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16.交流电-高中物理二级结论 “点对点”专练
一、中性面、中性面的垂面位置的特点比较
项目
中性面
中性面的垂面
图示
位置
线圈平面与磁场
垂直
线圈平面与磁场
平行
磁通量Φ
最大
零
磁通量变化
率
零
最大
感应电动势e
零
最大
感应电流i
零
最大
电流方向
改变
不变
例题1. （2024·福建漳州·三模）风力发电将成为福建沿海实现“双碳”目标的重要途径之
一。如图甲，风力发电装置呈现风车外形，风吹向叶片驱动风轮机转动，风轮机带动内部
匝数为N 的矩形铜质线圈在水平匀强磁场中，以角速度ω 绕垂直于磁场的水平转轴
顺
时针匀速转动产生交流电，发电模型简化为图乙。已知N 匝线圈产生的感应电动势的最大
值为
。则（ ）
A．当线圈转到图示位置时产生的感应电流方向为
B．当线圈转到竖直位置时电流表的示数为零
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
1
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二、交变电流的变化规律
从中性面位置开始计时
e＝Emsin ωt，i＝Imsin ωt，u＝Umsin ωt。
(2)从与中性面垂直的位置开始计时
e＝Emcos ωt，i＝Imcos ωt，u＝Umcos ωt。
例题2. （2023·天津和平·二模）如图为交流发电机的示意图，N、S 极间的磁场可视为水平
方向的匀强磁场，矩形线圈ABCD 在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴
逆时针匀速转动，
发电机的电动势随时间的变化规律为
，电极间接有阻值为
的定
值电阻，线圈电阻不计，下列说法正确的是（ ）
A．此交流发电机的频率为100Hz
B．电阻R 消耗的功率为40W
C．当线圈转到如图位置时产生的电流方向为ABCD
D．当线圈转到如图位置时磁通量的变化率最大
三、正弦式交变电流的有效值与峰值的关系
理论计算表明，正弦式交变电流的有效值I、U 与峰值Im、Um之间的关系为
I＝＝
0.707
Im，U＝＝
0.707
Um。
若不是正弦式交变电流，则必须根据焦耳定律来求解其有效值，且时间取一个
周期。
几种典型电流的有效值
电流名称
电流图像
有效值
正弦式交
变电流
I＝
2
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正弦半波
电流
I＝
正弦单向
脉冲电流
I＝
矩形脉冲
电流
I＝Im
非对称性
交变电流
I＝
例题3. 如图所示，
匝正方形闭合金属线圈abcd 边长为
，电阻为
。
线圈处于磁感应强度大小为
的匀强磁场中，绕着与磁场垂直且与线圈共面的轴
以角速度
匀速转动，ab 边距轴
。则（ ）
A．若从图示时刻开始计时，则感应电动势的一表达式：
B．感应电动势的有效值为：
C．从图示时刻开始转动
的过程中，线圈中流过的电荷量为：
D．从图示时刻开始转动
的过程中，线圈产生的焦耳热为：
四、正弦式交变电流“四值”比较及应用
名称
物理含义
重要关系
适用情况
瞬时值
交变电流某一时刻
的值
e＝Emsin ωt
分析交变电流在某一时刻
的情况
3
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i＝Imsin ωt
最大值
最大的瞬时值
Em＝NBSω
Im＝
确定用电器的耐压值
有效值
跟交变电流的热效
应等效的恒定电动
势、电压或电流值
E＝
U＝
I＝
(1)计算与电流热效应相关
的量(如功率、热量)
(2)交流电表的测量值
(3)电气设备标注的额定电
压、额定电流
(4)保险丝的熔断电流
平均值
交变电流图像中图
线与时间轴所夹
“面积”与时间的
比值
E＝n
I＝
计算通过电路横截面的电
荷量q＝IΔt＝·Δt＝n
例题4. （2024·四川泸州·二模）为探究手摇式发电机的工作原理，两同学来到实验室设计
了如图甲、乙所示的两个实验装置，由于两装置中仅使用的滑环有所不同，使得甲装置产
生了直流电（如图丙），乙装置产生了交流电（如图丁）。若两装置中线圈以相同角速度
在相同匀强磁场中同步进行匀速转动。则下列说法中正确的是（ ）
A．两装置在图示位置所产生的瞬时电流均为零
B．两装置中所产生的电流变化周期不相同
4
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C．在
内，两装置中电阻R 产生的焦耳热不同
D．在
内，两装置中通过电阻R 的电量相同
五、变压器
1.电压关系：由于不计原、副线圈的电阻，因此原线圈两端的电压U1＝E1，副
线圈两端的电压U2＝E2，所以＝。
(1)当有n2>n1时，U2>U1是升压变压器；
当n2<n1时，U2<U1，是降压变压器。
(2)当有n 组线圈时，则有
＝＝＝…。
2.功率关系：对于理想变压器，不考虑能量损失，有P 入＝P 出。
3.电流关系：(1)当只有一个副线圈时，有I1U1＝I2U2，得＝。
(2)当有多个副线圈时，有I1U1＝I2U2＋I3U3＋…，得I1n1＝I2n2＋I3n3＋…。
4.变压器的等效电阻
例题5. （2024·浙江温州·二模）如图所示，矩形线圈abcd 放置在垂直纸面向里的匀强磁场
中，绕垂直于磁场的中心转轴
以300r/min 的转速匀速转动，磁场分布在
的右侧，
磁感应强度
。线圈匝数
匝，面积
。理想变压器的原、副线圈
匝数比
，定值电阻
，C 为电容器，电流表A 为理想交流电表，不计
矩形线圈的电阻，下列说法正确的是（ ）
5
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A．矩形线圈产生的电动势最大值为
B．电流表示数为5A
C．变压器输出功率为200W
D．增大电容器的电容，电流表示数增大
六、电能输送
1.输电过程示意图
2.理清三个回路
回路1：P1＝U1I1
回路2：U2＝ΔU＋U3，P2＝ΔP＋P3＝IR 线＋P3，I2＝I3
回路3：P4＝U4I4。
3.高压输电过程的几个电压的区别
(1)输送电压：输电线始端电压，如图中的U2。
(2)用户电压：最终用户得到的电压，如图中的U4。
(3)损失电压：输电线始端电压与末端电压的差值，即ΔU＝U2－U3＝I2R 线。
4.输电过程的基本关系
(1)功率关系：P1＝P2，P2＝P 线＋P3，P3＝P4。
(2)电压关系：＝，U2＝U 线＋U3，＝。
(3)电流关系：＝，I2＝I 线＝I3，＝。
(4)输电电流：I 线＝＝＝。
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(5)输电导线上损耗的电功率：
P 线＝I 线U 线＝IR 线＝R 线。
例题6. （2024·山东青岛·一模）如图为某小型水电站电能输送线路示意图，发电机通过升
压变压器和降压变压器向用户供电。已知发电机线圈电阻为r，产生感应电动势有效值为
E。升压变压器原副线圈匝数比为a，降压变压器原副线圈匝数比为b，两变压器间输电线
总电阻为
，用户端总电阻为
。电流表为理想电表，变压器为理想变压器，下列说法正
确的是（ ）
A．电流表的示数
B．升压变压器原线圈两端的电压
C．电阻
、
消耗的功率之比为
D．若用户端负载增加，电流表示数变小
（建议用时：60 分钟）
一、单选题
1．（2024·天津·一模）如图甲所示，矩形线圈放在有明确边界的匀强磁场中，线圈的中心
轴
与磁场边界重合，从上向下俯视，看到线圈绕
轴逆时针匀速转动。从图示位置
开始计时，以abcda 方向为电流正方向，则线圈转动时产生的感应电流随时间变化的图线
是图乙中的（ ）
7
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A．
B．
C．
D．
2．（2024·广东广州·一模）无线充电技术已经在新能源汽车领域得到应用。如图甲，与蓄
电池相连的受电线圈置于地面供电线圈正上方，供电线圈输入如图乙的正弦式交变电流，
下列说法正确的是（ ）
A．供电线圈中电流的有效值为
B．受电线圈中的电流方向每秒钟改变50 次
C．
时受电线圈的感应电流最小
D．
时两线圈之间的相互作用力最大
3．如图所示，发电机矩形线框匝数为
，面积为，线框所处磁场可视为匀强磁场，磁感
应强度大小为
，线框从图示位置开始绕轴
以恒定的角速度
沿顺时针方向转动，线
框输出端接有换向器，通过电刷和外电路连接。定值电阻
的阻值均为
，两电阻间
接有理想变压器，原、副线圈的匝数比为
，忽略线框以及导线电阻。下列说法正确的
8
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是（ ）
A．安装了换向器，变压器副线圈没有电压
B．转动一圈过程，通过
的电量为
C．图示位置线框产生的电动势最大
D．发电机的输出功率为
4．（2024·北京石景山·一模）如图所示，一理想变压器原、副线圈匝数之比为100：1，其
原线圈两端接入正弦式交变电压u，u=311sin100πt V，副线圈通过交流电流表与变阻器R
相连。若不考虑交流电压表和交流电流表内阻的影响，则下列说法正确的是（ ）
A．交流电压表的示数为3.11V
B．滑动变阻器的滑片向下滑动，交流电压表的示数减小
C．滑动变阻器的滑片向下滑动，交流电流表的示数增大
D．滑动变阻器的滑片向下滑动，变压器的输入功率减小
5．（2024·安徽池州·二模）池州市东至县紧邻鄱阳湖风廊道，是安徽省风能资源最丰富地
区之一。图甲是东至县红旗岭风电场，山巅耸立的风电机组与蓝天白云相映成景，美如画
卷。图乙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体转动，磁体
下方的线圈与电压传感器相连。在某一风速时，电压传感器显示如图丙所示正弦规律变化，
则（ ）
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A．永磁体的转速为10r/s
B．线圈两端电压的有效值为
C．交流电压的表达式为
D．若将该交流电直接加在击穿电压为9V 的电容器上，电容器不会被击穿
6．（2024·广东·一模）如图为高铁供电流程的简化图，牵引变电所的理想变压器将电压为
的高压电进行降压；动力车厢内的理想变压器再把电压降至
，为动力系统供电，此
时动力系统的电流为
，发电厂的输出电流为
；若变压器的匝数
，则下列关系式
正确的是（ ）
A．
B．
C．
D．
二、多选题
7．某兴趣小组自制一小型发电机，使线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴转动，
穿过线圈的磁通量Ф 随时间t 按正弦规律变化的图像如图所示，线圈产生的电动势的最大
值
，将发电机的输出电压加在理想变压器的原线圈两端，如图所示，理想变压
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器原副线圈匝数比为2：1，保险丝的电阻为1Ω，熔断电流为2A，电表均为理想电表。下
列说法正确的是（ ）
A．在
时，磁场方向与线圈平面平行
B．在
时，线圈中的磁通量变化率为最大
C．为了安全，滑动变阻器接入电路的最小阻值为4Ω
D．将滑动变阻器滑片向下移动，电压表V 的示数增大
8．如图所示是一台发电机的模型图，面积为
的正方形线圈从中性面开始以角速度
绕
轴匀速转动，线圈共100 匝，总电阻为
。线圈所在匀强磁场的磁感
应强度大小
，外电路中理想二极管与电阻
串联，
，电流表为理想电表。
则下列说法正确的是（ ）
A．电流表的示数为
B．在一个周期内，电阻
上产生的热量为0.4J。
C．单匝线圈的
边受到的安培力最大值为
D．在一个周期内，外力对发电机做的功为0.5J。
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9．（2024·安徽·二模）近几年来，中国在变压器制造领域已达到世界领先水平。如图所示
为发电机和变压器的简化图，其中发电机的矩形线圈长为2L、宽为L，匝数为N，电阻不
计，放置在磁感应强度大小为B 的匀强磁场中。理想变压器的原、副线图匝数分别为
和
，两个副线圈分别接有电阻
和
。当线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动时，通过电阻
的电流为I，下列说法正确的是（ ）
A．原线圈电压为
B．通过电阻
的电流为
C．通过原线圈的电流为
D．矩形线圈在匀强磁场中转动的角速度为
10．（2024·河南·二模）如图所示，理想变压器原线圈接电压
的交流
电，原副线圈的匝数比
，副线圈上接一定值电阻R0与电动机，电动机的内阻
RM=1Ω，定值电阻R0=2Ω。下列说法正确的是（ ）
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A．电动机消耗的最大功率为4.5W
B．原线圈上电流为3A 时，电动机消耗功率最大
C．若把电动机换成滑动变阻器（0~5Ω），滑动变阻器消耗的最大功率也为4.5W
D．若把电动机换成滑动变阻器（0~5Ω），当R0与滑动变阻器阻值相等时，R0的功率
最大
11．（2024·辽宁抚顺·三模）如图所示在空间直角坐标系
中有一等腰直角三角形线
框，其中一条直角边与z 轴重合，另一条直角边在xOy 平面内，线框总电阻为r，直角边长
为l，当线框在外力作用下绕着z 轴以角速度
匀速转动时，线框上的P 点先后经过x 轴和
y 轴，整个装置处于沿y 轴方向的匀强磁场中，磁感应强度大小为B，则下列判断正确的是
（ ）
A．当线框经过y 轴时，P、Q 两点电势差为
B．当线框经过x 轴时，OP 两点间的电势差
C．线框由x 轴位置转到y 轴位置的过程中，通过线框截面的电量为
D．线框在转动一圈的过程中外力做功为
12．（2024·河南·一模）图甲所示的装置是斯特林发电机，其工作原理图可以简化为图乙．
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已知矩形导线框的匝数为100 匝，面积为
，处在磁感应强度大小为
的匀强磁场
中，矩形导线框以10rad/s 的角速度绕垂直磁场方向的轴
匀速转动，线框与理想变压器
原线圈相连，理想变压器原、副线圈的匝数比为
，图示时刻线框平面与磁感线垂直并
以此时刻为计时起点，理想电流表
示数为0.5A，副线圈串联了电阻可忽略的熔断器、定
值电阻
，滑动变阻器R 和理想电流表
，电路处于正常工作状态．不计矩形导线框电阻，
下列说法正确的是（ ）
A．原线圈两端电压的瞬时值表达式为
B．熔断器的熔断电流应该不小于5A
C．滑动变阻器的滑片向d 端滑动的过程中，电流表
示数减小
D．线框从图示位置开始转过的过程中，产生的平均电动势为
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