重难点14 交变电流（变压器）（原卷版）-2025年高考物理【热重难点】专练（天津专用）

重难点14交变电流（变压器）考点2025考向预测考点1：交变电流的产生及变化规律高考考查内容主要有:(1)交变电流的产生及变化规律；(2)交变电流的四值及应用；(3)理想变压器的工作原理与规律；(4)理想变压器的动态电路分析；远距离输电的模式以及电压和功率的损耗；(6)传感器的简单应用.题型主要为选择题.物理核心素养上面主要考查学生的“模型建构和科学推理”要素.能力主要考查理解与推理能力.整体难度中偏易。考点2：交变电流的四值及应用考点3：理想变压器的动态电路分析考点4：远距离输电考点考点5：传感器的简单应用【情境解读】【高分技巧】1．理想变压器的理想化条件及规律如图所示，在理想变压器的原线圈两端加交流电压U1后，由于电磁感应的原因，原、副线圈中都将产生感应电动势。根据法拉第电磁感应定律，有忽略原、副线圈内阻，有。另外，考虑到铁心的导磁作用而且忽略漏磁，即认为任意时刻穿过原、副线圈的磁感线条数都相同，于是又有。由此便可得理想变压器的电压变化规律为。在此基础上再忽略变压器自身的能量损失（一般包括了线圈内能量损失和铁心内能量损失这两部分，分别俗称为“铜损”和“铁损”），有，而，。于是又得理想变压器的电流变化规律为。2．等效负载电阻法变压器等效负载电阻公式的推导：设理想变压器原副线圈的匝数之比为n1：n2，原线圈输入电压为U1，副线圈负载电阻为R，如图1（1）所示，在变压器正常工作时，求a、b间的等效电阻。先画出等效电路图如图1（2）所示，设变压器等效负载电阻为在（1）中由变压器的分压规律：得：，所以负载电阻R消耗的功率为：在（2）中等效电阻消耗的功率为：因，所以等效电阻为：（重要结论）Ⅱ：变压器副线圈接有二极管时，由于二极管的单向导电性，使得cd端一个周期的时间内只有半个周期有电流，依据这一特点可画出cd间I－t关系图象展开分析．3．远距离输电模型1.五个关系式(1)eq\f(U1,n1)＝eq\f(U2,n2)，eq\f(U3,n3)＝eq\f(U4,n4).(2)理想变压器的输入功率等于输出功率，P入＝P出．(3)升压变压器原线圈的电流I1＝eq\f(P1,U1)，副线圈的电流I2＝eq\f(P2,U2)，U2为输送电压．(4)功率损失：ΔP＝Ieq\o\al(2,2)R线＝eq\f(U2－U32,R线)，P2＝P3＋ΔP.(5)电压关系：U2＝I2R线＋U3.2.解远距离输电问题的思路(1)正确画出输电过程示意图并在图上标出各物理量．(2)抓住变压器变压前后各量间关系，求出输电线上的电流．(3)计算电路功率问题时常用关系式：P损＝Ieq\o\al(2,线)R线，注意输电线上的功率损失和电压损失．(4)电网送电遵循“用多少送多少”的原则说明原线圈电流由副线圈电流决定.3.输电线路功率损失的计算方法(1)P损＝P－P′，P为输送的功率，P′为用户所得功率．(2)P损＝Ieq\o\al(2,线)R线＝(eq\f(P2,U2))2R线．，I线为输电线路上的电流，R线为线路电阻．当输送功率一定时，输电电压增大到原来的n倍，输电线上损耗的功率就减小到原来的eq\f(1,n2).(3)P损＝eq\f(ΔU2,R线)，ΔU为输电线路上损失的电压，R线为线路电阻．(4)P损＝ΔUI线，ΔU为输电线路上损失的电压，I线为输电线路上的电流．4.关于远距离输电问题的处理思路(1)画出输电线路图，将已知量和未知量标在图中相应位置；(2)将输电线路划分为几个独立回路；(3)根据串并联电路特点、欧姆定律、电功率公式等确定各部分回路物理量之间的关系；(4)根据升压、降压，原、副线圈的电压、电流关系和功率关系列式求解。5.远距离输电问题的分析思路及常见的“三个误区”（1）分析思路：对高压输电问题，应按“发电机→升压变压器→远距离输电线→降压变压器→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）三个误区：(1)不能正确地利用公式计算输电线上的损耗功率导致错误；(2)不能正确理解升压变压器的输出电压U2、降压变压器的输入电压U3和输电线上损失的电压ΔU的关系导致错误，三者关系是U2＝ΔU＋U3；(3)不能正确理解升压变压器的输入功率P1、降压变压器的输出功率P4和输电线上损失的功率P损的关系导致错误，三者关系是P1＝P损＋P4.（建议用时：60分钟）【考向一：交变电流的产生及变化规律】1．（2024·天津宁河·一模）如图所示，一个小型交流发电机输出端连接在理想变压器的原线圈上，原线圈两端连接有理想电压表，副线圈连接有可变电阻R和理想电流表A，理想变压器原、副线圈匝数比，已知交流发电机内匀强磁场的磁感应强度，发电机线圈匝数，面积是，内阻不计。发电机转动的角速度是，下列说法正确的是（）

A．当线圈转到图示位置时电流表示数为0B．当线圈从图示位置转过90°时磁通量的变化率为0C．当线圈转到图示位置时电压表的示数是D．当时，电流表的示数是2A2．（2024·天津滨海新·模拟预测）一单匝闭合矩形线圈abcd以角速度ω绕垂直于磁感线的固定轴匀速转动，线圈平面位于如图甲所示的匀强磁场中，线圈电阻为R。通过线圈的磁通量随时间t的变化规律如图乙所示。下列说法正确的是（）A．t2、t4时刻线圈中感应电流方向改变，线圈平面与磁场方向平行B．t2、t4时刻通过线圈平面的磁通量变化率最大，线圈中感应电动势最大C．从t1到t3的过程，通过线圈某一截面的电荷量为D．线框转动一周产生的焦耳热为3．（2024·天津·二模）有“海上充电宝”之称的南鲲号是一个利用海浪发电的大型海上电站，其发电原理是海浪带动浪板上下摆动，从而驱动发电机转子转动，其中浪板和转子的链接装置使转子只能单方向转动。图图示时刻线圈平面与磁场方向平行，若转子带动线圈逆时针转动并向外输出电流，则下列说法正确的是（）

A．线圈转动到如图所示位置时a端电势低于b端电势B．线圈转动到如图所示位置时电流方向发生变化C．线圈转动到如图所示位置时感应电流最大D．线圈产生的电动势大小与海浪波动的频率无关4．（2024·天津河西·二模）一个单匝矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴做匀速转动。通过线圈的磁通量随时间t的变化规律如图所示，则以下说法正确的是（）A．零时刻线圈位于中性面B．时刻电流方向发生改变C．感应电动势的有效值为D．时刻到时刻，感应电动势的平均值为零5．（2024·天津·一模）如图甲所示，矩形线圈放在有明确边界的匀强磁场中，线圈的中心轴与磁场边界重合，从上向下俯视，看到线圈绕轴逆时针匀速转动。从图示位置开始计时，以abcda方向为电流正方向，则线圈转动时产生的感应电流随时间变化的图线是图乙中的（）A． B．C． D．6．（2024·福建漳州·三模）风力发电将成为福建沿海实现“双碳”目标的重要途径之一。如图甲，风力发电装置呈现风车外形，风吹向叶片驱动风轮机转动，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ω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（

）A．当线圈转到图示位置时产生的感应电流方向为B．当线圈转到竖直位置时电流表的示数为零C．当线圈转到图示位置时磁通量的变化率最大D．穿过线圈的最大磁通量为【考向二：交变电流的四值及应用】7．（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，转轴垂直于磁场方向，线圈电阻为2Ω。从线圈平而与磁场方向平行时开始计时，线圈转过时的感应电流为1A，则下列说法正确的是（）A．线圈消耗的电功率为2WB．线圈中感应电流的最大值为2AC．任意时刻线圈中的感应电动势为D．任意时刻穿过线圈的磁通量为8．（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，穿过线圈的磁通量随时间t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．则（

）A．在时，线圈中产生的瞬时电流最大B．在时，线圈中的磁通量变化率最小C．将线圈转速增大2倍，线圈中感应电动势的有效值增大倍D．线圈中电动势的瞬时值9．（2024·天津北辰·三模）如图所示，有一矩形线圈的面积为S，匝数为N，电阻不计，绕轴在水平方向的磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度匀速转动，从图示线圈平面与磁感线平行的位置开始计时。矩形线圈通过铜滑环接理想变压器原线圈，副线圈接有固定电阻和滑动变阻器R，所有电表均为理想交流电表，下列判断正确的是（）A．滑动变阻器的滑片向下滑动过程中，电压表示数不变，的示数变小B．滑动变阻器的滑片向下滑动过程中，电流表示数变大，示数变小C．矩形线圈产生的感应电动势的瞬时值表达式为D．线圈处于图示位置时，电压表和电流表的示数均达到最大值10．（2024·天津滨海新·三模）半径为a、内阻为r的单匝圆形导体环，在磁感应强度为B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B．时，圆形导体环中电流方向改变C．穿过导体环的磁通量瞬时值表达式D．从到的时间内流过电阻的电量11．（2024·天津·模拟预测）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，A为理想交流电流表，电阻。内阻不计的单匝线圈绕垂直于磁场方向的水平轴沿逆时针方向匀速转动，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．该交变电流图像是从图示位置开始计时得到的B．线圈转动一周，电阻R上产生的热量为20JC．当线框转过45°时，电流表的示数为AD．线圈中磁通量的变化规律为12．（2024·天津北辰·模拟预测）如图所示，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．在时，线圈中产生的瞬时电流最大B．在时，线圈中的磁通量变化率最小C．线圈中电动势的瞬时值D．将线圈转速增大2倍，线圈中感应电动势也增大2倍【考向三：理想变压器的动态电路分析】13．（2024·天津蓟州·三模）如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为20∶1，b是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想电表，原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值表达式为，则（）A．单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为11VB．单刀双掷开关与a连接，时，电压表的示数为C．单刀双掷开关由a扳向b，电压表和电流表的示数均变大D．单刀双掷开关与a连接，在滑动变阻器触头P向上移动的过程中，电压表和电流表的示数均变小14．（2024·天津·模拟预测）国家电网公司推进智能电网推广项目建设，拟新建智能变电站1400座。变电站起变换电压作用的设备是变压器。如图所示，理想变压器原线圈输入的交流电，电压表、电流表都为理想电表。则下列判断正确的是（

）A．输入电压有效值为，电流频率为B．S接到a处，当滑动变阻器的滑片向下滑动时，两电流表的示数都增大C．S接到a处，当滑动变阻器的滑片向下滑动时，原线圈的输入功率减小D．若滑动变阻器的滑片不动，由a处改接到b处，电压表和电流表的示数都减小15．（2024·天津·模拟预测）如图所示，矩形线圈abcd与理想变压器原线圈组成闭合电路，副线圈接一定值电阻。矩形线圈abcd在有界匀强磁场中绕垂直于磁场的bc边匀速转动，磁场只分布在bc边的左侧，磁场的磁感应强度大小为B，线圈的匝数为N，转动的角速度为，ab边的长度为，ad边的长度为，线圈电阻不计。下列说法正确的是（

）A．原线圈两端电压的有效值为B．线圈平面转动到与磁场垂直时磁通量的变化率为0C．若仅增大变压器原线圈的匝数，则通过定值电阻的电流减小D．若仅增大定值电阻的阻值，则原线圈两端的电压增大16．（2024·天津河北·二模）图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n1：n2＝5：1，电阻R＝20Ω，L1、L2为规格相同的两只小灯泡，S1为单刀双掷开关，原线圈接正弦交变电源，输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示，现将S1接1、S2闭合，此时L2正常发光，下列说法正确的（）A．输入电压u的表达式是u＝20sin（50t）VB．只断开S1后，L1、L2均正常发光C．若S1换接到2后，R消耗的电功率为0.8WD．只断开S2后，原线圈的输入功率增大17．（2024·天津·二模）如图所示，矩形线框在匀强磁场中绕垂直磁场的轴匀速转动，线框通过滑环与一理想变压器的原线圈相连，副线圈接有两灯泡和。已知线框产生的电动势最大值为，变压器原、副线圈的匝数比为，开关S断开时正常发光，且电流表示数为，线框及所有导线电阻不计，下列说法正确的是（）A．图示位置线框产生的感应电动势瞬时值为0B．若开关S闭合，则电流表示数将增大C．若开关S闭合，则灯泡亮度不变D．灯泡的额定功率为2W18．（2024·天津宁河·二模）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B的匀强磁场中，矩形导线框以角速度ω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，R1为定值电阻，R为滑动变阻器，交流电压表①、②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时，电压表V1的示数为B．滑动变阻器的滑片向c端滑动的过程中，R1的发热功率增大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2NBSωD．线框从图示位置开始转过的过程中，产生的平均电动势为【考向四：远距离输电考点】19．（2024·天津蓟州·模拟预测）如图为输电线为用户输电的情景，电路中升压变压器和降压变压器都认为是理想变压器，中间输电电路电阻为R，下列说法正确的有（）A．输出电压与输入电压相等B．输出功率大于输入功率C．若用户接入的用电器增多，则R功率降低D．若用户接入的用电器增多，则输出电压降低20．（2024·天津滨海新·模拟预测）“西电东送”的国家重大工程。如图为某水电站远距离输电的原理图，发电厂的输出功率为P，发电厂输出的电压为U。通过升压变压器升高电压后向远处输电，输送电压为kU，输电线的总电阻为R，在用户端用降压变压器把电压降为U。下列说法正确的是（）A．输电线上的电流为B．输电线上损失电压为C．降压变压器的输出功率为D．降压变压器原、副线圈的匝数比为21．（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、，电压分别为、，降压变压器原、副线圈的匝数分别为、，电压分别为、，两变压器均视为理想变压器，输电线总电阻为R。假设发电厂输出电压不变，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增大时，输电线上损失的功率减小，用户获得的电压不变B．若，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，用户获得的电压减小D．用户使用的用电器数量增多时，可以增大以保证用户得到的电压不变22．（2024·天津和平·二模）“西电东送”是国家重大工程。如图为某水电站远距离输电的原理图，发电厂输出的电压恒为U，通过升压变压器将电压升高至kU向远处输电，在用户端用降压变压器把电压仍降为U供用户使用，下列说法正确的是（）A．降压变压器原线圈匝数为副线圈匝数的k倍B．若用户功率增大，则输电线上损失的功率也增大C．若用户功率增大，升压变压器的输出电压也增大D．若用户功率增大，降压变压器的输出电压也增大23．（2024·天津南开·一模）如图所示，某小型水电站发电机的输出功率，发电机输出电压经变压器升压后向远处输电，输电线总电阻，用户端用降压变压器把电压降为。已知输电线上损失的功率，假设两个变压器均是理想变压器，下列说法正确的是（）A．发电机输出的电流B．输电线上的电流C．降压变压器匝数比D．升压变压器匝数比24．（2024·贵州·模拟预测）特高压输电具有输电容量大、送电距离长、线路损耗少、占地面积少等优点，是目前世界上最先进的输电方式。我国已经掌握世界上最先进的高压输电技术，并在西电东输工程上效果显著。某发电厂从发电一运输一用户的输电全过程可简化为如图所示，在发电过程中，发电厂产生交流电通过升压变压器后，经远距离传输，再通过降压变压器供用户使用，假定在输电过程中，发电厂输出功率保持不变，输电线路电阻不变，变压器为理想变压器，用户接入电路均为纯电阻。下列说法正确的是（  ）A．若只增大发电厂的输出电压，电流表的示数增大B．若只增大发电厂的输出电压，输电线上损耗的功率增大C．接入电路的用户越多，输电线上损耗的功率越大D．接入电路的用户增多，输电线上电压表与电流表示数变化量之比不变【考向五：传感器的简单应用】25．（2024·浙江·模拟预测）以下实验中，说法正确的是（）A．“测定玻璃折射率”的实验中，入射角越大，则反射光强，折射光弱，越容易观察B．在“利用传感器制作简单的自动控制装置”实验中，干簧管在电路中起传感器和控制开关的作用C．在“用双缝干涉测光波长实验”中，增大透镜与单缝的间距可观察到条纹间距增大D．在“油膜法估测分子大小”的实验中，如果有油酸未完全散开会使测量结果偏小26．（2024·山东泰安·模拟预测）传感器的种类多种多样，其性能也各不相同，空调机在室内温度达到设定的温度后，会自动停止工作，空调机内