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2025年高考物理：图像专题 专题08交变电流中的图像问题（共5种图像类型）-学案原卷版
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这是一份2025年高考物理：图像专题 专题08交变电流中的图像问题（共5种图像类型）-学案原卷版，共10页。学案主要包含了交变电流中的图像问题，其他图像问题等内容，欢迎下载使用。
知识梳理
知识点一、交变电流中的图像问题
1．正弦交变电流的三类图像
2．从图像获得的信息正弦式交变电流的图像是一条正弦曲线，从图像中可以得到以下信息。
(1)周期(T)和角度(ω):线动的角度ω=2πT
(2)峰值(Em、Im):图像的最大值。可出有效值E=Em2 I=Im2
(3)瞬时值:每个“点”表示某一时刻的瞬时值
(4)可确定线圈位于中性面的时刻，也可确定线圈平行于磁感线的时刻
(5)判断线圈中磁通量Φ及磁通量变化率∆Φ∆t的变化情况。
知识点二、其他图像问题
1．基本思路
(1)解读图象的坐标轴，理清横轴和纵轴代表的物理量和坐标点的意义．
(2)解读图象的形状、斜率、截距和面积信息．
2．解题技巧
(1)应用解析法和排除法，两者结合提高选择题图象类题型的解题准确率和速度．
(2)分析转折点、两图线的交点、与坐标轴交点等特殊点和该点前后两段图线．
(3)分析图象的形状变化、斜率变化、相关性等．
题型归类
类型1 从交变电流i-t图中的物理信息解题。
1．（2023•郫都区校级模拟）一含有理想变压器的电路如图甲所示，图中理想变压器原、副线圈匝数之比为2：1，电阻R1和R2的阻值分别为3Ω和10Ω，电流表、电压表都是理想交流电表，a、b输入端的电流如图乙所示，下列说法正确的是（ ）
A．0.03s时，通过电阻R1的电流为22A
B．电流表的示数为62A
C．电压表的示数为6V
D．0～0.04s内，电阻R1产生的焦耳热为0.48J
2．（2023春•青羊区校级月考）图甲是某一交流发电机的示意图，两磁极N、S间存在可视为水平向右的匀强磁场，电阻R＝9Ω，线圈内阻r＝1Ω，电流表为理想电流表。线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的电流随时间变化的图像如图乙所示。下列说法正确的是（ ）
A．t＝0.015s时，电流表的示数为0
B．t＝0.01s时，穿过线圈的磁通量为零
C．线圈转动的角速度为50πrad/s
D．一个周期内，电路中产生的热量为Q＝1000J
3．（2023春•淮安区期末）图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的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OO′沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示．以下判断正确的是（ ）
A．交变电流的有效值为102A
B．t＝0.01s时线圈位于中性面
C．t＝0.02s时线圈平面与磁场方向平行
D．1s内电流方向改变50次
4．（2023春•宿迁期末）某交流发电机在两个不同转速下向同一电阻供电，产生的正弦式交流电的i﹣t图像如图所示，则（ ）
A．Ⅰ、Ⅱ两个电流的周期之比为1：2
B．Ⅰ、Ⅱ两个电流对应的最大值之比为3：2
C．Ⅰ、Ⅱ两个电流在相等的时间内通过该电阻产生的热量之比为9：1
D．Ⅰ、Ⅱ两个电流图像从t＝0时刻开始，在各自的半个周期内与横坐标所围面积不相等
类型2 从交变电流中e-t图中的物理信息解题
5．（2022秋•武汉期末）如图（a）所示，在匀强磁场中，一电阻均匀的正方形单匝导线框abcd绕与磁感线垂直的转轴ab匀速转动，线圈产生的交变电动势随时间变化的规律如图（b）所示，线框总电阻为5Ω，则（ ）
A．线圈的转速为100r/s
B．线框转动一周，cd边产生的焦耳热为3.87J
C．在0～0.01s时间内，通过线框某一横截面的电荷量约为0.02C
D．当线框平面与中性面的夹角为45°时，线框产生的电动势的大小为22V
6．（2022秋•朝阳区校级期末）如图甲所示，100匝矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的中心轴OO'匀速转动，产生的感应电动势e随时间t的变化曲线如图乙所示，若外接电阻的阻值R＝9Ω，线圈的电阻r＝1Ω，则下列说法正确的是（ ）
A．t＝0.02s时通过线圈的磁通量为零
B．t＝0.02s时线圈恰好垂直中性面
C．电压表的示数为452V
D．线圈中产生的感应电动势表达式e＝100sin40πt（V）
7．（2023春•茂名期末）风力发电是一种绿色环保的清洁能源，统计显示，我国风力发电规模已经连续12年位居世界第一。根据电磁感应的基本原理，风力发电可建立如下模型，叶片长度为l的风轮机在风的驱动下，带动内部矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴匀速转动产生交流电。假设空气密度为ρ，风速为v，发电机将风的动能转化为电能的效率为η，发电机正常工作时线圈中产生如图乙所示的正弦交流电，下列说法正确的是（ ）
A．发电机的发电功率P=12πρl2v3
B．若风速加倍，则发电机的功率将变为8倍
C．发电机线圈输出电压的有效值为U
D．t＝t1时，发电机线圈中磁通量的变化率最大
8．（2023•广东开学）如图甲所示，把小灯泡与教学用发电机相连接，匀速转动手柄带动线圈在两磁极之间转动，产生的电动势e随时间t的变化规律如图乙所示，小灯泡正常发光。下列说法正确的是（ ）
A．线圈转动的快慢程度不会影响小灯泡的亮度
B．线圈转动产生的电动势e有效值为62V
C．手柄匀速转动的角速度为100πrad/s
D．t＝0时刻，线圈位于中性面
类型3 交变电流中的中Φ-t图应用
9．（2022秋•海安市期末）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Φ随时间t按正弦规律变化的图像如图所示，线圈转动周期为T，线圈产生的电动势的最大值为Em。则（ ）
A．在t=T4时，线圈中产生的电流最大中
B．在t=T2时，线圈中的磁通量变化率最大
C．线圈中电动势的瞬时值e=Emsin(2πtT)
D．增大线圈转速，线圈中感应电动势的有效值不变
10．（2023秋•温州月考）风力发电是一种绿色清洁能源。根据电磁感应的基本原理，风力发电可建立如下模型，叶片长度为l的风轮机在风的驱动下，带动内部匝数为N的矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴匀速转动。设通过矩形线圈的磁通量Φ随时间t按正弦规律变化，周期为T，磁通量最大值为Φm，空气密度为ρ，风速为v，风轮机叶片旋转所扫过的面积为风力发电机可接收风能的面积，发电机将风的动能转化为电能的效率为η，下列说法正确的是（ ）
A．发电机线圈在0.5T时刻输出的瞬时电压为0
B．发电机线圈输出电压的有效值为U=2πNΦmT
C．发电机的发电功率为P=π2ηρl2v3
D．若风速加倍，则发电机的发电功率将变为4倍
11．（2023•山西模拟）如图1为小型交流发电机的示意图，两磁极N，S间的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OO'沿逆时针方向以角速度ω匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图2所示，下列结论正确的是（ ）
A．线圈从图1所示位置转过90°时是图2的计时起点
B．每经过图1所示位置1次，电流方向改变1次
C．若线圈的匝数为20，则电动势的最大值是20V
D．若增大线圈转动的角速度，则磁通量变化率的最大值增大
12．（2023春•湟中区校级期末）手摇式交流发电机结构如图所示，灯泡L与交流电流表A串联后通过电刷、滑环与矩形线圈相连。摇动手柄，使线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴OO'逆时针匀速转动，从t＝0时刻开始，线圈中的磁通量变化如图乙所示，下列说法正确的是（ ）
A．t1时刻线圈中电流最大
B．t3时刻通过电流表的电流改变方向
C．t3时刻线圈所在平面和磁场平行
D．线圈转速变快，交流电周期将变大
13．（2023春•梅州期末）图甲为新能源电动汽车的无线充电原理图，M为匝数n＝50匝的受电线圈，N为送电线圈。当送电线圈N接交变电流后，在受电线圈内产生了与线圈平面垂直的磁场，其磁通量Φ随时间t变化的规律如图乙。下列说法正确的是（ ）
A．受电线圈的最大磁通量为0.01Wb
B．受电线圈产生的电动势的有效值为102V
C．在t1时刻，受电线圈产生的电动势为20V
D．在t1时刻，受电线圈产生的电动势为102V
类型4 交变电流中变压器中的u-t图像问题
14．（2023春•广西期末）图甲为家用燃气灶点火装置的电路原理图，转换器将直流电压转换为图乙所示的正弦交流电并加在理想变压器的原线圈上，设变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2。当两点火针间电压大于5000V就会产生电火花进而点燃燃气。闭合S，下列说法正确的是（ ）
A．电压表的示数为502V
B．在正常点燃燃气的情况下，两点火针间电压的有效值一定大于25002V
C．当n2n1＞10时，才能点燃燃气
D．当n2n1=200时，点火针每个周期的放电时间约为1.3s
15．（2023春•成都期末）图（a）为某研究小组的自制交流发电机结构简图。某次实验中线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴匀速转动，利用示波器测出其产生的正弦交流电电压u随时间t变化关系如图（b）所示，线圈及导线电阻不计，若想用此发电机产生“220V、50Hz”的交流电，下列操作正确的是（ ）
A．仅调节线圈的匝数为原来2倍
B．仅调节线圈的面积为原来2倍
C．仅调节匀强磁场的磁感应强度为原来22倍
D．仅调节线圈匀速转动的转速为原来2倍
16．（2023春•常熟市校级月考）如图所示，标有“220V，40W”的灯泡和标有“20μF，360V”的电容器并联到交流电源上，V为理想交流电压表，交流电源的输出电压如图乙中正弦曲线所示，闭合开关S。下列判断正确的是（ ）
A．电容器会被击穿
B．灯泡不能正常发光
C．t=T4时刻，交流电压表的示数为2202V
D．t＝T时刻，通过灯泡的电流为零
17．（2023•海淀区校级三模）正弦交变电源与电阻R、交流电压表按照图1所示的方式连接，R＝10Ω，交流电压表的示数是10V，图2是交变电源输出电压u随时间t变化的图像。则（ ）
A．通过R的电流iR随时间t变化的规律是iR=2cs100πt(A)
B．通过R的电流最大值是1A
C．R两端的电压uR随时间t变化的规律是uR=52cs50πt(V)
D．R两端的电压有效值是102V
类型5 转速不同的交流电的e-t图象
18．（2023•分宜县校级一模）如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图象如图乙中曲线a、b所示，则下列说法正确的是（ ）
A．曲线b表示的交变电动势有效值为52V
B．曲线a、b对应的线圈转速之比为2：3
C．曲线a表示的交变电动势频率为50Hz
D．t＝3×10﹣2s时曲线a对应线框的磁通量最大
19．（2023春•咸宁期末）如图甲所示，在匀强磁场中，匝数之比为Na：Nb＝2：1的两个正方形金属线圈a、b绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势e随时间t变化的图像如图乙中曲线a、b所示，则（ ）
A．t＝0时刻，两线圈均处于垂直于中性面的位置
B．线圈a、b转速之比为2：3
C．线圈a，b在转动过程中最大磁通量之比为1：1
D．线圈a，b在转动过程中最大磁通量之比为1：2
知识梳理
知识点一、交变电流中的图像问题
1．正弦交变电流的三类图像
2．从图像获得的信息正弦式交变电流的图像是一条正弦曲线，从图像中可以得到以下信息。
(1)周期(T)和角度(ω):线动的角度ω=2πT
(2)峰值(Em、Im):图像的最大值。可出有效值E=Em2 I=Im2
(3)瞬时值:每个“点”表示某一时刻的瞬时值
(4)可确定线圈位于中性面的时刻，也可确定线圈平行于磁感线的时刻
(5)判断线圈中磁通量Φ及磁通量变化率∆Φ∆t的变化情况。
知识点二、其他图像问题
1．基本思路
(1)解读图象的坐标轴，理清横轴和纵轴代表的物理量和坐标点的意义．
(2)解读图象的形状、斜率、截距和面积信息．
2．解题技巧
(1)应用解析法和排除法，两者结合提高选择题图象类题型的解题准确率和速度．
(2)分析转折点、两图线的交点、与坐标轴交点等特殊点和该点前后两段图线．
(3)分析图象的形状变化、斜率变化、相关性等．
题型归类
类型1 从交变电流i-t图中的物理信息解题。
1．（2023•郫都区校级模拟）一含有理想变压器的电路如图甲所示，图中理想变压器原、副线圈匝数之比为2：1，电阻R1和R2的阻值分别为3Ω和10Ω，电流表、电压表都是理想交流电表，a、b输入端的电流如图乙所示，下列说法正确的是（ ）
A．0.03s时，通过电阻R1的电流为22A
B．电流表的示数为62A
C．电压表的示数为6V
D．0～0.04s内，电阻R1产生的焦耳热为0.48J
2．（2023春•青羊区校级月考）图甲是某一交流发电机的示意图，两磁极N、S间存在可视为水平向右的匀强磁场，电阻R＝9Ω，线圈内阻r＝1Ω，电流表为理想电流表。线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的电流随时间变化的图像如图乙所示。下列说法正确的是（ ）
A．t＝0.015s时，电流表的示数为0
B．t＝0.01s时，穿过线圈的磁通量为零
C．线圈转动的角速度为50πrad/s
D．一个周期内，电路中产生的热量为Q＝1000J
3．（2023春•淮安区期末）图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的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OO′沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示．以下判断正确的是（ ）
A．交变电流的有效值为102A
B．t＝0.01s时线圈位于中性面
C．t＝0.02s时线圈平面与磁场方向平行
D．1s内电流方向改变50次
4．（2023春•宿迁期末）某交流发电机在两个不同转速下向同一电阻供电，产生的正弦式交流电的i﹣t图像如图所示，则（ ）
A．Ⅰ、Ⅱ两个电流的周期之比为1：2
B．Ⅰ、Ⅱ两个电流对应的最大值之比为3：2
C．Ⅰ、Ⅱ两个电流在相等的时间内通过该电阻产生的热量之比为9：1
D．Ⅰ、Ⅱ两个电流图像从t＝0时刻开始，在各自的半个周期内与横坐标所围面积不相等
类型2 从交变电流中e-t图中的物理信息解题
5．（2022秋•武汉期末）如图（a）所示，在匀强磁场中，一电阻均匀的正方形单匝导线框abcd绕与磁感线垂直的转轴ab匀速转动，线圈产生的交变电动势随时间变化的规律如图（b）所示，线框总电阻为5Ω，则（ ）
A．线圈的转速为100r/s
B．线框转动一周，cd边产生的焦耳热为3.87J
C．在0～0.01s时间内，通过线框某一横截面的电荷量约为0.02C
D．当线框平面与中性面的夹角为45°时，线框产生的电动势的大小为22V
6．（2022秋•朝阳区校级期末）如图甲所示，100匝矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的中心轴OO'匀速转动，产生的感应电动势e随时间t的变化曲线如图乙所示，若外接电阻的阻值R＝9Ω，线圈的电阻r＝1Ω，则下列说法正确的是（ ）
A．t＝0.02s时通过线圈的磁通量为零
B．t＝0.02s时线圈恰好垂直中性面
C．电压表的示数为452V
D．线圈中产生的感应电动势表达式e＝100sin40πt（V）
7．（2023春•茂名期末）风力发电是一种绿色环保的清洁能源，统计显示，我国风力发电规模已经连续12年位居世界第一。根据电磁感应的基本原理，风力发电可建立如下模型，叶片长度为l的风轮机在风的驱动下，带动内部矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴匀速转动产生交流电。假设空气密度为ρ，风速为v，发电机将风的动能转化为电能的效率为η，发电机正常工作时线圈中产生如图乙所示的正弦交流电，下列说法正确的是（ ）
A．发电机的发电功率P=12πρl2v3
B．若风速加倍，则发电机的功率将变为8倍
C．发电机线圈输出电压的有效值为U
D．t＝t1时，发电机线圈中磁通量的变化率最大
8．（2023•广东开学）如图甲所示，把小灯泡与教学用发电机相连接，匀速转动手柄带动线圈在两磁极之间转动，产生的电动势e随时间t的变化规律如图乙所示，小灯泡正常发光。下列说法正确的是（ ）
A．线圈转动的快慢程度不会影响小灯泡的亮度
B．线圈转动产生的电动势e有效值为62V
C．手柄匀速转动的角速度为100πrad/s
D．t＝0时刻，线圈位于中性面
类型3 交变电流中的中Φ-t图应用
9．（2022秋•海安市期末）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Φ随时间t按正弦规律变化的图像如图所示，线圈转动周期为T，线圈产生的电动势的最大值为Em。则（ ）
A．在t=T4时，线圈中产生的电流最大中
B．在t=T2时，线圈中的磁通量变化率最大
C．线圈中电动势的瞬时值e=Emsin(2πtT)
D．增大线圈转速，线圈中感应电动势的有效值不变
10．（2023秋•温州月考）风力发电是一种绿色清洁能源。根据电磁感应的基本原理，风力发电可建立如下模型，叶片长度为l的风轮机在风的驱动下，带动内部匝数为N的矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴匀速转动。设通过矩形线圈的磁通量Φ随时间t按正弦规律变化，周期为T，磁通量最大值为Φm，空气密度为ρ，风速为v，风轮机叶片旋转所扫过的面积为风力发电机可接收风能的面积，发电机将风的动能转化为电能的效率为η，下列说法正确的是（ ）
A．发电机线圈在0.5T时刻输出的瞬时电压为0
B．发电机线圈输出电压的有效值为U=2πNΦmT
C．发电机的发电功率为P=π2ηρl2v3
D．若风速加倍，则发电机的发电功率将变为4倍
11．（2023•山西模拟）如图1为小型交流发电机的示意图，两磁极N，S间的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OO'沿逆时针方向以角速度ω匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图2所示，下列结论正确的是（ ）
A．线圈从图1所示位置转过90°时是图2的计时起点
B．每经过图1所示位置1次，电流方向改变1次
C．若线圈的匝数为20，则电动势的最大值是20V
D．若增大线圈转动的角速度，则磁通量变化率的最大值增大
12．（2023春•湟中区校级期末）手摇式交流发电机结构如图所示，灯泡L与交流电流表A串联后通过电刷、滑环与矩形线圈相连。摇动手柄，使线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴OO'逆时针匀速转动，从t＝0时刻开始，线圈中的磁通量变化如图乙所示，下列说法正确的是（ ）
A．t1时刻线圈中电流最大
B．t3时刻通过电流表的电流改变方向
C．t3时刻线圈所在平面和磁场平行
D．线圈转速变快，交流电周期将变大
13．（2023春•梅州期末）图甲为新能源电动汽车的无线充电原理图，M为匝数n＝50匝的受电线圈，N为送电线圈。当送电线圈N接交变电流后，在受电线圈内产生了与线圈平面垂直的磁场，其磁通量Φ随时间t变化的规律如图乙。下列说法正确的是（ ）
A．受电线圈的最大磁通量为0.01Wb
B．受电线圈产生的电动势的有效值为102V
C．在t1时刻，受电线圈产生的电动势为20V
D．在t1时刻，受电线圈产生的电动势为102V
类型4 交变电流中变压器中的u-t图像问题
14．（2023春•广西期末）图甲为家用燃气灶点火装置的电路原理图，转换器将直流电压转换为图乙所示的正弦交流电并加在理想变压器的原线圈上，设变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2。当两点火针间电压大于5000V就会产生电火花进而点燃燃气。闭合S，下列说法正确的是（ ）
A．电压表的示数为502V
B．在正常点燃燃气的情况下，两点火针间电压的有效值一定大于25002V
C．当n2n1＞10时，才能点燃燃气
D．当n2n1=200时，点火针每个周期的放电时间约为1.3s
15．（2023春•成都期末）图（a）为某研究小组的自制交流发电机结构简图。某次实验中线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴匀速转动，利用示波器测出其产生的正弦交流电电压u随时间t变化关系如图（b）所示，线圈及导线电阻不计，若想用此发电机产生“220V、50Hz”的交流电，下列操作正确的是（ ）
A．仅调节线圈的匝数为原来2倍
B．仅调节线圈的面积为原来2倍
C．仅调节匀强磁场的磁感应强度为原来22倍
D．仅调节线圈匀速转动的转速为原来2倍
16．（2023春•常熟市校级月考）如图所示，标有“220V，40W”的灯泡和标有“20μF，360V”的电容器并联到交流电源上，V为理想交流电压表，交流电源的输出电压如图乙中正弦曲线所示，闭合开关S。下列判断正确的是（ ）
A．电容器会被击穿
B．灯泡不能正常发光
C．t=T4时刻，交流电压表的示数为2202V
D．t＝T时刻，通过灯泡的电流为零
17．（2023•海淀区校级三模）正弦交变电源与电阻R、交流电压表按照图1所示的方式连接，R＝10Ω，交流电压表的示数是10V，图2是交变电源输出电压u随时间t变化的图像。则（ ）
A．通过R的电流iR随时间t变化的规律是iR=2cs100πt(A)
B．通过R的电流最大值是1A
C．R两端的电压uR随时间t变化的规律是uR=52cs50πt(V)
D．R两端的电压有效值是102V
类型5 转速不同的交流电的e-t图象
18．（2023•分宜县校级一模）如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图象如图乙中曲线a、b所示，则下列说法正确的是（ ）
A．曲线b表示的交变电动势有效值为52V
B．曲线a、b对应的线圈转速之比为2：3
C．曲线a表示的交变电动势频率为50Hz
D．t＝3×10﹣2s时曲线a对应线框的磁通量最大
19．（2023春•咸宁期末）如图甲所示，在匀强磁场中，匝数之比为Na：Nb＝2：1的两个正方形金属线圈a、b绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势e随时间t变化的图像如图乙中曲线a、b所示，则（ ）
A．t＝0时刻，两线圈均处于垂直于中性面的位置
B．线圈a、b转速之比为2：3
C．线圈a，b在转动过程中最大磁通量之比为1：1
D．线圈a，b在转动过程中最大磁通量之比为1：2
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