2025年高考物理专项复习：交变电流及远距离输电的运用（分层练）（解析版）

专题10交变电流及远距离输电的运用

A•常考题不丢分

命题点01正弦交变电流的产生与瞬时值表达式

命题点02正弦交变电流的“四值”

命题点03理想变压器基本规律的应用

命题点04理想变压器的动态分析

命题点05远距离输电问题

B・拓展培优拿高分

C-挑战真题争满分

%风常考题不番解

【命题点01正弦交变电流的产生与瞬时值表达式】

【针对练习1】（2023・天津•模拟预测）一矩形线圈"cd在匀强磁场中绕垂。垂直于磁场的轴匀速转动，线

圈内磁通量中随时间/变化如图所示，则下面说法正确的是（）

A.0时刻线圈中的感应电动势最大

B.B时刻ad的运动方向与磁场方向垂直

C.h时刻线圈平面与中性面垂直

D.小云时刻线圈中感应电流方向相同

【答案】B

【详解】A.0时刻，磁通量最大，感应电动势为零，故A错误；

B.f2时刻，磁通量为零，感应电动势最大，ad边切割磁感线的有效速度最大，即ad的运动方向与磁场方

向垂直，故B正确；

C.右时刻，磁通量最大，感应电动势为零，所以线圈处于中性面，故C错误；

D.台时刻，磁通量最大，感应电动势为零，所以线圈处于中性面，电流改变方向，故D错误。

故选Bo

【针对练习2】如图所示，KLMN是一个竖直的矩形导线框，全部处于磁感应强度为2的水平方向的匀强磁

场中，线框面积为S,边水平，线框绕某竖直固定轴以角速度。匀速转动。在边与磁场方向的夹角

达到30。的时刻（图示位置），导线框中产生的瞬时电动势e的大小和线框此时电流的方向分别为（己知线

框按俯视的逆时针方向转动）（）

B.争So,电流方向为KMWLK

C.^BSrn,电流方向为KLMNKD.—BSco,电流方向为KLWNK

【答案】B

【详解】边与磁场方向成30。时，感应电动势为

V3

e=Emcoscot=BS3cos300=—BSo）

由右手定则可知电流方向为KNMLKo

故选Bo

【针对练习3】（2022•天津红桥•统考一模）如图甲中所示，一矩形线圈abed在匀强磁场中绕垂直于磁感线

的轴匀速转动，线圈所围面积的磁通量中随时间t变化的规律如图乙所示，下列论述正确的是（）

A.初始时刻线圈中感应电动势最小

B.念时刻导线ad的速度方向跟磁感线平行

C.打时刻线圈平面与中性面重合

D.小口时刻线圈中感应电流方向相反

【答案】CD

【详解】A.由图可知，仁0时刻磁通量为零，线圈与磁场平行，线圈中感应电动势最大，A错误；

B.才2时刻磁通量为零，线圈与磁场平行，磁通量变化率最大，感应电动势最大，导线ad的速度方向跟磁感

线垂直，B错误;

C.打时刻线圈的磁通量最大，处于中性面，感应电动势为零，C正确;

D.小以时刻磁通量为零，线圈与磁场平行，线圈中感应电动势最大，电流最大；相差半个周期，电流方

向相反，D正确。

故选CDo

【命题点02正弦交变电流的“四值”】

【针对练习4】(2023•天津和平•统考二模)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A8CD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e=20sinl007rt(V),电极间接有阻值为R=10。的定值电阻，线圈电阻不计，下列说法正确

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ABC。

D.当线圈转到如图位置时磁通量的变化率最大

【答案】D

【详解】A.根据题意可知此交流电的频率为

（1）

f=——=50Hz

2兀

故A错误；

B.此发电机电动势的有效值为

20

E=V=10V2V

线圈电阻不计则电阻R消耗的功率为

E2(10V2)2

7W=20W

10

故B错误;

C.由右手定则可知，当线圈平面转到图示位置时产生的电流方向为。C54,故C错误;

D.当线圈平面转到图示位置时磁通量为零，在中性面的垂面，磁通量的变化率最大，故D正确。

故选D。

【针对练习5】（多选）（2023•宁夏石嘴山•石嘴山市第三中学校考模拟预测）利用半导体二极管的单向导电

性，可以对交变电流进行整流，将交变电流变为直流。一种简单的整流电路如图甲所示，。为交变电流

信号输入端，D为半导体二极管，R为定值电阻。信号输入后，电阻R两端的电压如图乙所示，则下列说法

正确的是（）

A.交变电流的频率为50Hz

B.R两端电压的有效值为50&V

C.若电阻R=10Q,贝！Hmin内R产生的热量为1.5X10。

D.一个标有“95V,30日尸，的电容器并联在电阻R两端，可以正常工作

【答案】AC

【详解】A.由图乙可知，该电压的周期为0.02s,可知交变电流的频率为

11

/=-=——Hz=50Hz

1T0.02

故A正确；

B.由图乙可知，前（周期内最大电压为100V,后9周期内电压是零，由有效值的定义可得

组2

V2.TU2

—=—T

下2R

解得R两端电压的有效值为

U=50V

故B错误;

C.若电阻R=10C,由焦耳定律，可得Imin内R产生的热量为

/I!、"/50\z4

Q=I2Rt=*=（五）x10x60J=1.5xIO"

故C正确;

D.因电阻R两端的电压最大值为100V,大于95V,因此一个标有“95V,30四”的电容器并联在电阻R两

端，不可以正常工作，故D错误。

故选ACo

【针对练习6】（多选）（2022.宁夏银川.六盘山高级中学校考三模）已知如图所示为穿过匝数“=100的线圈

的磁通量O随时间f按正弦规律变化的图像，其产生的电压为交变电压（片3.14）。判断下列选项中的四个

交变电压的有效值与已知的交变电压的有效值相同的是（）

^/xl0-2wb

2

6a89.42z/xl0-s

-2

UN

UN

A.

UN

IOOA/2

0

-100V2■______1

D.

【答案】AD

【详解】由题图知，周期为T=6.28X10-2S,角速度为

27r

co=—=100rad/s

交变电压的最大感应电动势为

Em=nBSo)=200V

电压的有效值为

E

U=/=100V2V

AB.交变电压的有效值由

Em

得UA=100V2V,UB=100V,A正确，B错误;

CD.设等效电压为U,电阻R相同时间内产生的热量相同，则有

u2U122u21

,—tH---2-----t

R3R3

得

U=100V2V

D正确，C错误;

故选AD。

【命题点03理想变压器基本规律的应用】

【针对练习7】（多选）（2023•河南郑州•校联考模拟预测）如图所示，理想变压器原线圈所在电路的输入端

接有电压有效值为220V的正弦交变电流，匝数为30的副线圈2与规格为“12V36W”的灯泡Li连接，副线

圈3与规格为“18V54W”的灯泡L2连接，原线圈与额定电压为40V的灯泡L连接。若电路接通时，三个灯

泡均正常发光，则下列说法正确的是（）

A.原线圈1两端的电压为180V

B.原线圈1的匝数为500

C.副线圈3的匝数为50

D.通过灯泡L的电流有效值为0.5A

【答案】AD

【详解】A.因为三个灯泡均正常发光，所以灯泡L两端的电压4=40V,可得原线圈1两端的电压

Ui=220V-UL=180V

选项A正确；

BC.根据理想变压器电压与匝数的关系有

u1=u1=u1

Hln2n3

其中4=12V、U3=18V、n2=30,解得原线圈1与副线圈3的匝数分别为%=450、n3=45,选项B、

C均错误；

D.对理想变压器，根据功率关系有

UJi=匕+P2

其中B=36W,P2=54W,解得通过灯泡L的电流有效值人=0.5A,选项D正确。

故选ADc

【针对练习8】（2023•海南•统考一模）如图甲所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数分别为100匝和

50匝，定值电阻a=夫2=20。，电路中所接电源电压随时间变化的关系如图乙所示，图中电表均为理想交

流电表，贝U（）

A.副线圈中的电流频率为25HzB.电流表的示数为1A

C.电压表的示数为50VD.电阻R2消耗的功率为50W

【答案】AB

【详解】A.变压器不改变交流电的频率，所以副线圈中的电流频率

11

f=不=-~~―；Hz=25Hz

'T4X10-2

故A项正确；

B.由图乙可知，输入电压的有效值

Uo=100V

则有

Uo=Ui+IR

（其中U1为原线圈两端的电压，A为原线圈中的电流），根据公式

U]_/2_%_2

u?A电1

R2=~

又

%=&=20Q

联立可得

Ui=80V

A=1A

I2=2A

所以B项正确：

C.电压表两端电压

1

u2=-u1=40V

c项错误；

D.电阻&消耗的功率

2

P=I2R2=80W

所以D项错误。

故选AB。

【针对练习9】（2023•河南新乡•统考一模）如图所示，理想变压器原线圈的匝数的为1100匝，原线圈两端

的电压随时间变化的关系式为a=220V2cos（1007rt）Vo单匝线圈绕过铁芯连接交流电压表，将阻值为10Q的

电阻R接在C、。两端时，消耗的功率为10W,下列说法正确的是（）

A.副线圈的匝数电为50匝B.电压表的示数为0.1V

C.R两端的电压为10V,频率为100HzD.流过R的电流为1A,周期为0.02s

【答案】AD

【详解】B.变压器的输入电压为220V,输入交流电压的最大值为220&V,根据理想变压器原线圈与单匝

线圈的匝数比为

%220V

了二丁

解得

%=0.2V

故B错误；

ACD.根据

U2

昨下

副线圈电压为

u2=4PR=10V

流过R的电流为

根据理想变压器原线圈与单匝线圈的匝数比为

1_0.2V

九2U2

解得

n2=50

根据

111

f=—=-5—=—5——=50Hz

JT2TT27r

o)IOOTT

周期为

1

r=7=002s

故AD正确，C错误；

故选AD。

【命题点04理想变压器的动态分析】

【针对练习10］（2023•河北保定•河北省唐县第一中学校考二模）理想变压器原、副线圈两端所接电路如图

所示，图中电表均为理想交流电表，氏2为电阻箱，定值电阻Ro=30。，％=20。。原线圈两端接有6=

20&sinl00/rt（V）的交流电，已知理想变压器原、副线圈的匝数比为1:2。则下列说法正确的是（）

A.当电阻箱夫2的阻值逐渐增大时，%、A2的示数均减小

B.当电阻箱&的阻值逐渐增大时，匕、Ai示数的比值保持不变

C.电阻箱7?2的阻值为零时，V2的示数为40V

D.电阻箱&的阻值为20。时，变压器的输出功率为40W

【答案】D

【详解】B.原线圈的输入电压不变，由变压器的工作原理

包="

n2U2

可知，变压器副线圈的输出电压不变，即V1不变，当电阻箱R2的阻值逐渐增大时，副线圈的总电阻增大,

则副线圈的电流减小，即A2的示数减小，由

nl_^2

n2-A

可知变压器原线圈的电流减小，即A1的示数减小，所以V〉A1示数的比值增大，故B错误;

A.又由于定值电阻&分得的电压减小，则电压表V2的示数增大，故A错误；

C.当电阻箱义的阻值为零时，定值电阻％被短路，电压表V2示数为0,故C错误；

D.电阻箱/?2的阻值为20Q时，负载电阻的阻值为

由于副线圈的输出电压为40V,则副线圈的电流为

U240

==

/2TRT40=1A

由

n2~11

得

k=2A

则电源消耗的电功率为

P=UJi=40W

则变压器的输入功率为40W,所以变压器的输出功率为40W,故D正确。

故选D。

【针对练习11］（2023・河北•校联考模拟预测）如图所示，理想变压器原线圈接正弦式交流电源，副线圈接

有电阻R和灯泡L,闭合开关S,滑片P处于图示位置时灯泡正常发光。将滑片P向下缓慢移动，下列说法

正确的是（）

A.灯泡L变暗B.副线圈中电流的频率变小

C.电阻R消耗的功率变大D.理想变压器的副线圈输出电压变大

【答案】A

【详解】AD.将滑片P向下缓慢移动，副线圈匝数变小，根据电压和匝数成正比可知，副线圈电压变小,

则副线圈回路电流变小，灯泡变暗，故A正确D错误；

B.变压器不改变交流电的频率，故B错误；

C.根据

P=I2R

可知，电阻R消耗的功率变小，故C错误。

故选Ao

【针对练习12】（多选）（2023•江西鹰潭•校联考模拟预测）将电压有效值不变的交流电源接在如图所示电路

两端，电路由理想变压器、定值电阻飞、氏2、尺4,滑动变阻器式3，电流表、电压表组成，a,6为滑动变阻

器的两个端点，所有电表均为理想电表,导线电阻不计。将滑动变阻器滑片P从a端向b端滑动过程中（）

C.电压表示数增大D.消耗的电功率增大

【答案】CD

【详解】B.在滑片P从a端向b端滑动过程中，夫3接入电路的电阻减小，副线圈回路中的总电阻减小，回

路中的总电流“增大，电流表示数增大，B错误；

C.由的A=电为可知，通过％的电流力增大，则&两端的电压增大，电压表示数增大，C正确；

A.输入理想变压器的电压%减小，由=£可得此两端电压减小，A错误；

D.Z?2两端电压减小，通过的电流减小，由/2=抽+卜可得增大，则R4消耗的电功率增大，D正确。

故选CDo

【命题点05远距离输电问题】

【针对练习13］（2023•广东•统考二模）“西电东送”是我国西部大开发的标志性工程之一.如图是远距离输

电的原理图，假设发电厂的输出电压Ui恒定不变，输电线的总电阻保持不变，两个变压器均为理想变压器.下

列说法正确的是)

A.若输送总功率不变，当输送电压”增大时，输电线路损失的热功率增大

B.在用电高峰期，用户电压为降低，输电线路损失的热功率增大

C.当用户负载增多，升压变压器的输出电压必会增大

D.当用户负载增多，通过用户用电器的电流频率会增大

【答案】B

【详解】A.若输送总功率不变，当输送电压为增大时，输电线路中电流变小，由

P损=『R

可知输电线路损失的热功率变小，故A错误；

B.在用电高峰期，用户电压（4降低，电路中电流变大，由

14n3

可知输电线路中电流变大，输电线路损失的热功率增大，故B正确；

C.由于发电厂输出电压恒定不变，根据

U1

U2电

可知升压变压器的输出电压不变，故C错误；

D.当用户负载增多，通过用户用电器的电流频率不会变化，故D错误。

故选B。

【针对练习14]（2023•河北•模拟预测）某同学利用如图所示电路模拟研究远距离输电。图中交流电源电压

有效值为6V,定值电阻R=20。，小灯泡乙的规格为“6V,3.6W”，接通电路调节两个变压器，使小灯泡始

终以额定功率状态工作，此时理想变压器T1、T2原副线圈的匝数比分别为自和电。以下说法正确的是（）

A.自和电的乘积等于1

B.灯越大电路的输电效率越高

C.若％=6,则R上消耗的功率为0.1W

D.若矽=6,则变压器的输出电压为38V

【答案】D

【详解】A.由于在两个变压器之间的电阻R上会有电压损失，理想变压器A的输出电压等于心对应的输入

电压与R上损失电压和，匝数比满足

nl_^1_1_九3_03_02_UR_1_

——Ki，———K.7

n

n2U24U4U4”

又因为

U]=%=6V

则有

故A错误；

B.由上面分析知，后越大则变压器£的输出电压/越低，要使灯泡正常发光，R上的电流就会越大，损失

的功率也越大，所以电路的输电效率越低，故B错误；

CD.对变压器T2,输出电流与输入电流比值满足

—=k9I4=~=0.6A

132u

若优=6,贝UR中电流，3为0.1A,其消耗的功率为

PR=llR=0.2W

根据

3n3J

7T=—=卜2

U4九4

可得

U3=36V

所以变压器£的输出电压为

U2=U3+%R=38V

故C错误，D正确。

故选D。

【针对练习15】（多选）（2024.河南•项城市第一高级中学校考模拟预测）某节能储能输电网络如图所示，发

电机的输出电压Ui=250V,输出功率500kW。降压变压器的匝数比电：血=50:1,输电线总电阻R=62.5。。

其余线路电阻不计，用户端电压〃=220V,功率88kW,所有变压器均为理想变压器。则下列数值正确的

是（）

A.发电机的输出电流为2000AB.输电线上损失的功率为40kW

C.输送给储能站的功率为400kWD.升压变压器的匝数比如:物=1：46

【答案】AD

【详解】A.由题知，发电机的输出电压

%=250V

因为输出功率500kW,则有

P2

；1=—=2X103A

故A正确；

BD.由题知，用户端电压

U4=220V

因为功率88kW,则有

解得

/4=400A

/3=8A

U3=11000V

则输电线上损失的功率为

2

P损=I3R=4kW

且

U2=U3+I3R=11500V

再根据

£1=2i

4n2

解得

%1

n246

故B错误，D正确；

C.根据理想变压器无功率损失有

P—U2%+P储

解得

P储=408kW

故C错误。

故选AD。

--1***

冒:H柘展培休隼高分

一、单选题

1.如图所示，纸面内有一“凹”字形单匝金属线框组成闭合回路，置于垂直于纸面向里、磁感应强度大小为

5的匀强磁场中，线框的总电阻为凡边长如图所示。线框绕。。轴做角速度为口的匀速圆周运动。则从

图示位置（）

A.转动90。时回路中电流方向发生改变

B.转动180。的过程中通过导线截面的电荷量为零

C.转动90。时回路中感应电动势大小为3BZAO

D.转动180。过程中线框产生的焦耳热为亚等

【答案】c

【详解】A.线框通过一次中性面时，电流方向才会发生改变，图示位置即是中性面，再转动90。时线框平

面与磁感线垂直，电流方向并未发生改变，故A错误;

B.转动180。的过程中通过导线截面的电荷量为

-布△①2B(4L2-L2)6BL2

o=/At=xAt=—

“RRRR

故B错误；

C.转动90。时回路中感应电动势大小为

2

Em=BX2LX21M—BXLXLw=3BLa)

故C正确；

D.转动180。过程中线框中电流的有效值为

-m

*3迎B廿3

I=----=------------

R2R

转动时间为

Tt

t=—

0)

所以线框产生的焦耳热为

’97TWB2L4

Q=I2Rt=———

y2R

故D错误。

故选Co

2.如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为2:1,。是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想电

表，%=R,R2的最大值为2R，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值表达式为

M7=220V2sinl00^(V),贝!I()

A.当单刀双掷开关与。连接时，电压表的示数为110V

B.单刀双掷开关与。连接，当滑动变阻器触头P在正中间时，%消耗的功率最大

C.当单刀双掷开关由。扳向b时，当滑动变阻器触头P从正中间向下移动的过程中，咒消耗的功率增

大

D.单刀双掷开关与a连接，在滑动变阻器触头尸向上移动的过程中，电压表和电流表的示数均变小

【答案】C

【详解】A.变压器输入电压的最大值为220鱼V,故有效值为

220夜

Uo=V=220V

根据理想变压器原、副线圈电压关系有

%=乜

n2

根据变压器电路有

=U0-hRi<220V

解得

U2<110V

可知电压表的示数小于110V,A错误；

B.单刀双掷开关与。连接时，设原线圈电压为4,电流为人，副线圈电压为外，电流为/2,R2消耗的功率

为P,则有

P=及口2

又由于

里,上

4—I一A

则有

RU2U1

所以

「福

又由于

U1=%-11%=220V-1小1

解得

,2202220X2

7==

/-1I-,1

4R2+R44R2+R

则有

/220-2\22202

R2=—2-

「'U/?2+R）即

~4^~+M

可知当&=3时，R2消耗的功率为最大，B错误；

C.刀双掷开关由a扳向b,原副线圈匝数相等，则有

£1=1=4

4—1—4

此消耗的功率为

P=I弭=虑R

又由于

R-4一U1

所以

F

又由于

U1=UQ-1出1=220-I±R

则有

220

所以

当滑动变阻器触头从正中间向下移动的过程中，夫2从R减小到。，则尸一直增大，C正确；

D.单刀双掷开关与a连接，滑动变阻器触头向上移，滑动变阻器接入电路的电阻变大，根据上述可知副线

圈的电流/2减小，由原、副线圈匝数比和电流决定关系知，原线圈电流A减小，电流表示数变小。同时治上

的电压减小，则原线圈电压U1增大，故副线圈电压。2增大，则电压表的示数增大，D错误。

故选Co

3.如图为风力发电机的结构简图。风轮机叶片转速为“转动时所有叶片迎风总面积为区,风轮机转动时

通过转速比为1：%的升速齿轮箱带动面积为S、匝数为N的发电机线圈高速转动，产生的交变电流经过理

想变压器升压后，输出电压为U。已知空气密度为°,风速为v,匀强磁场的磁感应强度为8,V为交流电

压表，忽略线圈电阻，则（）

A.线圈位于图示位置时，交流电压表示数为零

B.从图示位置开始计时，线圈中感应电动势的瞬时值表达式为2mVBSMisin(27nit)

C.变压器原、副线圈的匝数比为27rN8Skn:U

D.单位时间内冲击风轮机叶片气流的动能为巳pS°"3

【答案】D

【详解】A.交流电压表的示数应始终为交变电流的有效值，故A错误；

B.由题意可得发电机线圈的转速为成，则发电机输出的交变电流的频率为

f=nk

对该线框发电产生的交变电流应有

0)=2TT/=2Tink

e=NBSa)sin(ji)t=2TINBSnksin(2Tmkt)

故B错误；

C.线圈中产生的感应电动势有效值为

Em厂

E=嗫=迎TtNBSnk

根据变压器原副线圈匝数关系得原副线圈匝数比为

nrE五rcNBSnk

n^~U~U

故C错误；

D.单位时间(取At=1s)内冲击风轮机叶片气流的体积

V=Soh=Sov-At=SQV

气体质量

m=pV=pSov

动能

23

Ek=-mv=-pS0v

故D正确。

故选D。

4.水电是清洁能源，发展水电对我国实现碳达峰和碳中和有着重要的意义。某水电站输出的功率恒为P,

第一次直接通过输电线向用户供电时，用户得到的功率为P1，第二次利用如图所示的理想升压变压器Ti和理

想降压变压器心向用户供电时，用户得到的功率为22,两次输电过程中输电线电阻和用户电压均相同，则也

n4

的值为（）

水

电用

站户

P\P-P2

A.B.C.D.2

【答案】B

【详解】由能量守恒

P-I2R=P»P-I^R=P2

根据

P=UI

两次输电用户电压相同，则第二次输电用户的电流为

p

r=-^21

Pi

降压变压器原、负线圈电流关系为

23

n4/线

联立得

'-Pl

如一Pl

故选Bo

5.图（a）是目前世界上在建规模最大、技术难度最高的水电工程“白鹤滩水电站”，是我国实施“西电东送”

的大国重器，其发电量位居全世界第二，仅次于三峡水电站。白鹤滩水电站远距离输电电路示意图如图（b）

所示，如果升压变压器与降压变压器均为理想变压器，发电机输出电压恒定，R表示输电线电阻，则当用户

时（

增大

功率

)

发

电

机

图(a)

减小

1示数

大，A

数增

A2示

A.

小

示数减

、V2

不变

%示数

B.

小

损失减

的功率

电线上

C.输

乘积

示数的

、A2

于V2

乘积等

示数的

〉A1

D.V

】B

【答案

据

，根

位置

压器

压变

在升

恒定，

出电压

电机输

由于发

】A.

【详解

%

n

2

户

令用

增多，

户数量

并联用

大，即

率增

户功

，用

不变

数/

V1示

变，即

压不

端电

圈两

副线

压器

压变

，升

可知

压

,降