交变电流 知识清单-2025年新高考物理复习

专题十三交变电流

考点/微专题高考真题精选近三年考频

2023湖南T9,2022广东T4,2021浙江6月T5,2021辽宁T5,

考点一交变电流的产生与描述12考

2019天津理综T8

2023山东T7,2022湖北T9,2022福建T6,2021河北T8,2020

考点二理想变压器远距离输电15考

江苏单科T2,2020课标mT20

考点三电磁振荡电磁波传感器2020浙江1月T8,2022北京T132考

微专题22含变压器电路的动态分析2022天津T8,2022湖南T6,2021湖北T6,2021湖南T67考

考曷青革

考点交变电流的产生与描述3.描述交变电流周期性的物理量

一、交变电流的产生及变化规律（1）周期（T）:交变电流完成一次周期性变化

所需要的时间。

1.交变电流的概念：电流、电压随时间做周期性

（2）频率（/）：交变电流在单位时间内完成周

变化,这样的电流叫作交变电流。如图（a）、

期性变化的次数。

（b）、（c）、（d）所示都属于交变电流。其中按

正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电（3）周期和频率的关系：1=彳或/=不。

4.正弦式交变电流产生过程中的两个特殊位置

B00

图示

2.正弦式交变电流的产生

o，

如图所示,在匀强磁场里，线圈从中性面开始T,^

绕垂直于磁感线方向的轴。。'匀速转动时，就

位置中性面位置垂直于中性面位置

会在线圈内产生随时间按正弦规律变化的感

磁感线垂直于线圈磁感线平行于线圈

应电动势:e=Emsin（x）to

◎二5S（最大）①二0（最小）

特

点e=0（最小）e=NBSs（最大）

电流为0,方向改变电流最大，方向不变

0'

5年高考3年模拟A版高考物理

5.正弦式交变电流的变化规律(从中性面开始厂知识拓展,-------------------------------

其他交变电流有效值的计算

计时)

(1)计算有效值时要根据电流的热效应，抓住“三同”「相

同时间”内“相同电阻”上产生“相同热量”，列式求解。

(2)分段计算热量并求和得出一个周期内产生的总热

量Q。

if

(3)利用公式Q=fRt和Q=——t可分别求得电流有效

R

值和电压有效值。

(4)若交变电流图像部分是正弦(或余弦)函数图像，

则其中的;周期(必须是从零至最大值或从最大值至

零)和;周期部分可直接应用正弦式交变电流有效值

与最大值间的关系/=%«=%分析。

72-J2

画王如图为交流发电机的示意图，线圈在转

动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连

接。两磁极之间的磁场视为匀强磁场且磁感应

强度大小为3,单匝线圈ABCD所围的面积为

S、电阻为r,定值电阻的阻值为&其余电阻不

物理含义重要关系适用情况

计，交流电压表为理想电表。线圈以角速度。

交变电流某e=Emsin计算线圈某时刻

瞬时值绕。。’轴逆时针匀速转动，如果以图示位置为

一时刻的值i=Isin(ji)t的受力情况

m计时起点，则()

E=NBSa)

最大的瞬m讨论电容器的击

峰值E

时值I二」穿电压

R+r

交变电流图

-N①

像中图线与E=N~~计算一段时间内

A力

平均值时间轴所围通过导体横截面A.图示时刻电压表示数为BSM

-E

的“面积”与I-----的电荷量通过电阻的电流瞬时值表达式为力=

R+rB.A

时间的比值BS(o

------sincot

①交流电表的测量R+r

E

E=—结果；②保险丝的C.线圈从图示位置转过90。的过程中，通过电阻

跟交变电流行

熔断电流；③计算

的热效应等U尺的电流平均值为盆)

有效值u=—电功、电热、电功

效的恒定电72

率;④电器铭牌上

流的相关值D.线圈从图示位置转过90。的过程中，电阻R上

I=-标的值(如额定电

垃TTRB2S2CO

压、额定功率等)产生的焦耳热为

2(R+r)2

»解析电压表示数为电阻R两端电压的有效

专题十三交变电流131

ER-J2BSMR(3)电容器的作用：通交流、隔直流，通高频、

值，。=m,A错误。图示位置

氏氏+r)2(R+r)阻低频。

为垂直于中性面位置，线圈产生感应电动势的考点❷理想变压器远距离输电

瞬时值表达式e=Emcosa)t=BSo)cos碗，通过电一、理想变压器

BSs1.构造与原理

阻7?的电流瞬时值表达式i=------cosM,B错

R+r(1)构造:如图所示，变压器是由闭合铁芯和

误。线圈从图示位置转过90。的过程中，产生的绕在铁芯上的两个线圈组成的。

二、工否,不、①

感应电L动势平均值为B——S=-2-B-S-c-o，贝m寸通N

△tFIT

2G

过电阻R的电流平均值/=且=正

R+r"(R+r)

确。线圈从图示位置转过90。的过程中，电阻A

DO,j

(2)工作原理:电磁感应中的互感现象。

上产生的焦耳热Q=PR•4,其中/=——,

氢(R+r)

加=3,联立解得Q=FRB"2?,D错误。

2M4(7?+r)

I►答案C

»补充设问计算线圈从图示位置转过90。的

过程中，流过电阻盘的电荷量q。

2.理想变压器的基本关系

设问解析由电流的定义式可得q=/加，平均

理想没有能量损失(铜损、铁损)，原、副线圈电流

E—k①

电流片标，平均感应电动势公后,联立解得变压器产生的磁场的磁感线全部集中在铁芯中

功率原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，

\①_BS若为"匝线圈，味"黑=蓝!。关系?人=电

~R^r~R^°电压U,n,

泰关系原、副线圈的电压比等于匝数比,==」

三、电感器和电容器对交变电流的影响u2n2

1.电感器对交变电流的影响/,电

(1)只有一个副线圈时:丁=一

(1)感抗：电感器对交变电流的阻碍作用的电流几1

关系(2)有多个副线圈时，由P人得：/也=

大小。

IU+/U3+…或乙%=In+In+,t,

(2)感抗的影响因素:线圈自感系数越大，交2232233

变电流频率越高，感抗越大。随叵如图甲所示，交流电源通过一理想变压

器给一个小灯泡供电。当原线圈输入如图乙所

(3)电感器的作用:通直流、阻交流，通低频、

阻高频。示的交变电压时，额定功率为25W的小灯泡恰

好正常发光，已知正常工作时灯泡的电阻为

2.电容器对交变电流的影响

(1)容抗：电容器对交变电流的阻碍作用的100Q,图中电压表为理想电表。下列说法正确

大小。的是()

(2)容抗的影响因素：电容越大，交变电流频

率越高，容抗越小。

1325年高考3年模拟A版高考物理

(2)互感器

电压互感器电流互感器

\\\^4r^

A.变压器输入电压的瞬时值表达式为u=原理图

22072sinlOiri(V)

B.变压器原、副线圈的匝数比为22:5

原线圈的连接并联在高压电路中串联在交流电路中

C.电压表的示数为220V

副线圈的连接连接电压表连接电流表

D.变压器的输入功率为110W

将高电压变将大电流

互感器的作用

27r为低电压变成小电流

解析由题图乙可知o>=—=IOOTTrad/s,原

利用的公式4-2IyTiy—12n2

线圈两端电压的最大值为220至V,则变压器输U2n2

入电压的瞬时值表达式为u=22Q二、远距离输电

sin100m(V),故A错误。变压器输入电压的有1.远距离输电基本电路图

效值5=220V,电压表示数等于灯泡的额定电

压，根据P==，解得U,^=/PR=50V,则

R

nUi2.远距离输电的基本关系

U灯=5。V,则变压器原、副线圈的匝数比「}二」

曲U2(1)功率关系:？=22,03=尸4,3=P损+B。

22

二5,故B正确，C错误。理想变压器的输入功

(2)电压、电流关系:

〃4/

U2n211U43

率与输出功率相等，即理想变压器的输入功率

“2=AU+U3」2=I线=13。

为25W,故D错误。

“P,P3U2-U3

I►答案B(3)输电电流:/线=万=万=

U2

3.两种特殊的变压器

(4)输电线上损耗的电功率：0损=/线AU=

(1)自耦变压器2

口

2_(P2

自耦变压器(又称调压器)只有一个线圈，其/线R线=万尺线0

2)

中的一部分作为另一个线圈，当交流电源接

3.减少输电线上电能损耗的方法

不同的端点时，它可以降压(如图1)也可以升

(1)减小输电线的电阻。由R线=/(知，可加

压(如图2),变压器的基本关系对自耦变压器

均适用。

大输电线的横截面积、采用电阻率小的材料

做输电线。

(2)减小输电线中的电流。在输电功率一定

的情况下，根据P2=线知,要减小电流,必

专题十三交变电流133

须提高输电电压。当输电功率及输电线的电诉P2r

至i]的电功率尸用=P-P损=P-故D错误。

nlU\

阻一定时，由P损=[A]R线知,输电电压增大

I►答案AC

到原来的九倍，输电线上损耗的功率就减小考点导电磁振荡电磁波传感器

到原来的1。一、电磁振荡

n

1.振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化

陋叵(多选)如图所示为远距离高压输电示意

的电流。

图，图中升压变压器的原、副线圈匝数为小、%

2.振荡电路:产生振荡电流的电路。由电感线

原线圈接发电站的电压为d,电功率为P,升压

圈L和电容器C组成的电路，称为LC振荡电

变压器副线圈两端的电压为5,输电导线的总

路(如图所示)。

电阻为J升压变压器和降压变压器均为理想变

压器，下列说法正确的是()

3.电磁振荡的概念:在LC振荡电路中，电容器

3E^JI0不断地放电和充电，就会使电容器极板上的

升压变压器降压变压器

nP电荷量g、电容器内的电场强度E、电路中的

A.输电线上的电流大小/=」7r

n2LJx电流％、线圈内的磁感应强度B周期性地变

n.Pr化，这种现象就是电磁振荡。

B.输电线上损失的电压U损=七

、几2〃24.电磁振荡的周期与频率

<nPV

C.输电线上损失的功率匕员=」r⑴周期：7=2言历。

{n2UJ

频率:六——

nlP2(2)o

D.用户得到的电功率尸用=P-jr

呜

45.电磁振荡的变化规律

I►解题指导解决远距离输电问题一定要理清

(1)振荡电流、上极板电荷量随时间变化的图像

三个回路:①电源和升压变压器原线圈所在的

回路;②升压变压器副线圈(相当于电源)和输

电线以及降压变压器原线圈所在的回路;③降

压变压器副线圈(相当于电源)和用户所在的

回路。

U1n1

I►解析对于理想变压器有77=」,。=UJ=

U2〃2(a)以逆时针方向电流为正

np

U,/,联立解得/=^,故A正确；输电线上损失

“2U[

n}Pr

的电压为U损=0=)7，故B错误；输电线上损(b)图中q为上极板的电荷量

n2Ux

(nP\2

失的功率P损=/「=卜」r,故C正确；用户得

(^34)5年高考3年模拟A版高考物理

(2)各物理量随时间的变化情况同(都等于光速)。

TTTT3T3T(3)不同频率的电磁波,在同一介质中传播,

时间0—————>T

44'22'44其速度是不同的，频率越高，波速越小。

工作

放电过程充电过程放电过程充电过程(4)〃=A/,/是电磁波的频率。

过程

3.电磁波的特性及其应用

qg.—o0一4mo一心

波动性与

EE「OOf电磁波谱产生机理特征

粒子性

U4-0Of*一。0-4

振荡电路中自由

i。一)-0Of波动性强，易发

无线电波电子的周期性运

B。一圆。一线生衍射等

动产生

电场能一磁场能一电场能一y磁场能一

能量红外线热效应强

磁场能电场能磁场能电场能

波

可见光原子外层电子受引起视觉粒

子

6.LC振荡电路充、放电过程的判断方法动

性

激发而产生性

化学效应、荧光增

减

(1)根据电流流向判断:当电流流向带正电的紫外线强

效应强，杀菌弱

极板时，电容器极板上的电荷量增加,磁场能'.

原子内层电子受

向电场能转化，处于充电过程;反之，当电流流X射线穿透性强

激发而产生

出带正电的极板时，电容器极板上的电荷量减

原子核受激发而

T射线穿透能力最强

少,电场能向磁场能转化，处于放电过程。产生

(2)根据物理量的变化趋势判断:当电容器极三、传感器

板上的电荷量q(电压U、场强E)增大或电流常见敏感元件

“磁感应强度8)减小时，处于充电过程;反(1)光敏电阻

之，处于放电过程。①特点:被光照射时电阻发生变化。

(3)根据能量判断:电场能增加时处于充电过②作用:把光照强弱这个光学量转换为电阻这

程，磁场能增加时处于放电过程。个电学量。

二、电磁场与电磁波(2)热敏电阻

L麦克斯韦电磁场理论①特点:温度变化时电阻随之变化。

或

，均匀变化的磁场产生恒定电场②作用:把温度这个热学量转换为电阻这个电

-的磁学量。

麦场产非均匀变化的磁场产生变化的电场

克

生电」周期性振荡的磁场产生同频率振荡的(3)霍尔元件

斯

韦场电场

电①霍尔电压:UH-Jo

磁a

变化代均匀变化的电场产生恒定磁场

场②作用:把磁感应强度这个磁学量转换为电压

理的电

论*非均匀变化的电场产生变化的磁场

场产这个电学量。

一

生磁/周期性振荡的电场产生同频率振荡的,

(4)电阻应变片

场磁场

①作用:把物体形变这个力学量转换为电阻这

2.电磁波

个电学量。

(1)电磁场在空间由近及远地向周围传播,形

②电子秤的工作原理

成电磁波。电磁波是横波。

［金属梁］］金属梁］］应变片］［应变片两［输出两个］

(2)电磁波的传播不需要介质，可在真空中传自由端H发生弯H的电阻卜端电压变电压的差

播，在真空中不同频率的电磁波传播速度相［受力/j］曲11变化)［化.kI

专题十三交变电流135

微专题

4.等效电源的建立

微专题（含变压器电路的动态分析

理想变压器中与原线圈串联的定值电阻阻值为

一、含变压器电路的动态分析方法

9,交流电源输出电压为。，设原线圈、副线圈的

1.含义：由于变压器的匝数比或电路的负载等

变化，引起电路中各物理量的变化的动态问匝数之比」=4,将变压器、定值电阻R。与原交

n2

题的分析。

流电源看成一个整体，等效为一个新的电源,则

2.理想变压器的制约关系

URn

一（1）输入电压5由电源决定新电源的电动势£'=；,新电源的内阻r'=U。

kk-

电压（2）%=以■=输出电压。2由输入电压口和证明：如图所示,

设原线圈两端的

原、副线圈匝数比共同决定__________________

/\=尸由0原线圈的输入功率尸人由副线圈的输电压为■,通过

功率

出功率P出决定它的电流为人，副

线圈两端的电压

/1=—/。=原线圈中电流/］由副线圈中电流，

电流«1为a,通过它的

和原、副线圈匝数比共同决定电流为，2,副线圈等

效

3.等效电阻的建立负载电阻为工与电

源

在只有一个副线圈的理想变压器电路中，设原线圈串联的定

n,值电阻阻值为

原线圈、副线圈的匝数之比」=仙负载电阻为

n2此，变压器原、副

R,则变压器和负载电阻整体可以等效为一个线圈匝数分别为由、以。将变压器、定值电阻

新电阻，其阻值？=*凡

Ro与原交流电源看为一个整体，等效为一个

证明：如图所示,新的电源,设新电源的电动势为E',新电源等

设原线圈两端的效内阻为作出等效后的电路图。

电压为a,通过由闭合电路欧姆定律得①

它的电流为，，副

由串联电路的规律得U1=UT\/；设」=上则

线圈两端的电压

n2

为“，通过它的

U、L［JRa…

斤二人丁二人,联立各式，得U2=---I2-y②

电流为i2,副线圈

负载电阻为变

R,比较①②，得丁=:/=3。

压器原、副线圈匝数分别为%、和。由欧姆定kk

二、解题方法

律可知丁=凡设原线圈、副线圈的匝数之比

121.程序法:此法常用于原线圈无串联电阻情况。

Ui几］/9

」=上根据变压器规律可知/=」=仙,=5%U2

n2U2%6R负裴%=P,=/{2决定

“2------------------*

nU-决定

A}2

」=人联立解得r=公&可以看成大小为kR（或/]=-12决定）

曲"1一

的等效负载电阻直接连在原线圈一侧。PiJV或4）

5年高考3年模拟A版高考物理

（1）匝数比不变，负载电阻变化情况的分析

A.—不变B.：变大

思路A/I

C.电源的输出功率减小D.电压表示数减小

解析解法一（等效电阻法）

将变压器和负载电阻整体

视为等效电阻，画出等效电

n.

」不变，负载电阻R改变路图，如图所示。尺增大

n2

即A副增大，导致原线圈的

①a不变，根据4=到,输入电压%决定输

输入电流减小，输入电压增大；副线圈的输出电

n2

流减小，输出电压增大，故电流表示数减小，电

出电压心,可以得出不论负载电阻尺如何变

化，人都不变。压表示数增大，。增大;a、6端电压稳定，原线圈

②当负载电阻发生变化时/变化引起匕变

电流减小，故电源的输出功率减小，因此B、C均

化,根据？=匕，可以判断？的变化。

正确，D错误。设原线圈的输入电压为《，输入

③A变化,根据输出电流12决定输入电流h,

电流为A,变压器原、副线圈匝数之比为七则原

可以判断，的变化。

线圈的输入电压U/kU

（2）负载电阻不变，匝数比变化情况的分析

思路原线圈的输入电流I=不

k2

①■不变，气发生变化，］LI