.小与时刻线圈中感应电流方向改变

C.小。时刻线圈中磁通量最大D.小。时刻线圈中感应电动势最小

【变式1-2］现在世界各国生产生活用电基本为交流电。某地区所使用的交流电的电压随时间变化的规律如

图所示，将理想交流电流表与阻值为31.1Q的电阻串联后接在该交流电压两端。下列判断正确的是()

A.该交流电的频率为120HzB.该交流电的方向每分钟变换3600次

C.该交流电的电压有效值为110VD.理想交流电流表的示数为5A

考点2：交流电的频率和峰值

【典例2］如图所示，矩形线圈的匝数N=100,ab=30cm,ad=20cm,匀强磁场的磁感应强度3=0.8T,

线圈绕垂直磁场的轴0。从图示位置(线圈平面与磁感线平行)开始匀速转动，角速度0=lOO;rrad/s,则:

(1)穿过线圈的磁通量的最大值①m为多大？

(2)线圈产生的感应电动势的最大值号为多大？

(3)从图示位置开始匀速转动60。时，线圈中产生的感应电动势为多大？

【变式2-1】发电机转子是匝数“=100,边长L=20cm的正方形线圈，其置于磁感应强度3=1T的匀强磁

场中，绕着垂直磁场方向的轴以。=1。0%(血必)的角速度转动，当转到线圈平面与磁场方向垂直时开始计

时。线圈的电阻r=外电路电阻R=99Q试求：

(1)写出该线圈中产生的感应电动势的最大值纥,;

(2)写出交变电流瞬时值表达式。

考点3：交变电流的瞬时值

【典例3］如图所示，线圈仍cd的面积是0.05n?,共1000匝，线圈的总电阻厂=1。，外接电阻R=9。,

匀强磁场的磁感应强度8=，T,当线圈以300r/min的转速匀速旋转时，问：

(1)若从线圈处于中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式;

⑵线圈转过3s时电动势的瞬时值多大；

00

(3)电路中，电压表和电流表的示数各是多少。

XXiXX

【变式3-1］如下图所示，一个边长£=10cm,匝数〃=100匝的正方形线圈〃bed在匀强磁场中绕垂直于磁感

线的对称轴O。，匀速转动,磁感应强度B,T,角速度。=10OTad/s，外电路电阻R=4.0Q,线圈内阻r=L0C。

71

(1)写出线圈由图中所示位置开始计时时，感应电动势的瞬时值表达式；

(2)线圈转动一周，电阻R上产生的热量。

【变式3-2】如图所示，双=100匝的矩形线圈漏)的面积5=0.02012,放在磁感应强度3=0.5T的匀强磁

场中，外力使线圈绕垂直于磁场的轴以“=1500r/min的转速匀速转动，线圈电阻r=2。，外电路电阻

R=8Q,”0时线圈平面与磁场平行。求:

(1)感应电动势的瞬时值表达式；

(2)线圈转一圈外力做的功。

考点4：交变电流的有效值

【典例4】两个相同的定值电阻1、2分别接在正弦交流电源和直流电源的两端，直流电压恒为4。当电阻

1、2的通电时间分别为/和2f时，两个电阻上产生的热量均为。。则该正弦交流电源电压的最大值是()

电阻1电阻2

-IZZl-

<-----〃------><-----5------>

正弦交流电源直流电源

A.庖。B.2U0C.与U。D.gu0

【变式4-1］现在的调光电灯和调速风扇的调节功能是靠可控硅电子元件来实现的。图示为经一双向可控硅

电子元件调节后加在电灯上的电压，即可控硅电子元件能把正弦式交变电流的电压由小变大的部分截去，

转动调节开关上的旋钮可以控制截去部分的多少，从而改变电灯两端的电压，那么现在电灯两端的电压为

()

【变式4-2】当用万用表测量家庭电路的电压时,通常测的是家庭电压的(填“有效值”或“最大值”),

如图所示，该交变电流的有效值为，该交变电流的周期为。

考点5：交变电流的平均值

【典例5】如图所示为交流发电机的示意图，磁场可视为水平方向的匀强磁场，线圈绕垂直于磁场的水平轴

沿逆时针方向以〃=述r/s匀速转动，线圈匝数N=100、面积S=0.01m2,磁感应强度3=0.1T,电

71

阻R=4O,线圈电阻r=10。从图示位置开始计时，以下判断正确的是()

A,产生的交流电电动势为e=3cos(10V^)V

B.电阻R的热功率为0.08W

C.在/=0时刻，电流表的示数为0

D.在。〜匕s时间内，通过电阻R的电荷量为0.04C

20

【变式5-1］如图为交流发电机的原理图，其矩形线圈46cd在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴按

图示方向匀速转动，转动角速度o=50rad/s,线圈的匝数〃=100匝、总电阻r=10Q,线圈围成的面积

S=0.1m2»线圈两端与阻值R=90。的电阻相连，交流电压表可视为理想电表。已知磁场的磁感应强度

B=0.2T,图示位置矩形线圈与磁感线平行。则下列说法错误的是（）

A.图示位置时，线圈中的电流最大，电流方向为He必

B.电路中交流电压表的示数为90V

C.从图示位置开始计时，线圈产生的电动势的瞬时值表达式为e=100cos50r（V）

D.线圈由图示位置转过60。的过程中，通过电阻R的电荷量为走C

100

【变式5-2］如图甲所示为交流发电机的示意图。一矩形线圈在两磁极间的匀强磁场中绕轴逆时针匀速

转动,线圈匝数n=30,线圈电阻『2d穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图乙所示，定值电阻R=8Q,

其余电阻不计。下列说法正确的是（）

R

A.r=0时，线圈位于中性面

B.当BC边与磁场方向的夹角为30。时，感应电动势的瞬时值e=15?rV

C.该交流电电流的有效值37tA

D.在0〜0.1s内，通过电阻R的电荷量为0.6C

考点6：电感器对交变电流的影响

【典例6】把带铁芯的线圈工与小灯泡串联起来，然后利用单刀双掷开关S分别与直流电源和交流电源连接,

如图所示。已知直流电源的电压与交流电压的有效值相等，闭合开关电路稳定后，下列叙述正确的是（）

A.S接1时灯泡更亮一些

B.S接1和接2时灯泡一样亮

C.当S接1时，调高电源频率后，小灯泡将会变暗

D.当S接1时，将线圈中的铁芯拔出后，小灯泡将会变暗

【变式6-1】如图所示，A、B、C是3个完全相同的灯泡，L是一个自感系数较大的线圈（直流电阻可忽略

A.电路接通稳定后，3个灯亮度相同

B.电路接通稳定后，S断开时，C灯立即熄灭

C.S闭合时，A灯立即亮，然后逐渐熄灭

D.S闭合时，B灯立即亮，然后逐渐熄灭

【变式6-2】如图所示，将带铁芯的电感器L与灯泡A串联，再与另一个完全相同的灯泡B并联，接在以

正弦交流信号发生器为电源的两端。通过调节交流信号发生器上的旋钮，可以改变输出电压和信号的频率。

闭合开关S,A、B两灯均发光。关于该实验，下列说法中正确的是（）

A.保持交流信号频率不变，适当提高输出电压，发现A灯始终比B灯亮

B.保持输出电压不变，提高交流信号频率，发现A、B灯均变亮

C.保持输出电压和信号频率不变，撤去铁芯后，发现A灯比原来亮

D.断开开关S,发现A灯闪亮一下，然后熄灭

考点7：电容器对交变电流的影响

【典例7】（多选）一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴线匀速转动时产生正弦式交变电流，其电动

势的变化规律如图甲中的图线。所示，用此线圈给图乙中电路供电，发现三个完全相同的灯泡亮度均相同。

当调整线圈转速后，电动势的变化规律如图甲中的图线6所示，下列说法正确的是（）

A.r=0时刻，线圈平面恰好与磁场方向平行

B.图线6所表示的电动势的瞬时值表达式为e=40sin寸（V）

C.线圈先后两次转速之比为3:2

D.转速调整后，三个灯泡的亮度仍然相同

【变式7-1］（多选）如图所示，单匝线圈abed在匀强磁场中绕垂直于磁场的6c边以角速度0匀速转动,

其线圈中感应电动势的峰值为段，闭合回路中两只相同的灯泡亮度恰好相同。则（）

A.若抽去电感器L的铁芯，灯泡A2亮度不变

B.若增大线圈转动角速度。，则灯泡A1将比A?更亮

C.若减小电容器C两极板间的正对面积，则灯泡A1变暗

D.线圈在图示位置时，穿过它的磁通量为生

CD

【变式7-2］如图所示，电路中完全相同的三只灯泡a、b、c分别与电阻R、电感器L、电容器C串联，然

后再并联到220V、50Hz的交流电路上，三只灯泡亮度恰好相同。若保持交流电的电压不变，将交变电流

的频率增大到60Hz,则发生的现象是（）

1

10

A.三灯亮度不变B.三灯均变亮

C.a亮度不变，6变亮，c变暗D.。亮度不变，6变暗，c变亮

模块五小试牛刀过关测

一、单选题

1.（24-25高三上•河北张家口•开学考试）如图为一交变电流的ET图像，图中曲线是正弦曲线的一部分,

E]+E]「g+月

2

2.如图，交流电源的输出电压为“，频率为一,A、B、C灯亮度相同。下列说法正确的是（）

A.拔出电感线圈L中的铁芯后，B灯将变暗

B.在电容器C|中插入电介质之后，C灯将变暗

C.将交流电源的频率提高为2/时，A灯亮度不变，B灯变暗，C灯变亮

D.改接输出电压为瓦的直流电源时，A灯将变亮，B灯将变暗，C灯将熄灭

3.（21-22高二下.四川绵阳•期末）如图所示，单匝线圈abed在匀强磁场中绕垂直于磁场的be边以角速度。

匀速转动，其线圈中感应电动势的峰值为&,闭合回路中两只相同灯泡恰好正常发光。则（）

A.若抽去电感器L的铁芯，灯泡A2亮度不变

B.若增大线圈转动角速度。，则灯泡A1将比A2更亮

C.若增大电容器C两极板间的正对面积，则灯泡A1变暗

D.从图示位置开始计时，线圈上产生的感应电动势大小e=Emcos0r

4.（2024•山东青岛•三模）如图，学校兴趣小组利用厚度为d、电阻率为夕的硅钢片制成一个内径为，、高

度为力的圆筒，d«r,已知圆筒所在处有沿轴线竖直向上方向的磁场，磁感应强度随时间变化的规律为

B=BoSincot,下列说法正确的是（）

A.硅钢片中感应电动势e=7i产0综5也0f

TT

B./=「时，硅钢片中感应电动势最大

2a）

c.硅钢片中感应电流的有效值为亚也1

4月

D.硅钢片的发热功率为叵曳竺退

2P

5.（23-24高二下•吉林・期末）如图所示，电阻为r的单匝金属直角线框仍加放置在磁感应强度大小为8

的匀强磁场中，a、1两点连线与磁场垂直，ab、cd长均为/,be长为21,定值电阻阻值为凡线框绕面连

线以角速度。匀速转动，从图示位置开始计时，则（）

A.线框每转一圈，回路电流方向改变一次

B.回路中产生的感应电动势有效值为23尸0

C.a、d两点间的电压为后BL。

D.4周期内通过R的电荷量为竺0

4R+r

6.（23-24高二下・甘肃金昌・期末）一个电阻为R的单匝矩形金属线圈放在磁场中，磁场与矩形线圈所在的

平面垂直，线圈的面积为S,穿过矩形线圈的磁场随时间变化的图像如图所示，图中的最大值纬和变化的

周期T均已知，则该交变电流的电流有效值为（）

Bm忑

'RT

C缚D2同忑

RTRT

7.（23-24高二下.全国.单元测试）数字触发器可以将模拟信号转化为数字信号。如图甲中的正弦式交变电

流通过图乙中的数字触发器后输出为图丙所示的数字信号，该数字触发器的转换规则是：交变电流的电压

瞬时值小于Q75V时输出为0,电压瞬时值不小于0.75V时输出为IV。下列说法正确的是（）

0.010.02.数字

0

t/s触发

器

-1.5o

A.%与22间的时间间隔为o.ois

B.图丙所示的电压的频率等于50Hz

C.该正弦式交变电流的电压瞬时值表达式为"=1.5sin50m（V）

2

D.图丙所示的电压接在R=10O的电阻两端，一个周期内的发热量为§xio-3j

8.（24-25高三上•黑龙江•阶段练习）如图所示为交流发电机的简化模型。ABCD是一个矩形导线框（电阻

不计）。全部处于磁感应强度大小为B的沿水平方向的匀强磁场中，导线框面积为S,绕水平轴OO'以角速

度。匀速转动，交流电压表示数为U,下列说法正确的是（）

A.图示位置时流过线框的电流方向为AOC8

B.交流电源的电动势峰值为2U

C.线框匝数为导

BSa）

D.从图示位置开始计时，t=3时感应电动势瞬时值为正U

3a）2

9.（24-25高二下•全国•课后作业）如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次以不同的转速绕与磁

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-r图像分别如图乙中曲线a,b所示，则（）

A.两次，=0时刻穿过线圈的磁通量变化率均最大

B.曲线。表示的交变电动势的最大值为25V

C.曲线6表示的交变电动势的有效值为15V

D.曲线a、b对应的线圈转速之比为3：2

二、多选题

10.（24-25高二上•全国•课后作业）A、B是两个完全相同的电热器，A通以图甲所示的方波式交变电流,

8通以图乙所示的交变电流。下列说法正确的是（）

B.图乙交变电流的有效值为

C.这两个电热器的电功率之比巴：?=5:8

D.这两个电热器的电功率之比与：4=9:8

11.（24-25高二上•全国•课后作业）如图所示，边长为L=0.2m的正方形线圈Med,匝数为”=10,总电

阻为厂=2。，外电路的电阻为R=8Q,ab的中点和cd的中点的连线OO'恰好位于匀强磁场的边界线上，

磁场的磁感应强度B=2T.若线圈从图示位置开始，以角速度（y=2rad/s绕OO'轴匀速转动，则以下判断

中正确的是（）

A.闭合电路中感应电动势的瞬时值表达式为e=1.6sin2r（V）

B.在";7Ts时刻，穿过线圈的磁通量为零，但磁通量变化率最大

4

7T

C.从/=0时刻到r=：s时刻，电阻R上产生的热量为3.2兀*10q

4

TT

D.从丁=0时亥！|到/=—s时刻，通过电阻R的电荷量为0.04C

4

12.（2024•全国•模拟预测）电动汽车在制动时，可利用车轮转动将其动能转换成电能储存起来，车轮转动

时带动磁极绕固定线圈旋转，在线圈中产生电流，车轮半径为R,刹车过程中车轮做匀减速运动，初速度为

%，末速度为零，刹车位移为8