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高考重点考点解读与针对性训练
第十三章 交变电流和电磁波
考点114 交变电流的产生
【考点解读】
考点1 交变电流的产生及变化规律
1.产生：线圈绕 垂直 于磁场方向的轴匀速转动。
2.两个特殊位置的特点
（1）中性面：S⊥B，Φ 最大 ，ΔΦ
Δt ＝0，e＝ 0 ，i＝ 0 ，电流方向发生改变。
（2）与中性面垂直：S∥B，Φ＝0，ΔΦ
Δt 最 大 ，e 最 大 ，i 最 大 ，电流方向不
改变。
3.电流方向的改变：一个周期内线圈中电流的方向改变 两 次。
4.图像：用以描述交变电流随时间变化的规律，如果线圈从经过中性面位置开始计时，则
其图像为 正弦 曲线，如图所示。
5.变化规律（线圈从经过中性面位置开始计时）
（1）电动势e 随时间变化的规律：e＝ Emsin ωt 。
（2）路端电压u 随时间变化的规律：u＝Umsin ωt＝ Em R
R＋r
·sin ωt 。
（3）电流i 随时间变化的规律：i＝Imsin ωt＝ Em
R＋r
·sin ωt ，其中Em＝ NBSω 。
1
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1.正弦式交变电流产生过程中的两个特殊位置
图
示
特
点
B⊥S
B∥S
Φ＝BS，最大
Φ＝0，最小
e＝n ΔΦ
Δt ＝0，最小
e＝n ΔΦ
Δt ＝nBSω，最大
电流为零，方向改变
电流最大，方向不变
考点2 交变电流的描述
1.周期和频率
（1）周期T：交变电流完成一次周期性变化（线圈转动一周）所需要的时间，国际单位是
秒（s）。
（2）频率f：交变电流在
1
s 内完成周期性变化的次数，单位是赫兹（Hz）。
（3）周期和频率的关系：T＝1
f 。
2.交变电流瞬时值表达式
（1）确定正弦式交变电流的峰值，根据已知图像读出或由公式Em＝nBSω 求出相应峰值。
（2）明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式。
①线圈在中性面位置开始计时，则i-t 图像为正弦函数图像，函数表达式为i＝Imsin ωt。
②线圈在垂直于中性面的位置开始计时，则i-t 图像为余弦函数图像，函数表达式为i＝
Imcos ωt。
【高考真题】
【典例1】（2024·新课标卷20 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
2
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C.电流方向由P 指向Q
D.电流方向由Q 指向P
【典例2】. （2024 年高考山东卷）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.
【典例3】. （2024 年高考辽宁卷）如图，空间中存在水平向右的匀强磁场，一导体棒绕
固定的竖直轴OP 在磁场中匀速转动，且始终平行于OP。导体棒两端的电势差u 随时间t
变化的图像可能正确的是（ ）
3
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A.
B.
C.
D.
【典例4】. （2023 高考湖南卷）某同学自制了一个手摇交流发电机，如图所示。大轮与
小轮通过皮带传动（皮带不打滑），半径之比为
，小轮与线圈固定在同一转轴上。线
圈是由漆包线绕制而成的边长为
的正方形，共
匝，总阻值为
。磁体间磁场可视为磁
感应强度大小为
的匀强磁场。 大轮以角速度
匀速转动，带动小轮及线圈绕转轴转动，
转轴与磁场方向垂直。线圈通过导线、滑环和电刷连接一个阻值恒为
的灯泡。假设发电
时灯泡能发光且工作在额定电压以内，下列说法正确的是（ ）
A. 线圈转动的角速度为
B. 灯泡两端电压有效值为
C. 若用总长为原来两倍的相同漆包线重新绕制成边长仍为
的多匝正方形线圈，则灯泡两
端电压有效值为
D. 若仅将小轮半径变为原来的两倍，则灯泡变得更亮
【典例5】．（2022 新高考海南卷）一个有N 匝的矩形线框，面积为S，以角速度
从如
4
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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．
【典例6】．（2022·高考广东物理）图3 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，
，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
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【针对性训练】
1.（2025·北京朝阳区期末）大型发电机几乎都是旋转磁极式发电机，如图所示为其原理简
图。竖直平面内闭合线圈abcd 固定不动，磁铁绕图中的虚线旋转，线圈中就会产生感应电
流。若条形磁铁以10π rad/s 的角速度匀速转动，且图示时刻N 极正在向纸内转。现以图
示时刻为计时起点，则下列推断正确的是（ ）
A.产生的交变电流的频率是10 Hz
B.t＝0 时线圈中的电流方向为abcda
C.t＝0.5 s 时线圈中的电流方向发生变化
D.t＝5 s 时线圈中的电流最小
2.（2025·天津和平区模拟）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OO'逆时针匀速转动，发电
机的电动势随时间的变化规律为e＝20sin 100πt （V），电极间接有阻值为R＝10 Ω 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100 Hz
B.电阻R 消耗的功率为40 W
C.当线圈转到如图所示的位置时产生的电流方向为ABCD
D.当线圈转到如图所示的位置时磁通量的变化率最大
3.（2025·山东潍坊期末）图甲是一种振动发电装置的示意图，一个半径r＝0.10 m、匝数
n＝20 匝的线圈套在永久磁铁槽中，槽中磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布（其右侧视
图如图乙所示），线圈所在位置磁感应强度B 的大小均为B＝0.60
π
T，线圈的电阻R1＝
0.50 Ω，它的引出线接有R2＝9.50 Ω 的小电珠L，A 为理想交流电流表。当线圈框架的P
端在外力作用下沿轴线做往复运动，便有电流通过小电珠。若线圈往复运动的规律如图丙
所示（v 取向右为正），则下列判断正确的是（ ）
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A.电流表的示数为0.24 A
B.0.01 s 时回路中的电流最大
C.回路中交变电流的频率为50 Hz
D.0.015 s 时小电珠L 中电流的方向为从D→L→C
4 中学生科技节上，李明制作了一个风力发电机，模型如图甲所示。空气流动带动风叶转
动，带动磁铁旋转，引起线圈中磁通量发生变化，产生交变电流。某风速环境下，电压传
感器上显示的发电机电动势u 随时间t 变化的关系如图乙所示，则（ ）
A.该交流电的频率为2.5 Hz
B.风力发电机电动势的有效值为6 V
C.若仅增大风速，使磁铁转速加倍，此时交变电流的电动势瞬时值表达式为u＝24sin 10πt
（V）
D.将一击穿电压为13 V 的电容器接到电压传感器两端，在各种风速环境下电容器均可以
安全工作
8. （2024 年7 月重庆万州区高二期末）如图所示，不计电阻、边长为10cm 的正方形线框
ABCD，置于磁感应强度为0.2T 的匀强磁场中，线框匝数为100，某时刻线框开始以
的转速绕OO'匀速转动，电刷接头EF 串联阻值为10Ω 的定值电阻R 和理想
电流表。从图示位置开始计时，下列说法正确的是（ ）
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A. 理想电流表的示数为2A
B. 线框转过90°通过电阻R 的电量为0.02C
C. 将电阻R 换成电容使其不击穿，其耐压值为20V
D. 线框产生的电动势的瞬时表达式为
5. （2024 湖南岳阳5 月三模）三峡大坝是目前世界上最大的水力发电站，装机容量达
2250 万千瓦，年发电量1000 亿千瓦时。发电机发电的原理可作如图简化：KLMN 是一个放
在匀强磁场中的矩形导线框，线框绕垂直于磁场的固定轴以角速度
沿逆时针方向（俯
视）匀速转动。当MN 边与磁场方向的夹角为
时开始计时（图示位置），此时导线框
中产生的电动势为E。下列说法正确的是（ ）
A.
时刻，电流沿KLMNK 方向
B.
时刻，穿过线框的磁通量变化率最大
C. 该交流电动势的有效值为
6. .( 2024 江西省部分重点高中高二5 月教学质量检测)如图所示的电路中，线圈的电阻值
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为
，所接的外电阻为
，当线圈以恒定的角速度转动时，交流电流表
的示数为
，已知线圈的转速为
，线圈的匝数为
.则下列说法正
确的是（ ）
A.图示时刻线圈中产生的感应电动势为
B.流过电阻的电流方向
改变25 次
C.从图示时刻开始计时，定值电阻
两端电压的瞬时值为
D.穿过线圈的最大磁通量为
7．（2024 辽宁重点高中4 月质检）（多选）如图所示，
是面积为S、匝数为n 的
矩形线框，处在磁感应强度为B 的匀强磁场中，线框以角速度
绕垂直磁场的轴
匀速
转动（方向如图所示），回路中两只相同灯泡
恰好正常发光，图中
边与磁场的
夹角为
，则下列说法正确的是（ ）
A．图示位置线框中电流沿
方向
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B．从图示位置开始计时，当
时，穿过线框的磁通量变化率为零
C．当增大线框转动的角速度
，灯泡
将比
更亮
D．从图示位置开始计时，线框转动产生电动势瞬时值表达式为
8．(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（ ）
甲 乙
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
9. （2024 安徽合肥一中等省10 联考）为保证自行车夜间骑行安全，在自行车上安装了尾
灯，其电源为固定在后轮的交流发电机，后轮的转动通过摩擦小轮带动发电机转子（线
圈）的转动，摩擦小轮与后轮之间不打滑，如甲图所示。交流发电机的原理图如乙图所示，
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线圈在车轮的带动下绕OO′轴转动，通过滑环和电刷保持与尾灯连接，两磁极之间的磁场
可看成匀强磁场。下列说法正确的是（ ）
A. 线圈在乙图位置，通过灯泡的电流最大
B. 自行车骑行速度越大，尾灯越亮
C. 通过尾灯的电流是直流电
D. 摩擦小轮与后轮转动的角速度相等
10．（2024 年山东潍坊重点高中3 月质检）边长为L 的单匝正方形金属框，电阻为r，在
磁感应强度为B 的匀强磁场中以恒定角速度ω 绕垂直磁场的OO′轴转动，外接电阻为
R。如图甲所示，第一次在发电机的矩形线框处加水平向右的匀强磁场开始计时；如图
乙所示，第二次在矩形线框处加竖直向下的匀强磁场开始计时。下列说法正确的是（
）
A．甲输出是交流电，转动一周的过程中电流的有效值为
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B．甲输出是直流电，转动一周的过程中流过电阻的电荷量
C．乙输出是交流电，转动一周的过程中电阻R 上电压最大值为BωL2
D．乙输出是直流电，转动一周的过程中电路的总功率为
11. （2024 年4 月四川成都重点高中期中联考）如图所示，矩形闭合导线框
ABCD 处于磁感应强度大小为
的水平匀强磁场中，绕垂直于磁场的轴
以角速度
匀速转动，线框共10 匝，面积
，电阻
，
通过导线与一阻值
的定值电阻相连，所有电表均为理想交流电表。（计
算结果可保留根号）
（1）将图示时刻记为
，写出该正弦式交流电电动势的瞬时值表达式；
（2）电压表、电流表的示数；
（3）转动一周的过程中，整个电路产生的热量。
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