寒假预习：交变电流（4知识点7考点）（学生版）-2025年高二物理寒假专项提升（人教版）

第05讲交变电流（预习）

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模块一思维导图串知识1.通过实验观察交变电流的方向.会区分交流电和直流电。

模块二基础知识全梳理（吃透教材）2.会分析交变电流的产生过程，会推导交变电流电动势的表达式。

模块三教材习题学解题3.知道什么是正弦式交变电流，知道正弦式交变电流的瞬时值表

模块四核心考点精准练（4大考点）达式。

模块五小试牛刀过关测4.了解交流发电机的构造及工作原理。

模块一思维导图串知识------------------------

6模块二基础知识全梳理------------------------

知识点1：交变电流

【情境导入】

用示波器观察于电池电流的波形是一条平行于（轴的直线；而交流电的波形是一条正弦（或余弦）曲线,

如图所示。想一想，这两种波形代表的电流有何区别？

【答案】直流电方向不变，而交流电方向在做周期性变化。

L交变电流

大小和方向随时间做周期性变化的电流叫作交变电流，简称交流.

2.常见的交变电流的波形图

实际应用中，交变电流有着不同的变化规律，常见的有以下几种，如图所示.

家庭电路中的示波器中的三电子电路中激光通信

正弦式电流角形扫描电压的矩形脉冲中的尖脉冲

3.直流电

方向不随时间变化的电流叫作直流，大小和方向都不随时间变化的电流叫作恒定电流，二图均表示直

流电。

知识点2：交变电流的产生

【情境导入】

假定线圈绕轴沿逆时车I方向匀速转动，如图所示，则:

(1)线圈转动一周的过程中，线圈中的电流方向如何变化？

(2)线圈转动过程中，当产生的感应电流有最小值和最大值时线圈分别在什么位置？

答案⑴

转动过程磁通量变化电流方向

甲一乙变小SA-QfC

乙f丙变大8fA-。-*C

丙一丁变小A-Bn

丁一甲变大A-B-CfD

⑵线圈转到甲或丙位置时线圈中感应电流最小，为零，此时线圈所处的平面称为中性面.线圈转到乙或丁

位置时线圈中的感应电流最大，此时线圈处在垂直中性面的位置.

1.中性面位置(S_L8,如图中的甲、丙)

线圈平面与磁场垂直的位置，此时⑦最大，等为0,e为0,，■为0。线圈经过中性面时，电流方向发

生改变，线圈转一圈电流方向改变两次。

2.垂直中性面位置(S〃8,如图中的乙、丁)

此时切为0,等最大，e最天，，最大.

知识点3:正弦式交变电流的变化规律

【情境导入】

如图所示，线圈平面绕曲边的中点从中性面开始转动，角速度为①.经过时间/，线圈转过的角度是面,

ab边的线速度。的方向跟磁感线方向间的夹角也等于祝.设"边长为b，he边长为“，线圈面积S=L\L?,

磁感应强度为B,则:

⑴而边产生的感应电动势为多大？

⑵整个线圈中的感应电动势为多大？

(3)若线圈有N匝，则整个线圈的感应电动势为多大？

、)

...=Lo11

答案(\)eahBL\VS\n^-sin(ot=^BL\L2(osin(ot=^BScos\ncot.

(2)整个线圈中的感应电动势由他和cd两边产生的感应电动势组成，旦eah=e(^所以eg=e"—em=8Sssin

cot.

(3)若线圈有N匝，则相当于N个完全相同的电源串联，所以e=N8s①sine”

1「从中性面开始计时

线圈中产生的电动势的瞬时值表达式：e=E,„sincot,Em叫作电动势的峰值,Em=N(oBS.

2.正弦式交变电流

按正弦规律变化的交变电流叫作正弦式交变电流，简称正弦式电流.

3.正弦式交变电流的瞬时值表达式

(1)从中性面位置开始计时

/=/sin)//=t/msin)

e=Em^ncot,mahai

⑵从与中性面垂直的位置开始计时

e=EmCOScot,1=/mCOScot,U=UmCOScot.

4.交变电流的峰值

,NcoBSNcoBSR

()

Em=NtBS,m—R+r'Um-R+r.

电动势峰值由线图匝数N、磁感应强度8、转动角速度①和线圈面积5决定，与线圈的形

状无关，与转轴的位置无关.

如图所示的几种情况中，如果N、氏①、S均相同，则感应电动势的峰值均相同.

模块三教材习题学解题

解题方法

【详解】交变电流是大小和方向随时间周期

教材习题02

性变化，ABD不属于交变电流，C属于交流

下列电流随时间变化的图像中，属于交变电流的是()

电。

4。

1(C)(d)

【答案】Ao

6模块四核心考点精准练------------------------

考点1：交流发电机原理和示意图

【典例1】（2324高二下•江苏常州•期末）如图所示，线圈"cd在水平匀强磁场中匀速转动而产生交变电

流。当线圈逆时针转动到图示水平位置时（）

B.线圈中瞬时感应电动势为零

【变式11］（2324高二下•广东肇庆•阶段练习）如图所示为演示交变电流产生的装置图，关于这个实验,

A.图示位置，。方边的感应电流方向为由a—。

B.图示位置为中性面，线圈口无感应电流

C.线圈每转动一周，电流方向改变一次

D.图示位置线圈平面与磁场方向平行，磁通量变化率为零

【变式12］（多选）（2324高二下•广东深圳•期中）如图所示，下列线圈匀速转动或匀速直线运动，能产

生交变电流的是（）

XXXX

XXXX

V

XXXX

X

考点2：判断线圈转到不同位置的电流方向

【典例2】（2324高二下•北京•期中）如图（a）->（b）->（c）-（d）-（e）过程是交流发电机发电的示

意图。线圈的岫边连在金属滑环K上，cd边连在金属滑环L上，用导体制成的两个电刷分别压在两个滑环

上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路连接。下列说法正确的是（）

A.图（a）中，线圈平面与磁感线垂直，磁通量变化率最大

C.当线圈转到图（c）位置时，感应电流最小，且感应电流方向改变

D.当线圈转到图（d）位置时,感应电动势最大，cd妨感应电流方向为c-d

【变式21］（2324高二下•北京房山•期中）某些共享单车的内部有一个小型发电机，通过骑行者的骑行踩

踏，可以不断地给单车里的蓄电池充电，蓄电池再给智能锁供电。小型发电机的发电原理可简化为图甲所

示，矩形线圈Hcd处于匀强磁场中，通过交流电流表与阻值为R的电阻相连。某段时间在骑行者的踩踏下，

线圈绕垂直磁场方向的轴。0'匀速转动，图乙是线圈转动过程中穿过线圈的磁通量中随时间，变化的图像,

则（）

A.A0时刻,线圈处于中性质位置

B.〃时刻，电流表示数最大

C.〃时刻，线圈中电流方向发生改变

D.门时刻，穿过线圈的磁通量变化率为零

【典例3】（2324高二下•内蒙古赤峰•期末）图甲是交流发电机的示意图，两磁极之间的磁场可视为匀强磁

场，金属线圈绕转轴OO'匀速转动，A为电流传感器（与计算机相连），R为定值电阻，线圈电阻

为，，其余电阻不计。图乙为计算机上显示的电流数据随时间变化的图像。下列说法中正确的是（）

A.金属线圈恰好处于图甲所示的位置时感应电动势为0,对应图乙中，2或口时刻

B.金属线圈恰好处于图甲所示的位置时感应电动势最大，对应图乙中〃或。时刻

C.4、G时刻穿过线圈的磁通量的绝对值最小，磁通量的变化率最大

D.右、G时刻穿过线圈的磁道最的绝对值最小，磁通最的变化率最大

C.线圈转到图甲所示位置时，线圈中磁通量变化率为零

A.图乙中。〃时间段对应图甲中A至B的过程

B.图乙中c时刻对应图甲中的C

考点4：交流电在示波器上的显示

【典例4】示波器面板如图所示，图甲图为一信号源。

（1）若要观测此信号源发出的正弦交流信号的波形（正弦交流信号的电流，•随时间/做周期性变化的图像

如图乙所示），应将信号源的“端与示波器面板上的接线柱相连，力端与接线柱相连。

（2）若示波器所显示的输入波形如图丙所示，要将波形上移，应调节面板上的旋钮；要使此波形

横向展宽，应调节旋钮,

【变式41】①在使用示波器时，如果屏幕上出现如图1所示的波形时，应调节图2中的旋钮使之显示

在屏幕中央区域（如图3所示），如果外接Y输入正弦交流电源，观察到正弦波的竖直方向的正、负半周

均超出了屏幕的范围，应调节旋钮或旋钮（填旋钮旁边的数字或名称），或这两个钮配合使用，

以使正弦波的整个波形出现在屏幕内.

②如果使该信号显示从一个波形变成两个完整的波形，如图4所示，则应调节旋钮或旋钮（填

旋钮旁边的数字或名称），这两个旋钮配合使用；波形横向变窄，应调节旋钮.

【变式42】利用示波器可以显示输入信号的波形，单匝正方形金属线框。区4处在匀强磁场中，当以线圈平

面内某虚线0（7为轴匀速转动时，线圈内产生的电流随时间的变化关系如图用所示。则在四个选项所示的

情景中，无论从线圈平面处于哪个位置开始计时,都不可能产生该电流的是（)

Q

#、

D.7

6模块五小试牛刀过关测-----------------------------

一、单选题

1.（2324高二下•广东梅州•期末）如图甲所示，2023年6月140,我国自主研发的首台兆瓦级漂浮式波

浪能发电装置“南鳏号”在广东珠海投入试运行，南鲸号发电原理可作如下简化：海浪带动浪板上下摆动，驱

动发电机转子转动，其中浪板和转子的链接装置使转子只能单方向转动，如图乙所示，若转子带动线圈沿

逆时针方向转动，并向外输出电沆，下列说法正确的是（）

A.图乙中线圈所处位置是中性面

B.在图乙所示位置时，穿过线圈的磁通量变化率最大

C.在图乙所示位置时，线圈。端电势高于。端电势

D.在图乙所示位置时，线圈靠近S极的导线受到的安培力方向向上

2.（2324高二下•江苏连云港•期末）如图所示，两圆弧形磁极之间放置一矩形线圈，其中A、B为线圈引

出的两个接线端，线圈可绕轴转动。下列说法正确的是（）

A.线圈处于非匀强磁场中B.图示位置穿过线圈的磁通量不为零

C.通电后线圈左右两边受安培力相同D.若线圈在外力作用下转动，则A端电势始终低于B端

3.（2324高二下•陕西西安•期中）如图甲所示为交流发电机、定道电阻火、交流电流表A组成的闭合回路,

线圈ABCD逆时针方向转动，图示位置磁感线与线圈平面平行，图乙所示为通过线圈的磁通量中随时间/

的变化关系图像，下列说法正确的是（）

A.4、乙时刻线圈中感应电动势最小

R.i4时刻电阻P两端的电压为零

C.线圈转动到图示位置时，线圈中磁通量变化率为零

4.（2324高二下•江西•阶段练习）汽车上的发电机多采用旋转式发电机。如图甲，转了•在外力带动下旋转

产生磁场，定子线圈产生感应电动势。现简化为如图乙模型，一连有电阻R的线圈轴线与条形磁铁中心线在

同一平面，条形磁铁（转子）绕其中心。在该平面内匀速转动的过程中，下列说法正确的是（）

3，0\

----「---sj|L

V/

'7，

口

乙

A.条形磁铁在图示位置，线圈中磁通量最大

B.条形磁铁在图示位置，电阻R中电流为零

C.条形磁铁从图示位置转动90。过程中，电阻R中电流方向由“指向〃

D.增大条形磁铁的转速，可以增大R中的电流

5.（2324高二下•江苏连云港•期中）一矩形线圈的匝数为50,在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转

动时，穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图所示。下列结论正确的是（）

A.在片0.1s和片0.3s时，电动势最大B.在片0.2s和片0.4s时，电动势方向发生改变

C.电动势的最大值是50VD.在/=0.4s时，磁通量的变化率最大，为3/4Wb/s

6.（2324高二下•湖北孝感・期中）如图所示为发电机简化模型，内部是匝数为N的矩形铜质线圈在水平匀

强磁场中，以角速度”绕垂直于磁场的水平转轴匀速转动产生交流电。已知N匝线圈产生的感应电动

势的最大值为Em。下列说法正确的是（）

A.当线圈转到图示位置时处于中性面B.当线圈转到竖直位置时电流表的示数为零

p

C.当线圈转到图示位置时磁通量的变化率最大D.穿过线圈的最大磁通量为3

（O

7.（2324高二下•江苏常州•期中）利用示波器可以显示输入信号的波形，单匝正方形金属线枢"cd处在匀

强磁场中，当以线圈平面内某虚线为轴匀速转动时，线圈内产生的电流随时间的变化关系如图甲所示。

则在四个选项所示的情景中，无论从线圈平面处于哪个位置开始计时，都不可能产生该电流的是（）

OxXXX

■

8.（2024•重庆•模拟预测）如图所示，从左往右看，各线圈在匀强磁场中绕轴匀速顺时针转动，从图示位

置开始计时，设电流从2流出线圈为正方向，能产生图甲所示交变电流的是（）

A.线圈平面与磁场垂直B.线圈平面与磁场平行C.线圈立而与磁场垂直D.线圈平面与磁场平行

二、多选题

9.（2223高二上•河北邯郸•期末）一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的

磁通量随时间变化的图象如图所示.则下列说法中正确的是（）

10.（2324高二下•广东茂名♦期末）如图所示是物理实验室常见的手摇交流发电机，快速摇动发电机手柄,

能看到灯泡可以发光，下列说法正确的是（）

A.手柄摇得越快，发电机产生的交流电峰值越大B.手柄摇得越快，发电机产生的交流电频率越高

C.手柄每转动一周，感应电流方向都会改变一次