2025年高考物理复习：交变电流及远距离输电的运用（讲义篇）（原卷版）

专题10交变电流及远距离输电的运用

兴-----------)

内容概览

01专题网络•思维脑图

02考情分析•解密高考

03高频考点•以考定法

04核心素养•难点突破

05创新好题•轻松练习

席W题网络•慝维脑图

匝数比不变情况负载电阻不变情况

理想变压器处理思路

的动态分析点41运距离输电基本关系

■及远距离.

产生

xjiz交变电流表达式

四值

有

瞬

最

平

效

时

大

均

值

值

值

值

⑥*情分析•m密高考

考点内容考情预测

高考对于这部分知识点主要通过发电机、远

正弦交变电流的产生与瞬时值表达式

距离输电等具体的生活模型进行命题设计，深入

理解发电机的工作原理以及远距离输电减少功

正弦交变电流的“四值”

耗的处理方法，从而对科学技术发展产生的指

导、创新等作用。在解决此类问题时要分析题意

理想变压器基本规律的应用中的情境，抓住问题实质，具备一定的数学推导

能力和物理量的理解。主要考查的知识点有：正

理想变压器的动态分析弦式交变电流的瞬时表达式、有效值、平均值、

最大值的理解，理想变压器的基本规律和动态分

析，远距离输电问题等。

远距离输电问题2024年备考建议理想变压器的基本规律和

动态分析，远距离问题的处理等。

学

1.熟悉交变电流的瞬时值表达式，有效值、平均值等的求解。

习

2.熟悉理想变压器的基本规律，从而掌握对理想变压器的动态分析。

目

3.掌握远距离输电问题的基本公式和处理方法。

标

■IB03

曼离演考点­隙考定法

【典例1】（2022•海南・高考真题）一个有N匝的矩形线框，面积为S,以角速度3从如图所示的位置开始,

在匀强磁场2中匀速转动，则产生的感应电动势随时间变化的图像是（）

【典例2】（2023•广东・统考高考真题）用一台理想变压器对电动汽车充电，该变压器原、副线圈的匝数比

为1:2,输出功率为8.8kW,原线圈的输入电压a=220V^sin（100兀t）V。关于副线圈输出电流的有效值和频

率正确的是（）

A.20A,50HzB.20V2A,50HzC.20A,100HzD.20m,100Hz

【典例3】（2023•北京・统考高考真题）自制一个原、副线圈匝数分别为600匝和190匝的变压器，原线圈

接12V的正弦交流电源，副线圈接额定电压为3.8V的小灯泡。实际测得小灯泡两端电压为2.5V。下列措

施有可能使小灯泡正常发光的是（）

A.仅增加原线圈匝数B.仅增加副线圈匝数

C.将原、副线圈匝数都增为原来的两倍D.将两个3.8V小灯泡并联起来接入副线圈

产技巧解密。

考向01正弦交变电流的产生与瞬时值表达式

1.正弦式交变电流的变化规律及对应图象（线圈在中性面位置开始计时）

函数图象

0

磁通量0=0mCOS(Dt=BSCOSCDt0..V;■

血

e

&

电动势

e=Em'sincot=nBScosincot0

u

U„

.,REm.,A

电压u=UTTmsmcot=------smcot

R-\~r0

-ua

i

/m

电流z=7m,sincot=~~sincot

R+r0

2.两个特殊位置的特点

（1）线圈平面与中性面重合时，S±B,0最大，—=0,e=0,力=0,电流方向发生改变.

△t

（2）线圈平面与中性面垂直时，S//B,⑦=0,染最大，e最大，，.最大，电流方向不改变.

考向02正弦交变电流的“四值”

物理含义重要关系适用情况

e=Emsincot

瞬时值交变电流某一时刻的值计算线圈某时刻的受力

z~7msincot

EmnBSco

确定用电器的耐压值，如电

最大值最大的瞬时值Em

T容器、晶体管等的击穿电压

R+r

对正（余）弦式交

流电：①计算与电流热效应相关

口—Em的量，如功、功率、热量等；

跟交变电流的热效应等效②交流电表的测量值；③电

有效值

的恒定电流值。=岸气设备所标注的额定电压、

也额定电流；④保险丝的熔断

电流

FA0

c—n----

交变电流图象中图线与时△t计算通过电路某一截面的

平均值间轴围成面积与时间的比

值电荷量：q=/7

R+r

敲黑板『

交变电流“四值”应用的几点提醒

(1)在解答有关交变电流的问题时，要注意电路结构.

(2)注意区分交变电流的最大值、瞬时值、有效值和平均值，最大值是瞬时值中的最大值，有效值是以

电流的热效应来等效定义的.

(3)与电磁感应问题一样，求解与电能、电热相关的问题时，一定要用有效值；而求解通过导体某横截

面的电荷量时，一定要用平均值.

△划曼点(❶)

根据图像计算有效值的技巧

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”，先分

段计算热量，求和得出一个周期内产生的总热量，然后根据0总二个尺？或。总=*7列式求解.

R

②若图像部分是正弦(或余弦)式交变电流，其中的;周期(必须是从零至最大值或从最大值至零)和3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/=午、。=半求解.

考向03理想变压器基本规律的应用

1.理想变压器的基本特点

⑴无漏磁，故原、副线圈中的者相同.

AZ

(2)线圈无电阻，因此无电压降，U=E=n~.

(3)根据R=”得，套在同一铁芯上的线圈，无论是原线圈，还是副线圈，该比例都成立，则有5=2=

nAtn\m

—U3—...

2.理想变压器的基本关系

功率关系原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，即P入=「出

原、副线圈的电压比等于匝数比，即-与副线圈的个

电压关系Ulm

数无关

①只有一个副线圈时：区=返

hm

电流关系

②有多个副线圈时：由。入=尸出得。小=3/2+03/3+…+

UnIn或I\m=l2n2+hn3~\---\~Innn.

频率关系力=力，变压器不改变交流电的频率

△划重点(❶)

>zw>zww\zw>zww

1.理想变压器的制约关系

原线圈电压U1和匝数比决定副线圈电压S,反=强。1

«1

副线圈的输出功率产出决定原线圈的输入功率尸入，p『P出

副线圈电流/2和匝数比决定原线圈电流/1,/1=强/2

2.含有多个副线圈的变压器

计算具有两个或两个以上副线圈的变压器问题时，需注意三个关系:

电压关系：5=ss

n\n?nsnn

功率关系：尸1=尸2+尸3+尸4+...+「”

电流关系：="2/2+〃3/3+"/4+…

理想变压器问题三点应牢记

(1)熟记两个基本公式：①5=以，即对同一变压器的任意两个线圈，都有电压和匝数成正比.

②尸入=P出，即无论有几个副线圈在工作，变压器的输入功率总等于输出功率之和.

(2)原、副线圈中通过每匝线圈磁通量的变化率相等.

(3)原、副线圈中电流变化规律一样，电流的周期、频率一样.

•___含

考向01正弦交变电流的产生与瞬时值表达式

【针对练习1】(2023•河北・校联考模拟预测)如图所示，M4为一个单匝闭合矩形金属线框，已知仍的长

度Li=10cm,be的长度人=20cm,线框电阻R=0.111,图中虚线0。2为匀强磁场的右边界(磁场左边界

足够远)，0。2与线框的防边平行，且将6c边等分，磁场的磁感应强度大小B=0,1T、方向垂直线框平面

向里。力=0时线框由图示位置开始绕ab边以角速度3=1007rrad/s匀速转动,下列关于线框中感应电流随

时间变化的图像可能正确的是(图像中只画了一个周期，图线均为正弦曲线，实线表示实际电流，虚线表

示没有电流）（）

XXX:xX

b_I-----

XXXxx

XXXXX

a-----

【针对练习2】如图边界的右侧区域内，存在着磁感应强度大小为瓦方向垂直于纸面的匀强磁场。边

长为/的正方形金属线框abed由粗细均匀同种材料制成，必刚好位于边界尸。上，现使线框绕过边界尸。转

轴匀速转动，角速度为3,如图所示，则在泅边开始转入磁场的瞬间〃两端的电势差（）

A.-Bl?co

4

B.-Bl2a)

4

C♦一押2”

D

-一汨2。

考向02正弦交变电流的“四值”

【针对练习3】（2024•海南•校联考一模）闭合回路中的交变电流在1个周期内的i-t图像如图所示，其中图

线的帅段和6c段均为正弦曲线的四分之一，则该交变电流的有效值为（）

【针对练习4】（多选）（2023•海南海口・海南华侨中学校考一模）目前我国的海上核电站已经开始建设，海

上核电站的工作的工作原理是反应堆产生蒸汽推动涡轮机转动，带动发电机发电。如果闭合线圈在匀强磁

场中匀速转动，线圈中感应电动势随时间变化的规律如图所示，可知该交变电流（）

2200

0

-220亚

A.周期是0.01s

B.电压的最大值是220位丫

C.电压的有效值是220/V

D.电流的方向每秒钟改变100次

考向03理想变压器基本规律的应用

【针对练习5】（2024•河北邯郸•统考二模）如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数比%:电=2:1,原线

圈电路中接入正弦交流电压"=220V^sin（100m：）V,电流表为理想交流电表。已知a=10Q,R2R3,开

关S闭合前、后电流表示数之比为2：3。下列说法正确的是（）

A.定值电阻七=5。

B.开关S闭合时，副线圈两端的电压为110V

C.开关S断开时，电流表的示数为11A

D.开关S闭合时，电路中消耗的总功率为2420W

【针对练习6】（多选）（2023•陕西咸阳•校考模拟预测）如图所示，交流电源输出电压最大值为100金V的

正弦交流电，通过变压器的副线圈盯向5只标有“12V1.2A”的并联灯泡供电，变压器原线圈小所串接灯泡工

的额定电压为40V,原线圈刃的匝数为900匝。若电路接通后，灯泡都恰好正常发光，则下列说法正确的

是（）

A.交流电源电压的有效值为200V

B.变压器副线圈的的匝数为180

C.原线圈电路中灯泡e的额定电流为36A

D.交流电源的输出功率为120W

A__04

后核心素养*难点突破

考向04理想变压器的动态分析

常见的理想变压器的动态分析一般分匝数比不变和负载电阻不变两种情况.

1.匝数比不变的情况（如图甲所示）

（1）5不变，根据幼=血，输入电压5决定输出电压。2,不论负载电阻R如何变化，。2不变.

U212

（2）当负载电阻发生变化时，/2变化，输出电流/2决定输入电流/1,故71发生变化.

（3）/2变化引起尸2变化，Pl=P2,故尸1发生变化.

以不变，负载尺变化强改变，负载区不变

mm

图甲图乙

2.负载电阻不变的情况(如图乙所示)

(1)5不变，以发生变化，故。2变化.

〃2

(2)R不变，6变化，故A发生变化.

(3)根据22=乎，P2发生变化，再根据马=2,故B变化，P\=Uxh,不变，故/1发生变化.

△划重怠(❶)

解决理想变压器中有关物理量的动态分析问题的方法

(1)分清不变量和变量，弄清理想变压器中电压、电流、功率之间的联系和相互制约关系，利用闭合电

路欧姆定律，串、并联电路特点进行分析判定.

(2)分析该类问题的一般思维流程是:

5上j

2~niP1=I!U1

3-----------——jJ------

【典例4】(多选)(2022・天津・高考真题)如图所示，两理想变压器间接有电阻心电表均为理想交流电表,

。、6接入电压有效值不变的正弦交流电源。闭合开关S后()

C.电流表Ai的示数变大D.电流表A2的示数变小

亍有内顼蜗P

【针对练习71（2023•河北沧州•校考模拟预测）如图所示为某同学模拟降压变压器工作中电路的动态变化

电路图，已知变压器为理想变压器，电表均为理想电表，处为输电导线电阻，七为滑动变阻器，电路接在

恒压正弦交流电源两端。当滑动变阻器的触头P向上移动时，下列说法正确的是（）

A.电压表Vi示数不变B.电压表V2示数增大

C.电流表Ai示数增大D.电流表A2示数减小

【针对练习8】（多选）（2024•安徽•校联考模拟预测）如图所示，理想变压器原线圈a、b端接入电压恒定的

正弦交流电，％为定值电阻，R2=R,滑动变阻器色的最大阻值为2R，电流表和电压表均为理想电表.在变

阻器滑片从左端向右端缓慢移动的过程中，下列说法正确的是（）

A.电流表Ai示数减小B.电流表A2示数增大

C.电压表表Vi示数增大D.电压表V2示数减小

考向05远距离输电问题

1.远距离输电的处理思路

对高压输电问题，应按''发电机一升压变压器一远距离输电线一降压变压器一用电器”，或按从“用

电器”倒推到“发电机”的顺序一步一步进行分析.

2.远距离高压输电的几个基本关系（以下图为例）

(1)功率关系：Pl=P2,23=尸4,P1=PS+P3.

⑵电压、电流关系：/比寸『"mm.

=/2=/3=3-03

(3)输电电流:

。2。3R线

(4)输电线上损耗的电功率：尸损=/线八。=蜃尺线=线.

当输送功率一定时，输电电压增大到原来的〃倍，输电线上损耗的功率就减小到原来的士

△划重怠(❶)

输电过程电压和功率的辨析

(1)输电线上电压损失和输送电压不能混用，如月制=公〃=四^=堡=/。线。。或。线指输电线电阻上

RR

的电压降)，尸#=指输送总电压).

(2)输电过程的电压关系：

u出=〃损+U用

J降压变压器原线圈电压

一升压变压器副线圈电压

(3)输电过程功率的关系：

Ua

P—P盘+PMt

|rP#=/2B»

一lD.

lp«=RT

【典例5】(多选)(2022•福建•高考真题)某同学利用如图所示电路模拟远距离输电.图中交流电源电压为

6V,定值电阻&=/?2=20。，小灯泡Li、L2的规格均为“6V1.8W”，理想变压器7\、0原副线圈的匝数比

分别为1：3和3：1.分别接通电路I和电路II,两电路都稳定工作时，()

C.Ri上消耗的功率比%的大D.%上消耗的功率比R2的小

wwww>zv>zw\z>z>z

【针对练习9】（2024・广西南宁•南宁三中校联考模拟预测）如图为某小型发电站高压输电示意图，变压器

均为理想变压器。在输电线路的起始端接入甲、乙两个互感器，两互感器原、副线圈的匝数比分别为100：

1和1：10.互感器中，电压表的示数为220V,电流表的示数为4A,输电线路总电阻r=20Q,则下列说法正

确的是（）

A.甲是电流互感器，乙是电压互感器

B.输电线路上损耗的功率为32kW

C.用户得到的电功率为858kW

D.若用户用电设备增多，则升压变压器输出电压S和降压变压器输入电压S均变大

【针对练习10]（2023•江苏扬州•统考三模）远距离输电的原理图如图所示，发电机的输出功率为P,输电

线上损失的功率为尸线，变压器均为理想变压器，下列关系式正确的是（

升压变压器降压变压器

A.色=也B-I线比

%Hi

C.P线=吆

D.P=尸线+[/4/4

线R线

为淄新好题•轻松嫉习

一、单选题

1.手机无线充电原理图如图所示，该装置可等效为一个理想变压器，送电线圈为原线圈，受电线圈为副线

圈。间接上220V的正弦交变电流后，受电线圈中产生交变电流。送电线圈的匝数为切，受电线圈的匝

数为"2,且犯："2=10：1。两个线圈中所接电阻的阻值均为凡当该装置给手机充电时，手机两端的电压为

1.8V,流过手机的电流为1A,则下列说法中正确的是（）

A.受电线圈cd两端的输出电压为22V

B.充电时，两线圈上所接电阻的阻值R=200Q

C.充电时，与送电线圈相连的电阻R两端的电压为20V

D.充电时，受电线圈cd两端的输出电压为21.8V

2.如图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，A为交流电流表。

线圈绕垂直于磁场的水平轴。。'沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，下列选项正确的是（）

A.图示位置时，线圈处于中性面，穿过线圈平面的磁通量最大，电流表示数最大

B.图示位置时，线圈处于平行面，穿过线圈平面的磁通量最小，电流表示数最大

C.从图示位置旋转90。，线圈处于中性面，穿过线圈平面的磁通量最大，磁通量的变化率最大，电流表

示数最大

D.从图示位置开始往逆时针方向旋转产生正弦式交变电流

3.如图甲所示，边长为L=0.1m匝数为N=100匝，电阻可以忽略的正方形线圈在匀强磁场中绕转轴。。'

以某一角速度匀速转动，。。轴垂直于磁感线，图示位置线圈平面与磁场平行，在线圈外接一含有理想变压

器的电路，变压器原、副线圈的匝数比为1:2,副线圈接有阻值100。的电阻凡原线圈中电流如图乙所示,

电流表为理想电表，下列判断正确的是（）

A.图示位置，穿过线圈磁通量为零，感应电动势瞬时值也为零

B.电流表示数为鱼A

C.线圈转动的角速度为50zrrad/s

D.匀强磁场磁感应强度为

47r

4.如图甲所示。用一台发电机给滑动变阻器R供电，发电机产生的交变电流的电动势如图乙所示，发电机

线圈的总电阻电压表为现想交流电压表，调节滑动变阻器R=9。时，下列说法正确的是（）

A.该发电机线圈转动的角速度为200兀rad/s

B.线圈转至图甲位置时，线圈中感应电流最大

C.理想电压表示数为20V,电阻R的功率为40W

D.如把击穿电压为20V的电容器与滑动变阻器并联，电容器将被击穿

5.2023年9月22至24日，华南日用百货商品交易会在广州隆重举办。参展产品中南北美洲的绝大多数国

家家用电器的额定电压是110V,这类用电器不能直接接到我国220V的电路上。如图甲为一台南北美洲的

小发电机的结构示意图，内阻为0.7。的线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律

如图乙所示。外接电表均为理想交流电表，用电器的电阻恒定为10.30,贝（］

A.发电机产生电动势的最大值为110位V,线圈的转速n=50r/min

B.电流表的示数为10A,电压表的示数为110V

C.发电机的输出功率为1030W

D.在0.02s时，穿过线圈的磁通量变化率最大

6.如图所示为远距离输电示意图，两变压器均为理想变压器，输电线的电阻不变，升压变压器的原、副线

圈匝数分别为%、n2,降压变压器的原、副线圈匝数分别为胆、n4o在保持发电机输出电压力及用户得到

的电压心均不变的条件下，若将输送电压出由300kV升级为2100kV高压，输送的总电功率变为原来的3.5

倍，不考虑其他因素的影响，则（）

用

户

电源回路输送回路用户回路

A.升压变压器原、副线圈匝数比值也变为原来的7倍

九2

B.输电线上电流与变为原来的2倍

C,输电线损失的功率变为原来的4倍

D.降压变压器原、副线圈匝数比值也变大

714

7.如图所示为某小型输电站高压输电示意图，变压器均为理想变压器，发电机输出功率恒为22kW。升压

变压器原、副线圈的匝数比为1:10,在输电线路上接入一个电流互感器，其原、副线圈的匝数比为1:10,

电流表的示数为1A,输电线的总电阻R线=100。下列说法正确的是（）

B.电流互感器是一种降压变压器

C.将滑动触头P下移，用户获得的电压将增大

D.用户获得的功率为2lkW

8.杭丽铁路被列入浙江省重大建设项目“十四五”规划，杭丽高铁建成后，丽水前往杭州的时间将缩短至1

小时内。新建成的高铁将应用许多新技术，图示为高铁的牵引供电流程图，利用可视为理想变压器（原、

副线圈匝数比为划：”2）的牵引变电所，将高压220kV或llOkV降至27.5kV,再通过接触网上的电线与车

顶上的受电弓使机车获得25kV工作电压，则下列说法正确的是（）

电网

牵引厂2泊千优一…

三丁一|馈线

牵变电所

引回流线

供

牵

电

引次接触网百

系

网

统

A.若电网的电压为llOkV,则%:/12=22:5

B.若高铁机车运行功率增大，机车工作电压将会高于25kV

C.高铁机车运行功率增大，牵引变电所至机车间的热损耗功率也会随之增大

D.如果高铁机车的电动机输出机械功率为9000kW,电机效率为90%,则牵引变电所到机车间的等效

电阻为62.5Q

9.如图所示，面积为S、匝数为N的矩形线框在磁感应强度为2的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO'

匀速转动，通过滑环向理想变压器供电，灯泡Li、L2、L3均正常发光.已知Li、L2、L3的额定功率均为尸,

额定电流均为/,线框及导线电阻不计，则（）

o

A.理想变压器原、副线圈的匝数比为1：2

B.在图示位置时，穿过线框的磁通量变化率最小

C.若在副线圈再并联一个相同的小灯泡，则灯泡L3将变暗

D.线框转动的角速度为3=鬻

NBbl

10.某理想变压器原、副线圈匝数分别为%、n2,原线圈与定值电阻品串联后接入输出电压大小恒定的正

弦交流电源，副线圈电路中接有理想交流电流表和滑动变阻器R