五年（2021-2025）高考物理真题分类汇编：专题12 交变电流（全国）（解析版）

专题12交变电流

考点五年考情（2021-2025）命题趋势

2025·北京卷、河北卷

2024·广西卷、新课标卷、湖北卷基础考查仍是重点，如交变电流的产生、

考点1交变电

2023·湖南卷描述、理想变压器原理等基础知识，常以

流

2022·河北卷、海南卷选择题或填空题形式出现。注重综合应用，

2021·浙江卷、辽宁卷常与电路、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

2025·湖南卷、安徽卷会更加新颖，可能结合现代科技、生活实

2024·全国甲卷、海南卷、重庆卷际等，考查学生知识迁移能力。此外，开

考点2变压器

2023·北京卷、广东卷放性、探究性问题或增多，鼓励学生深入

远距离输电

2022·湖北卷、北京卷思考，培养创新思维和解决实际问题的能

2021·湖南卷、山东卷力。

考点01交变电流

1．（2025·黑吉辽蒙卷·高考真题）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所在直线以角速度顺时针匀速转动，be与磁场

方向垂直。t0时，abef与水平面平行，则（）

A．t0时，电流方向为abcdefa

B．t0时，感应电动势为Bl2

π

C．t时，感应电动势为0

π

D．t0到t过程中，感应电动势平均值为0

【答案】AB

【详解】AB．线框旋转切割磁场产生电动势的两条边为cd和af，t0时刻cd边速度与磁场方向平行，

不产生电动势，因此此时af边切割产生电动势，由右手定则可知电流方向为abcdefa，电动势为

EBlvBllBl2，AB正确；

C．t时，线框旋转180°，此时依旧是af边切割磁场产生电动势，感应电动势不为零，C错误；

D．t0到t时，线框abef的磁通量变化量为零，线框bcde的磁通量变化量为2BS2Bl2

2Bl2

由法拉第电磁感应定律可得平均电动势为E，D错误。

t

故选AB。

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e10sin(100t)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

【答案】C

【详解】A．根据题意可知，该交流电的频率为f50Hz

2

故A错误；

B．线圈转到图示位置时，磁场与线圈平面平行，磁通量最小，磁通量变化率最大，感应电动势最大，

故B错误；

C．根据题意，由右手定则可知，线圈转到图示位置时，电流由BA，由左手定则可知，AB边受到的

安培力方向向上，故C正确；

D．根据题意，由公式EmNBS可知，仅线圈转速加倍，电动势的最大值变为原来的2倍，为20V，故

D错误。

故选C。

3．（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（）

3r2B

A．圆环I中电流的有效值为0

Rt0

B

20

B．t1.5t0时刻直导线CD电动势为r

t0

2

rB0

C．t0.5t0时刻圆环Ⅱ中电流为

12Rt0

1B

20

D．t0.5t0时刻圆环Ⅱ上PQ间电动势为r

12t0

【答案】BD

2

rB0

【详解】A．由题图可知，在0~t0内和2t0~3t0内圆环I中的电流大小均为I1

Rt0

2

2rB0

在t0~2t0内圆环I中的电流大小为I2

Rt0

222

设圆环I中电流的有效值为I，根据有效值定义可得IR3t0I1R2t0I2Rt0

2r2B

联立解得I0

Rt0

故A错误；

B．设右侧又一无限长的直导线CD对称的无限长的直导线CD与CD构成回路，则t1.5t0时刻，CD、

22B0

CD回路产生的总电动势为E总r

t0

B

20

根据对称性可知t1.5t0时刻直导线CD电动势为r，故B正确；

t0

C．由于圆环Ⅱ处于磁场外部，通过圆环Ⅱ的磁通量一直为0，所以圆环Ⅱ不会产生感应电流，则t0.5t0

时刻圆环Ⅱ中电流为0，故C错误；

B

20

D．以O点为圆心，过程P、Q两点圆轨道，在t0.5t0时刻产生的电动势为Er

t0

3012B

则P、Q两点间圆弧的电动势为EEr0

36012t0

12B0

由于P、Q两点间圆弧与圆环Ⅱ上PQ构成回路不会产生感应电流，则圆环Ⅱ上PQ间电动势为r，

12t0

故D正确。

故选BD。

、

4．（2025·北京·高考真题）如图所示，线圈自感系数为L，电容器电容为C，电源电动势为E,A1A2和A3

是三个相同的小灯泡。开始时，开关S处于断开状态。忽略线圈电阻和电源内阻，将开关S闭合，下列

说法正确的是（）

A．闭合瞬间，A1与A3同时亮起B．闭合后，A2亮起后亮度不变

C．稳定后，A1与A3亮度一样D．稳定后，电容器的电荷量是CE

【答案】C

、

【详解】A．闭合开关瞬间，电容器C相当于通路，线圈L相当于断路，所以A1A2瞬间亮起，A3逐

渐变亮，A错误；

B．闭合开关后，电容器充电，充电完成后相当于断路，所以A2亮一下后熄灭，B错误；

C．稳定后，电容器相当于断路，线圈相当于短路，所以A1、A3串联，所以一样亮，C正确；

D．稳定后，电容器与A3并联，两端电压等于A3两端电压，由于线圈电阻和电源内阻忽略不计，且A1、

11

A串联，A两端电压为E，根据QCU，可得电容器的电荷量等于CE，D错误。

3322

故选C。

5．（2024·浙江·高考真题）理想变压器的原线圈通过a或b与频率为f、电压为u的交流电源连接，副线圈

接有三个支路，如图所示（光敏电阻的阻值随着光照增加而减少）。当S接a时，三个灯泡均发光。若

（）

A．电容C增大，L1灯泡变亮B．频率f增大，L2灯泡变亮

C．RG上光照增强，L3灯泡变暗D．S接到b时，三个泡均变暗

【答案】A

【详解】A．电容增大，对交流电的阻碍作用减小，则L1灯泡变亮，故A正确；

B．频率f增大，则电感的阻碍作用增大，则L2灯泡变暗，故B错误；

C．光敏电阻光照增强，阻值减小，由于各支路电压不变，则L3灯泡电流增大，变亮，故C错误；

D．S接到b时，根据变压比可知，副线圈电压增大，则三个泡均变亮，故D错误。

故选A。

6．（2024·新疆河南·高考真题）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

【答案】BD

【详解】如图开始线圈处于中性面位置，当磁极再转过90°时，此时穿过线圈的磁通量为0，故可知电流

最大；在磁极转动的过程中，穿过线圈的磁通量在减小，根据楞次定律可知，此时感应电流方向由Q指

向P。

故选BD。

7．（2024·广东·高考真题）将阻值为50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u102sin(100πt)V

【答案】D

【详解】A．由图可知交流电的周期为0.02s，则频率为

1

f50Hz

T

故A错误；

B．根据图像可知电压的峰值为102V，根据欧姆定律可知电流的峰值

U102V

Im0.22A

mR50Ω

故B错误；

C．电流的有效值为

I

Im0.2A

2

所以电阻在1s内消耗的电能为

WI2Rt0.22501J=2J

故C错误；

D．根据图像可知其电压表达式为

2

uUsint102sintV102sin100tV

mT

故D正确。

故选D。

、

8．（2024·河北·高考真题）R1R2为两个完全相同的定值电阻，R1两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3倍），R2两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Q1:Q2为（）

A．2:3B．4:3C．2:3D．5:4

【答案】B

【详解】根据有效值的定义可知图1的有效值的计算为

2

U0

22

U3TUT

1T0

R1R12R12

解得

2

UU

130

图二的有效值为

U0

U2

2

接在阻值大小相等的电阻上，因此

22

Q1:Q2U1:U24:3

故选B。

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．

【答案】C

【详解】根据题意可知，磁场区域变化前线圈产生的感应电动势为

eEsint

3Eπ

由题图丙可知，磁场区域变化后，当Esint时，线圈的侧边开始切割磁感线，即当线圈旋转时

23

开始切割磁感线，由几何关系可知磁场区域平行于x轴的边长变为

π

d2dcosd

3

C正确。

故选C。

【点睛】

10．（2024·湖北·高考真题）在如图所示电路中接入正弦交流电，灯泡L1的电阻是灯泡L2的2倍。假设两

个二极管正向电阻为0、反向电阻无穷大。闭合开关S，灯泡L1、L2的电功率之比P1:P2为（）

A．2︰1B．1︰1C．1︰2D．1︰4

【答案】C

【详解】两个二极管正向电阻为0，反向电阻无穷大，二极管导通则短路并联的灯泡，此时另一个灯泡

与电源串联，根据电路图可知在一个完整的周期内，两个灯泡有电流通过的时间相等都为半个周期，

电压有效值相等，则根据

U2

P=

R

可知

P1:P2RL2:RL11:2

故选C。

11．（2024·浙江·高考真题）如图为某燃气灶点火装置的原理图。直流电经转换器输出u5sin100tV的

交流电，经原、副线圈匝数分别为n1和n2的变压器升压至峰值大于10kV，就会在打火针和金属板间引

发电火花，实现点火。下列正确的是（）

n7

A．2

n120000

n1

B．1

n22000

C．用电压表测原线圈两端电压，示数为5V

D．副线圈输出交流电压的频率是100Hz

【答案】B

【详解】AB．原线圈两端电压的有效值

552

U1VV

22

根据电压匝数关系有

Un

11

U2n2

变压器副线圈电压的峰值

U2max2U2

根据题意有

3

U2max1010V

解得

nn1

22000，1

n1n22000

故A错误，B正确；

C．用电压表测原线圈两端电压，电压表测的是有效值，则示数为

552

U1VV

22

故C错误；

D．根据

2

2f100Hz

T

解得

f50Hz

变压器不改变频率，则副线圈输出交流电压的频率是50Hz，故D错误。

故选B。

12．（2022·海南·高考真题）一个有N匝的矩形线框，面积为S，以角速度从如图所示的位置开始，在匀

强磁场B中匀速转动，则产生的感应电动势随时间变化的图像是（）

A．B．

C．D．

【答案】A

【详解】图示位置线框处于与中性面垂直的平面，竖直长边垂直切割磁感线，此时产生的感应电动势

最大为

EmNBS

根据正弦式交变电流的表达式可知感应电动势随时间的变化关系为

eNBScost

故选A。

13．（2022·河北·高考真题）张家口市坝上地区的风力发电场是北京冬奥会绿色电能的主要供应地之一，其

发电、输电简易模型如图所示，已知风轮机叶片转速为每秒z转，通过转速比为1:n的升速齿轮箱带动

发电机线圈高速转动，发电机线圈面积为S，匝数为N，匀强磁场的磁感应强度为B，t0时刻，线圈

所在平面与磁场方向垂直，发电机产生的交变电流经过理想变压器升压后。输出电压为U。忽略线圈

电阻，下列说法正确的是（）

A．发电机输出的电压为2NBSz

B．发电机输出交变电流的频率为2nz

C．变压器原、副线圈的匝数比为2NBSnz:U

D．发电机产生的瞬时电动势e2NBSnzsin2nzt

【答案】C

【详解】B．发电机线圈的转速为nz，输出交变电流的频率为

fnz

2

B错误；

A．线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生的为正弦交流电，最大值为

EmNBS2nz

输出电压的有效值为

E

Em2NBSnz

2

A错误；

C．变压器原、副线圈的匝数比为

nE2NBSnz

1

n2UU

C正确；

D．发电机产生的瞬时电动势为

eEmsint2NBSnzsin(2nz)t

D错误。

故选C。

14．（2022·广东·高考真题）图是简化的某种旋转磁极式发电机原理图。定子是仅匝数n不同的两线圈，n1n2，

二者轴线在同一平面内且相互垂直，两线圈到其轴线交点O的距离相等，且均连接阻值为R的电阻，

转子是中心在O点的条形磁铁，绕O点在该平面内匀速转动时，两线圈输出正弦式交变电流。不计线

圈电阻、自感及两线圈间的相互影响，下列说法正确的是（）

A．两线圈产生的电动势的有效值相等B．两线圈产生的交变电流频率相等

C．两线圈产生的电动势同时达到最大值D．两电阻消耗的电功率相等

【答案】B

【详解】AD．根据En可得两线圈中磁通量的变化率相等，但是匝数不等，则产生的感应电动势

t

U2

最大值不相等，有效值也不相等；根据P可知，两电阻的电功率也不相等，选项AD错误；

R

B．因两线圈放在同一个旋转磁铁的旁边，则两线圈产生的交流电的频率相等，选项B正确；

C．当磁铁的磁极到达一线圈附近时，一个线圈的磁通量最大，感应电动势为0，另一个线圈通过的磁

通量最小，感应电动势最大，可知两线圈产生的感应电动势不可能同时达到最大值，选项C错误。

故选B。

15．（2021·江苏·高考真题）贯彻新发展理念，我国风力发电发展迅猛，2020年我国风力发电量高达4000

亿千瓦时。某种风力发电机的原理如图所示，发电机的线圈固定，磁体在叶片驱动下绕线圈对称轴转

动，已知磁体间的磁场为匀强磁场，磁感应强度的大小为0.2T，线圈的匝数为100、面积为0.5m2，电

阻为0.6Ω，若磁体转动的角速度为90rad/s，线圈中产生的感应电流为50A。求：

（1）线圈中感应电动势的有效值E；

（2）线圈的输出功率P。

【答案】（1）6.4102V；（2）3.1104W

【详解】（1）电动势的最大值

EmNBS

有效值

E

Em

2

解得

NBS

E

2

带入数据得

E6.4102V

（2）输出电压

UEIr

输出功率

PIU

解得

PI(EIr)

代入数据得

P3.1104W

16．（2021·辽宁·高考真题）如图所示，N匝正方形闭合金属线圈abcd边长为L，线圈处于磁感应强度大小

L

为B的匀强磁场中，绕着与磁场垂直且与线圈共面的轴OO′以角速度ω匀速转动，ab边距轴。线圈

4

中感应电动势的有效值为（）

2122

A．NBL2B．NBL2C．NBLD．NBL2

224

【答案】B

【详解】交流电的最大值和两条边到转轴的距离无关，为

2

EmNBSNBL

因此有效值为

E2

EmNBL2

22

故选B。

17．（2021·北京·高考真题）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t0.4s时电流改变方向B．该交变电流的周期为0.5s

2

C．该交变电流的表达式为i=2cos5πtAD．该交变电流的有效值为A

2

【答案】C

【详解】A．由图可知t0.4s时电流为正方向最大，电流方向没有发生变化，故A错误；

B．由图可知，该交变电流的周期为T=0.4s，故B错误；

C．由图可知，电流的最大值为imax2A，角速度为

2

5rad/s

T

故该交变电流的表达式为

i=imaxcost2cos5πtA

故C正确；

D．该交变电流的有效值为

i

imax2A

2

故D错误。

故选C。

18．（2021·浙江·高考真题）如图所示，虚线是正弦交流电的图像，实线是另一交流电的图像，它们的周期

T和最大值Um相同，则实线所对应的交流电的有效值U满足（）

Um2U2U2U

A．UB．UmC．UmD．Um

2222

【答案】D

【详解】因虚线是正弦交流电的图像，则该交流电的有效值为

Um2Um

U有效值=

22

由图可知，在任意时刻，实线所代表的交流电的瞬时值都不大于虚线表示的正弦交流电的瞬时值，则

实线所代表的交流电的有效值小于虚线表示的正弦交流电的有效值，则

2U

Um

2

故选D。

19．（2011·四川·高考真题）如图所示，在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期为T，转轴O1O2垂直于磁

场方向，线圈电阻为2Ω，从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈转过60时的感应电流为1A，

那么（）

A．线圈消耗的电功率为4W

B．线圈中感应电流的有效值为2A

2

C．任意时刻线圈中的感应电动势为e4cost

T

T2

D．任意时刻穿过线圈的磁通量为Φsint

T

【答案】AC

【详解】B．从垂直中性面开始其瞬时表达式为

iImcos

则电流的最大值为

i1

IA2A

mcos0.5

则电流的有效值为

I

Im2A

2

故B错误；

A．线圈消耗的电功率为

PI2r(2)22W4W

故A正确；

C．感应电动势的最大值为

EmImr22V4V

任意时刻线圈中的感应电动势为

22

eEcost4cost

mTT

故C正确；

D．根据最大感应电动势公式有

2

EBS4V

mmT

解得，最大磁通量为

2T

m

则任意时刻穿过线圈的磁通量为

2T2

Φsint

T

故D错误。

故选AC。

20．（2021·浙江·高考真题）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。其它电阻不计，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

2BL2UBL2

C．流过电阻的电荷D．电阻产生的焦耳热m

RR

【答案】BD

【详解】A．当线框转动时，框内电流方向每经过中性面一次都要变化一次，而线圈和外电路接点处通

过换向器，保证电流的方向不发生变化，从而使加在电阻两端的电压方向保持不变，A错误；

B．由图乙可知，电动势的最大值为Um，B正确；

C．线圈转过半周，则流过电阻的电荷量为

E2BL2

qItt

RRR

则金属框转过一周流过电阻的电荷量为

4BL2

q'2q

R

C错误；

D．因为

2

UmBL

则

U

m

BL2

金属框转过一周电阻产生的焦耳热

2

Um

22

U22UBL

QT=m

RRR

D正确。

故选BD。

考点02变压器远距离输电

21．（2025·云南·高考真题）电动汽车充电桩的供电变压器（视为理想变压器）示意图如图所示。变压器原

线圈的匝数为n1，输入电压U11.1kV；两副线圈的匝数分别为n2和n3，输出电压U2U3220V。当

I、Ⅱ区充电桩同时工作时，两副线圈的输出功率分别为7.0kW和3.5kW，下列说法正确的是（）

A．n1:n25:1B．n1:n31:5

C．变压器的输入功率为10.5kWD．两副线圈输出电压最大值均为220V

【答案】AC

【详解】AB．根据理想变压器的电压比等于匝数比可得n1:n2U1:U25:1，n1:n3U1:U35:1

故A正确，B错误；

C．根据能量守恒可知变压器的输入功率等于总的输出功率，故P输入=P输出=7.0kW3.5kW=10.5kW

故C正确；

D．输出电压为交流电的有效值，根据正弦交流电的最大值与有效值的关系可知，两副线圈输出电压最

大值均为

Um2202V

故D错误。

故选AC。

22．（2025·广西·高考真题）有一变压器的原线圈接入有效值为220V的正弦交流电，副线圈输出电压的最

大值112V，则原副线圈的匝数比为（）

A．20:2B．2:20C．20:1D．1:20

【答案】C

112

【详解】变压器次级电压有效值为U2V=11V

2

nU22020

则变压器原副线圈的匝数比11

n2U2111

故选C。

23．（2025·福建·高考真题）某理想变压器如图甲，原副线圈匝数比4：1，输入电压随时间的变化图像如图

乙，R1的阻值为R2的2倍，则（）

A．交流电的周期为2.5s

B．电压表示数为12V

C．副线圈干路的电流为R1电流的2倍

D．原副线圈功率之比为4：1

【答案】B

【详解】A．由图可知，交流电的周期为2.25s，故A错误；

Um

B．根据图乙可知，输入电压最大值U482V，则输入电压有效值为U148V，根据变压比可

m2

n2

知，副线圈电压即电压表示数为U2U112V，故B正确；

n1

C．R1的阻值为R2的2倍，根据并联规律可知，两电阻的电压相同，根据欧姆定律可知，流经R1和R2

的电流之比为1:2，副线圈干路电流等于流经两电阻的电流之和，则副线圈干路的电流为R1电流的3

倍，故C错误；

D．根据变压器的原理可知，原副线圈功率相同，故D错误。

故选B。

24．（2025·安徽·高考真题）某理想变压器的实验电路如图所示，原、副线圈总匝数之比n1:n21:3，A为

理想交流电流表。初始时，输入端a、b间接入电压u122sin(100πt)V的正弦式交流电，变压器的滑

动触头P位于副线圈的正中间，电阻箱R的阻值调为6。要使电流表的示数变为2.0A，下列操作正

确的是（）

1

A．电阻箱R的阻值调为18B．副线圈接入电路的匝数调为其总匝数的

3

C．输入端电压调为u122sin(50πt)VD．输入端电压调为u62sin(100πt)V

【答案】B

Um

【详解】A．输入电压峰值为U122V，则输入电压有效值为U112V，滑动触头在正中间，

m2

0.5n2

根据变压比可知，输出电压U2U118V，若将电阻箱阻值调为18欧姆，则电流为1A，故A错

n1

误；

1

1n

B．若将副线圈匝数调为总匝数的，根据变压比可知，输出电压32，则副线圈电流变

3U2'U112V

n1

U'

为I'22A，故B正确；

2R

U

C．输入端电压调为u122sin50tV时，其有效值不变，不会导致电流的变化，仍然为I23.0A，

R

故C错误；

1

Um0.5n2

D．将输入电压峰值减小一半，则输入电压有效值变为2，输出电压U2''U1''9V，

U1''6Vn

21

U''

副线圈电流变为I''21.5A，故D错误。

2