交变电流、变压器、远距离输电的综合理解与应用（解析版）-2025年高考物理一轮复习（新高考）

交变电流、变压器、远距离输电的综合理解与应用

建议用时：60分钟

考点预览

考点考向题型分布

交变电流、变压器、考向1:交变电流的变化规律10单选+10多选

远距离输电的综合

考向2：交变电流"四值"的理解应用

理解与应用

考向3：理想变压器的原理和基本关系的

应用

考向4：理想变压器的动态分析

考向5:远距离输电

考点突破

考点。1；交变电流、变压器、远距离输电的综合理解与应用

（10单选+10多选）

1.（2024・四川成都・三模）如图甲，风力发电装置呈现风车外形，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。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.线圈转动的快慢不会影响回路中电流的大小

B.当线圈转到图示位置时产生的感应电流方向为/BCD

C.当线圈转到图示位置时磁通量的变化率最小

F

D.穿过线圈的最大磁通量为二

(y

【答案】B

【详解】A.根据：E=』BS①

2

又：1=/-

R+尸

“一，6NBS(D

解得：

可知线圈转动的快慢会影响回路中电流的大小。故A错误；

B.当线圈转到题图示位置时，根据右手定则判断知产生的感应电流方向为43CD。故B正确；

C.当线圈转到题图示位置时，线圈与中性面垂直，感应电动势最大，磁通量的变化率最大。故C错误；

D.由：Em=NBSCD=N<bma)

F

得.①=口_

mN(o

故D错误。

故选B„

2.(2024,天津蓟州•模拟预测)如图甲所示，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①随时间［按正弦规律变化的图像如图乙所示，线圈转动周期为T,线圈产生的电动势的最大值为

Em.贝I()

A.在/=！7时，线圈中产生的瞬时电流最大

4

B.在/=!7时，线圈中的磁通量变化率最小

2

C.将线圈转速增大2倍，线圈中感应电动势的有效值增大血倍

2兀

D.线圈中电动势的瞬时值e=&cos

T

【答案】D

【详解】A.在/=!7时，线圈中磁通量最大，磁通量的变化率最小，则产生的瞬时电流为零，故A错误;

4

B.在/=时，线圈中的磁通量最小，则磁通量的变化率最大，故B错误；

E

C.将线圈转速增大2倍，则角速度增大2倍，根据：Em=NBSco,E飞

可知线圈中感应电动势的有效值增大2倍，故C错误；

D.，=0时刻磁通量为零，磁通量的变化率最大，感应电动势最大，则线圈中电动势的瞬时值为

故D正确。

故选D。

3.（2024•江苏•模拟预测）某实验小组模拟远距离输电的原理图如图所示，/、3为理想变压器，R为输电线

的电阻，灯L、L2规格相同。保持变压器/的输入电压不变，开关S断开时，灯L正常发光，则（）

B.仅将滑片P上移，J亮度不变

C.仅闭合S,匕、L2均正常发光

D.仅闭合S,输电线路输送效率减小

【答案】D

【详解】AB.仅将滑片P上移，则升压变压器的副线圈匝数变小，所以输出电压变小，相应的8变压器的

输入电压降低，输出电压也降低，所以L两端电压变小，Li的功率变小，则8变压器的输出功率变小，则

/变压器的输入功率也变小，故AB错误；

CD.仅闭合S,则3变压器的负载电阻变小，输出总电流变大，相应的输电线上的电流变大，输电线上损

失的电压变大，8变压器的输入电压变小，输出电压也变小，即灯泡两端的电压变小，灯泡不能正常发光,

设/变压器的输出电压为S，2变压器的输入电压为4,则输电线路输送效率为：

其中：=/线火线

输电线电流增大，则输电线路输送效率减小，故c错误，D正确。

故选Do

4.（2024•浙江台州•二模）如图甲所示是电机的示意图。如图乙所示，将两个完全相同的电机正对放置，用

直杆连接两个电机的转轴，电机与电源相连，电机M?与毫安表相连。先闭合开关S一再闭合开关之，

发现毫安表指针发生偏转。下列说法正确的是（）

A.电机M1相当于发电机

B.毫安表指针会在中央零刻度的左右晃动

C.闭合开关SZ瞬间，电机M1转动变快，其线圈发热明显

D.将电机M］和M2的磁极N、S都交换，毫安表的指针偏转方向不变

【答案】D

【详解】A.由于M1所在电路中有电源，且当开关学闭合后会转动，说明M|是电动机，电动机是利用通

电导线在磁场中受到力的作用而制成的，故A错误；

B.由于与M?用转轴相连，当转动时会带动M?转动，而当M?转动时，闭合开关学,与串联而构

成闭合的毫安表指针发生偏转，说明M?是发电机，发电机内部有磁场和线圈，在的带动下，内部线

圈将会做切割磁感线的运动，从而产生感应电动势，在其所在回路中产生感应电流，因此毫安表发生偏转,

但在稳定转动的情况下，毫安表指针不会在中央零刻度的左右晃动，毫安表显示的是感应电流的有效值，

若是稳定转动，则其指针将稳定的指在某一刻度，故B错误；

C.闭合开关S?瞬间，电机M1转速将降低，电流增大，其线圈发热明显，故C错误；

D.将中的磁极N、S交换，根据左手定则可知，M1的转动方向将与原来反向，若同时将M?中的磁极

N、S交换，则在带动下转动产生感应电流的方向不发生变化，毫安表的指针偏转方向不变，故D正

确。

故选D。

5.（2024•河南周口•模拟预测）一小型水力发电站给某商场用户供电，并将剩余的电能储存起来。如图，发

电机的输出电压U=279V,输出功率埸出=418.5kW,降压变压器原、副线圈的匝数之比％：4=1。。：1，

输电线总电阻时=20。，其余线路电阻不计，商场的用户端电压q=220V,功率外户=352kW,所有变压

器均为理想变压器。下列说法正确的是（）

A.发电机的输出电流为1200A

B.输电线上损失的电压为160V

C.输送给储能站的功率约为6.14xl（）5w

D.升压变压器原、副线圈的匝数之比〃［：〃2=1：80

【答案】D

【详解】A.发电机的输出电流为：，=£=^WA=1500A

故A错误；

p352000

B.降压变压器次级电流：/"=#=』一A=1600A

了n1600,1/人

初级电流：4=一4人T=77不A=l6A

输电线上损失的电压为：。线=/3%=16*20V=320V

故B错误；

C.输电线上损失的功率为：/=/；&=162X20W=5120W

输送给储能站的功率为：峪=月-4-七户=61380W

故C错误；

p352000

D.升压变压器次级电压：U2=U3+U^=^+I3R&=——V+16x20V=22320V

n}U}2791

升压变压器的匝数比：-=77=^7^=—

n2U22232080

故D正确。

故选Do

6.（2024•河北•模拟预测）在图甲所示的交流电路中，输入端。、6所接电源电压"随时间/的变化关系如图

乙所示。原线圈电路中接有""8V,4W""的小灯泡，副线圈电路中所接灯泡L的额定电压为20V,电阻恒为

15。，定值保护电阻4=30。。滑动变阻器的触头滑到适当位置时，两个灯泡恰好都正常工作。假设变压器

是理想变压器。下列说法正确的是（）

C.变压器原、副线圈的匝数比4：%=8:3D.滑动变阻器接入电路的电阻为11.250

【答案】C

【详解】A.由图乙可知，交流电压的周期为0.04s,一个周期内电流方向改变2次，则通过灯泡L的电流

方向每秒改变50次，故A错误；

B.a、6间电压有效值为：J《=200V

原线圈电路中的小灯泡正常工作，则流过原线圈的电流为：L=A=0・5A

则电源的输出功率为：P=S/=100W

故B错误；

C.设副线圈电路中的灯泡正常工作时的电流为八，则有：/2=¥=：A

故变压器原、副线圈的匝数比为：4：%=4"1=8:3

故C正确；

D.原线圈两端电压为：a=U"-8V=192V

由：n{:n2=Ux-.U2

可得副线圈输出电压为：5=72V

故副线圈的总电阻为：尺总=?=54。

所以滑动变阻器接入电路的电阻为：R=RH=9Q

故D错误。

故选Co

7.矩形线圈绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动。若轴线右侧没有磁场（磁场具有理想边界），如图所示。设

仍cda方向为感应电流的正方向。从图示位置开始一个周期内线圈感应电流随时间变化的图像中，正确的是

0^

XgXX;b

XXX：

XXX；

XdXx：c

【答案】A

【详解】从题图示位置开始，在0〜。时间内，磁通量减小，原磁场方向向里，由楞次定律"增反减同”可知,

感应电流的磁场方向向里，产生的感应电流的方向为仍。而，即与电流规定的正方向相同，且产生的感应电

流的大小随时间按正弦规律变化，有："噌sina

在《〜与时间内，磁通量增大，原磁场方向向里，由楞次定律"增反减同"可知，感应电流的磁场方向向外,

42

因线圈的位置也发生了变化，所以产生的感应电流的方向还是。儿而，即与电流规定的正方向相同，结合题

中选项可知，A正确，BCD错误。

故选A。

8.（2024,湖南•模拟预测）如图，边长为乙的N匝正方形线框连接用电器，在竖直方向的磁场中绕水平轴线

以角速度。旋转，f=0时线框水平，磁感应强度随时间变化的表达式为8⑺=5°sinM,则线圈产生的感应

NB

C。!｝。D.\[lNBl3a>

--2-o

【详解】若从图示位置开始计时，通过线圈的磁通量为：①=8工2cos。/=稣£%1110/850/=；及）£*出2”

根据法拉第电磁感应E=N黑,可得线圈中产生的感应电动势大小为：e=NBM-s2。，

则线圈中产生的感应电动势的有效值为：£=年=以严

V2J2

故选Bo

9.（2024•辽宁•模拟预测）如图甲、乙所示的交流电分别加在两定值电阻处、必两端，已知必=22，若两

图中的横纵坐标均为己知量，图甲为正弦线。则下列说法正确的是（）

A.前半个周期两交流电压的有效值之比为1：2

B.两交流电的交流电压分别为条、学

V22

C.0〜工时间内两定值电阻上产生的热量之比为1：8

2

D.0~7时间内两定值电阻上产生的热量之比为1：10

【答案】D

【详解】A.图甲中前半个周期交流电电压的有效值为：

图乙中前半个周期交流电电压的有效值为：5=2U。

前半个周期两交流电压的有效值之比为：C/,：C/2=1:272

故A错误;

B.图甲中前交流电电压的有效值为：5=%

设图乙中交流电电压的有效值为《，则有：也tx二+"义二二三XT

R2R2R

解得：〃=普巴

故B错误;

C.0〜4时间内，定值电阻以上产生的热量为：Q1华父卜芸

2火］2olv2

定值电阻氏2上产生的热量为：。2--

人220

解得：0:0=1:16

故C错误；

D.0~7时间内，定值电阻必上产生的热量为：Q；=W=W

火］4火2

定值电阻心上产生的热量为：2=字=等

解得：。；：。；=1：10

故D正确。

故选D。

10.(2024・湖南长沙•模拟预测)如图所示，M、N端连接一个稳压交流电源，其有效值为6V,理想变压器

的原线圈上接有定值电阻凡=1。，副线圈上接有最大阻值为10。的滑动变阻器凡原、副线圈匝数之比

区=9，电流表、电压表均为理想电表。初始时，滑动变阻器R的滑片处于正中间位置，电流表、电压表

n23

示数分别为/、U,现将滑片逐步上移至最上端，电流表、电压表变化量的绝对值分别为AZ、AU,下列说

法正确的是()

A.滑片上移过程中电压表、电流表示数均增大

NU

B.-—=

C.滑动变阻器R的滑片处于正中间位置时，电流表示数为IA

D.当滑动变阻器接入电路的阻值为9Q时，变压器输出功率最大且为9W

【答案】D

【详解】A.由于理想变压器原线圈电路上含有电阻，则可把理想变压器和副线圈上的电阻等效为一个电阻,

则电路变为简单的串联电路，如图所示

滑片逐步上移，使R阻值增大，即：尺等效=乎=9-="尺

7n

1Z2_/2\2)

增大’则总电阻增大,根据：I息七

可知总电流减小，即通过&的电流减小，根据：;=及

可知，通过电流表的电流减小。根据：U^U^-U^Um-I.R.

可知-增大。根据：*=区

可知电压表示数增大。故A错误：

B.根据理想变压器的变压、变流规律及闭合电路欧姆定律有

）

U2="UT="（UMN-I\Ro="UMN--I2RQ=--^I2R0

ni々InxJnxnx

故B错误；

C.对副线圈：Ui=I[R

原线圈有：UMN=I风+5

Z]_n2U,_n}

乂：~T~-,~rT~一

12〃1U1n2

9

联立解得：/2=1A

故c错误；

D.分析可知变压器的输出功率为等效电路的功率，则

0短

4H=4效=/；%效=等效=

T&（&-%效）2

&+E等效1+4&

与效

可知，当凡=尺等效时变压器输出功率最大，结合：R等效=*二R

n29

解得：R=9Q

带入结=

（凡一％效）I2,得：R=9W

一+4与

之效

故D正确。

故选Do

11.（2024•天津滨海新•三模）半径为°、内阻为r的单匝圆形导体环，在磁感应强度为8的磁场中绕着虚线

轴匀速转动，角速度为。。在导体环外接一阻值为R的电阻，电阻两端并联一电压表。若才=0时刻导体环

处于如图位置，则下列说法中正确的是（）

A.电路中电压表示数为"斯/g

2

TT

B.一时，圆形导体环中电流方向改变

（D

C.穿过导体环的磁通量瞬时值表达式0=囱皿2sin碗

D.从f=0至限=巴的时间内流过电阻的电量q=丝吧^

COR+r

【答案】BD

【详解】A.感应电动势为：e=BScosincot=B7ra2cosmcot

电动势的有效值为：K=隼=正”丝包

V22

电路中电压表示数为：U=-^—x—BTia2（o

R+r2

故A错误；

7T

B.，=一时，圆形导体环转过180。，故电流方向改变，故B正确；

0）

C.穿过导体环的磁通量瞬时值表达式：（p=Bna2coscot

故C错误；

D.从f=0到”巴的时间内流过电阻的电量：4=万=孚=等1

故D正确。

故选BD.

12.（2024・四川巴中•一模）如图所示，理想变压器原线圈接e=220gsin（100MV的交流电，原、副线圈匝

数比〃1：%=2:5,已知定值电阻r=20。，&=25。，R是滑动变阻器，电压表和电流表均为理想交流电表,

以下说法正确的是（）

B.理想变压器的最大输出功率为&=650W

C.理想变压器的输出功率最大时，电流表的示数为1.25A

D.火=150C时，滑动变阻器消耗的功率最大

【答案】AD

【详解】AB.根据题意，电源电动势有效值：E=220V

如图：

假设原线圈中的电压为1,电流为乙，可认为虚线框中为等效电阻：R=?

又：*=区，?=%,*=R/R

U2n2/2々/2

求得：及"(&+©①

则电路可看成是由r和R组成的电路，若使变压器输出功率最大，则R的功率最大，根据

E

屯=PR，=i；R'=

r+R1

—+R'+2r

R'

根据基本不等式，当：尺'=r=20。

时，R的输出功率最大，此时由①式可得：7?=100Q

2

"2o?n

输出的最大功率：Pm=PR=I；R'=——=-------W=605W

4r4x20

A正确，B错误;

C.理想变压器的输出功率等于负载电阻总功率，则有：&=/；（&）+©

可得：A=2.2A

故C错误；

D.要使滑动变阻器上的功率最大，把r按照上述规则等效到副线圈中，有：，•=4/

求得：/=125Q

如图所示：

把虚线框看成是电源，内阻：/=125O

当：r'+R0=R

时，滑动变阻器输出功率最大，此时：7?=150Q

D正确。

故选AD。

13.（2024・河北保定•三模）如图所示的理想变压器电路中，Ri、4、%为定值电阻，&为滑动变阻器，电

压表和电流表均为理想交流电表，在。、6端接入有效值不变的正弦交流电，则下列说法正确的是（）

A.仅将滑片匕向下移，电压表和电流表示数均变大

B.仅将滑片Pi向下移，电阻&消耗的功率变大

C.仅将滑片P2向下移，电压表和电流表示数均变大

D.仅将滑片P2向下移，电阻心消耗的功率变大

【答案】BC

2

【详解】B.设原线圈中电流为/,贝U：U=IR1+I\^\Rsi

仅将滑片勺向下移，/变大，电阻K消耗的功率变大，故B正确;

A.由于变压器的输出功率

与/变大不能确定尸是否变大，因此不能确定电流表的示数是否变大，故A错误;

C.仅将滑片6向下移，副线圈电路中的电阻减小，因此/变大，电压表和电流表的示数均变大，故C正确;

D.仅将滑片打向下移，变压器输入电压减小，输出电压减小，&消耗的功率变小，故D错误.

故选BCo

14.（2024•黑龙江鹤岗•模拟预测）如图所示，一小水电站，输出的电功率为尸=20kW,输出电压

U°=400V,经理想升压变压器（升压后远距离输送，升压变压器7；的匝数比乙：%=1：5,输电线总电阻为

r=10Q,最后经理想降压变压器「降为220V向用户供电。下列说法正确的是（）

A.输电线上的电流为50A

B.用户得到的电功率为19kW

C.输电线上损失的电压为500V

D.变压器「的匝数比乙：%=95:11

【答案】BD

p20x103

【详解】A.根据题意，由公式尸=〃可得，水电站输出的电流为：/。=区=』一A=50A

升压变压器输出电流为：A=5=IOA

n2

即输电线上的电流为10A,故A错误；

BC.输电线上损失的电压为：AC/=/2r=100V

损失的功率为：AP=Zfr=1000W

则用户得到的电功率为：^=P-AP=19kW

故B正确，C错误；

D,升压变压器输出电压为：t/2=—t/o=2OOOV

降压变压器输入电压为：q=U2-AU=1900V

_%190095

则变压器4的匝数比为：—=^=77

为22011

故D正确。

故选BD。

15.（2024•山东淄博•模拟预测）如图为实验室完成远距离输电的模拟电路，电路中左侧升压变压器原、副

线圈的匝数比为1:5,右侧降压变压器的匝数比为2:1,定值电阻R/=R?=4Q,当升压变压器原线圈所接电

源电压为U/=8V,开关断开时两定值电阻消耗的总电功率为32W,输电线的电阻为r,所有变压器均为理

想变压器。下列说法正确的是（）

A.r-4Q

B.流过升压变压器原线圈的电流为5A

C.闭合开关，输电线上损耗的功率为邢W

D.闭合开关，输电效率为63%

【答案】BC

【详解】A.根据电压比等于匝数比可知升压变压器次级电压：U?=40V

降压变压器次级电压：。4=,尸因+4）=16丫

则降压变压器初级电压：q=2a=32V

降压变压器次级电流：4=6%=2A

则初级电流：/3=|/4=IA

U.-U,40-32^℃

则输电线的电阻为：厂=-4=_^0=80

选项A错误；

B.流过升压变压器原线圈的电流为：/|=5,3=5A

选项B正确；

C.闭合开关，升压变压器次级电压。2=40V；降压变压器初级电压："=6-//=40-8/；

则次级电压：t/；=1（40-8/；）=20-4/；

次级电流：14=21；

其中：牛=&

联立解得：4=1A

输电线上损耗的功率为：w

选项c正确；

5八200

I'U「P玲7x40一_,

D.闭合开关，输电效率为：〃=32线

=J—9_X100%=667%

，3。22x40

3

选项D错误。

故选BCo

16.（2024・贵州毕节•模拟预测）在远距离输电中，各物理量符号及输电原理如图所示，已知输电线电阻不

变，输电过程中所有变压器均为理想变压器。升压变压器输入正弦交流电有效值G保持不变，发电站发电

机始终未超过最大功率，随着用户增多，下列说法正确的是（）

n

nl2%%3

发

，

，

用

用

电

户

户

站⑤ux[

，

3，

A.■不变，人变大B.A变大，q变大

c.a的变化量和A的变化量的比值等不变D.■不变，发电机输出的功率不变

【答案】AC

【详解】A.根据理想变压器原理：以斗

可知人不变，设副线圈负载电阻为凡当用户增多,降压变压器副线圈电阻变小，回路等效电阻变小，各

部分电流均增大，即，、，2、人均增大，故A正确;

B.根据：U3=U2-I2r

可知6变小，故B错误；

C.根据：U3=U2-I2r

可得:口

故C正确;

D.根据月=U/a不变，，增大，故D错误。

故选AC。

17.（2024・天津武清•模拟预测）如图所示是远距离输电线路图，升压变压器原、副线圈的匝数分别为人、

%，电压分别为T、U2,降压变压器原、副线圈的匝数分别为々、〃4，电压分别为4、。4,两变压器均

视为理想变压器，输电线总电阻为凡假设发电厂输出电压L不变，则下列说法正确的是（

A.若输送功率保持不变，升压变压器副线圈的匝数内增大时，输电线上损失的功率减小，用户获得的

电压S不变

B.若%：=“4：〃3,用户获得的电压小于发电厂的输出电压

C.用户使用的用电器数量增多时，发电厂的输出功率增大，用户获得的电压。4减小

D.用户使用的用电器数量增多时，可以增大〃3以保证用户得到的电压不变

【答案】BC

【详解】A.升压变压器原线圈电流为：4=5

根据变压器原理：

可知若输送功率保持不变，升压变压器副线圈的匝数〃2增大时，输电线上的电流人减小，根据

P损=呢R

可知输电线上损失的功率减小，降压变压器原线圈电压为：U3=U2-I2R

可知降压变压器原线圈电压■增大，根据变压器原理：售=生

U

4«4

可知用户获得的电压。4增大，故A错误；

B.输电线R上有损耗的电压，故：U2>U3

若:%="4：%,用户获得的电压小于发电厂的输出电压，故B正确；

C.用户使用的用电器数量增多时，发电厂的输出功率增大，升压变压器原线圈电流《增大，根据变压器原

理可知，输电线上的电流人增大，输电线上损失的电压增大，降压变压器原线圈电压。3减小，根据变压比

可知，用户获得的电压a减小，故c正确；

D.根据变压器原理：-i=—

5羯

用户使用的用电器数量增多时，降压变压器原线圈电压以减小，可以减小均以保证用户得到的电压不变，

故D错误。

故选BCo

18.（2024・辽宁锦州•模拟预测）图甲所示的装置是斯特林发电机，其工作原理图可以简化为图乙。已知矩

形导线框的匝数为N,面积为S,处在磁感应强度大小为3的匀强磁场中，矩形导线框以角速度。绕垂直磁

场方向的轴匀速转动，线框与理想变压器原线圈相连。理想变压器原、副线圈的匝数比为1：4,图示时

刻线框平面与磁感线垂直并以此时刻为计时起点，片为定值电阻，R为滑动变阻器，交流电压表Y、V?均

视为理想电表，不计线框的电阻。下列说法正确的是（）

A.线框从图示位置开始转过180。时，电压表Y的示数为0

B.滑动变阻器的滑片向c端滑动的过程中，A的发热功率一直减小

C.滑动变阻器的滑片向d端滑动的过程中，电压表V2的示数始终为2/

D.线框从图示位置开始转过180。的过程中，产生的平均电动势为理2

兀

【答案】BC

【详解】AC.矩形线框在转动过程中产生的感应电动势的最大值：ExNBSco

则原线圈的电压即电压表V1的示数：U\=a

U,n,

根据原、副线圈电压比与匝数比的关系有，则副线圈的电压即电压表V2的示数：7^=-

解得.=—t/j=2y[2NBSa)

一«i

A错误，C正确;

B.根据以上分析知，只要J不变则心不变。在滑动变阻器的滑片向c端滑动的过程中，接入电路中的电

阻增大，副线圈回路的电流A减小，K的发热功率减小，B正确;

D.线框从题中图示位置开始转过180。的过程中，磁通量的变化量：A①=85-（-85）=285

而产生的平均电动势:

万斯△①"BS

E=N——=

△tT_

~2

T27r

1二—

-2NBS①

E=-------------

7C

D错误。

故选BCo

19.（2024•天津蓟州•三模）如图所示，在匀强磁场中匀速转动的单匝矩形线圈的周期为T,