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

专题突破卷16交变电流、变压器、远距离输电的综合理解与

应用

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O。'，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当”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

D.穿过线圈的最大磁通量为组

(D

【答案】B

【详解】A.根据

E=^-NBSa>

2

又

R+r

解得

-42NBS(D

~2(7?+r)

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/3C。。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=NBSm=N①.0

得

F

①=—25-

mNeo

故D错误。

故选Bo

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f按正弦规律变化的图像如图乙所示，线圈转动周期为7,线圈产生的电动势的最大值为

Em.贝IJ()

A.在/时，线圈中产生的瞬时电流最大

4

B.在时，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近倍

D.线圈中电动势的瞬时值0=£„1。05]//）

【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t=时，线圈中的磁通量最小，则磁通量的变化率最大，故B错误；

C.将线圈转速增大2倍，则角速度增大2倍，根据

E

Em=NBSo）,£=-A

V2

可知线圈中感应电动势的有效值增大2倍，故C错误；

D.f=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，/、8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（）

A.仅将滑片P上移，/的输入功率变大

B.仅将滑片P上移，L亮度不变

C.仅闭合S,L、L?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2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N变压器的输出电压为8变压器的输入电压为q，则输电线路输送效率为

UJ线U二

UJ线U2U2

其中

△U=I线R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D。

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，电机与毫安表相连。先闭合开关S一再闭合开关S2,

发现毫安表指针发生偏转。下列说法正确的是（）

乙

A.电机相当于发电机

B.毫安表指针会在中央零刻度的左右晃动

C.闭合开关区瞬间，电机转动变快，其线圈发热明显

D.将电机M1和的磁极N、S都交换，毫安表的指针偏转方向不变

【答案】D

【详解】A.由于所在电路中有电源，且当开关&闭合后M|会转动，说明是电动机，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.由于与用转轴相连，当M1转动时会带动转动，而当转动时，闭合开关与M2串联而构

成闭合的毫安表指针发生偏转，说明是发电机，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.闭合开关包瞬间，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，的转动方向将与原来反向，若同时将中的磁极

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-=279V,输出功率场出=418.5kW,降压变压器原、副线圈的匝数之比%：为=100：1，

输电线总电阻％=20。，其余线路电阻不计，商场的用户端电压q=220V,功率为户=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（）SW

D.升压变压器原、副线圈的匝数之比4：%=1：80

【答案】D

【详解】A.发电机的输出电流为

418500A=15Q0A

1U、279

故A错误;

B.降压变压器次级电流

,扁户352000”“A

L=-^-=----------AA=1600A

4U4220

初级电流

7/1600..

L=—L=------A=1i6rA

34

n3100

输电线上损失的电压为

U线=AR线=16X20V=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

株=6-4一2户=61380W

故C错误；

D.升压变压器次级电压

=初+"线=352000V+16X20V=22320V

a=q+u线

416

升压变压器的匝数比

nx_U{_279_1

n2~U2~22320—80

故D正确。

故选D。

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w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a=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、副线圈的匝数比多:“2=8:3D.滑动变阻器接入电路的电阻为1L25C

【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

原线圈电路中的小灯泡正常工作，则流过原线圈的电流为

=Z=0.5A

则电源的输出功率为

P=U3=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人，则有

A=QA

RL3

故变压器原、副线圈的匝数比为

nx:n2-=I2:1x=8:3

故C正确；

D.原线圈两端电压为

广8V=192V

由

n{:ri2=Ux\U2

可得副线圈输出电压为

U,=72V

故副线圈的总电阻为

=54。

k

所以滑动变阻器接入电路的电阻为

R=R总_3-&=9Q

故D错误。

故选C。

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

%而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

（）

X„XX

XXX

XXX

XdXx：c

【答案】A

【详解】从题图示位置开始，在0〜二时间内，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。儿而，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

,BS（o.

I=------sin^

R

在！〜（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,

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加，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，，=0时线框水平，磁感应强度随时间变化的表达式为3（。=4sin在，则线圈产生的感应

电动势的有效值为（）

NB/a)

2­D.MNB/(O

【详解】若从图示位置开始计时，通过线圈的磁通量为

①=Bl}coscot=Bolrsincotcostvf=；B0I?sin2a>t

根据法拉第电磁感应E=NM,可得线圈中产生的感应电动势大小为

e-NBQa)l}COS2a)t

则线圈中产生的感应电动势的有效值为

纥-NB6

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均、心两端，已知&=22,若两

图中的横纵坐标均为已知量，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去、一

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

uU

10

图乙中前半个周期交流电电压的有效值为

仇=2。。

前半个周期两交流电压的有效值之比为

J:%=1:2收

故A错误；

B.图甲中前交流电电压的有效值为

设图乙中交流电电压的有效值为〃，则有

屈U。

故B错误；

C.0〜1时间内，定值电阻必上产生的热量为

定值电阻处上产生的热量为

01：02=1:16

故C错误；

D.0~7时间内，定值电阻处上产生的热量为

,U'^T_UjT

Q1&4昆

定值电阻&上产生的热量为

R、2R)

解得

0；：2=i：io

故D正确。

故选Do

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4=1。，副线圈上接有最大阻值为10。的滑动变阻器上原、副线圈匝数之比

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A/、\U,下列说

法正确的是（）

<3>

N?

A.滑片上移过程中电压表、电流表示数均增大

B.—=1Q

I

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

MoM

NQN

滑片逐步上移，使R阻值增大，即

区5

增大，则总电阻增大，根据

u小

可知总电流减小，即通过扁的电流减小，根据

/|="2

，2"1

可知，通过电流表的电流减小。根据

U、=UMN-U0=UMN-/A

可知H增大。根据

5=4.

U2n2

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

5="5=々%_/内）=巨U.N-"1出[="1^-与3。

々nx々々Jnxnx

则

故B错误；

C.对副线圈

u2=I2R

原线圈有

UMN=/]4+Ux

又

/1_nU、_n

=2,—x

/2%U2n2

联立解得

"A

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

端=P等效=效

可知，当凡=R等效时变压器输出功率最大，结合

解得

7?=9。

扁=

带入（夫0一五等效得

+4凡

%效

-9W

故D正确。

故选D。

1L（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2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火的电阻，电阻两端并联一电压表。若"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克斯/0

2

TT

B.，=—时，圆形导体环中电流方向改变

co

C.穿过导体环的磁通量瞬时值表达式（p=Bna1sincot

D.从f=0到”色的时间内流过电阻的电量夕=竺叱

3R+r

【答案】BD

【详解】A.感应电动势为

e=BSafsincot=B7ra2a)sma)t

电动势的有效值为

廿一2一

电路中电压表示数为

U=RBRO1①

R+r2

故A错误;

TT

B.一时，圆形导体环转过180。，故电流方向改变，故B正确;

co

C.穿过导体环的磁通量瞬时值表达式

(P=Bna2coscot

故C错误;

jr

D.从f=0至l"=一的时间内流过电阻的电量

CO

-△①25兀/

q=It=----=--------

R总R+一

故D正确。

故选BDO

12.(2024•四川巴中一模)如图所示，理想变压器原线圈接e=220后sin(1006)V的交流电，原、副线圈匝

数比4:%=2:5,已知定值电阻,，=20。，凡=250,R是滑动变阻器，电压表和电流表均为理想交流电表,

A.R=100。时，理想变压器的输出功率最大

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L25A

D.尺=150。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电流为乙，可认为虚线框中为等效电阻

又

Ux_nxIx_n2?=A+R

U2n2'I2nx

求得

2

R'=+尺）①

则电路可看成是由〃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

2

EE2

为=外=入R=R'=

r+Rfr2

—+R+2—

R

根据基本不等式，当

R=〃=20Q

时，R的输出功率最大,此时由①式可得

R=100Q

输出的最大功率

E22202

P—R'FW=605W

4x20

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

%=4（国+©

可得

I2=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

求得

/=125O

如图所示:

把虚线框看成是电源，内阻

/=125Q

当

r'+R0^R

时，滑动变阻器输出功率最大，此时

7?=15OQ

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，氏、巳、%为定值电阻，色为滑动变阻器，电

压表和电流表均为理想交流电表，在。、b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Pi向下移，电压表和电流表示数均变大

B.仅将滑片Pi向下移，电阻必消耗的功率变大

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&消耗的功率变大

【答案】BC

【详解】B.设原线圈中电流为/,则

2

»i

U=IRl+I

n2

仅将滑片耳向下移，/变大，电阻4消耗的功率变大，故B正确；

A.由于变压器的输出功率

尸=〃-/2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.仅将滑片鸟向下移，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.仅将滑片只向下移，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4的匝数比4：“2=1:5,输电线总电阻为

r=10Q,最后经理想降压变压器心降为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.变压器度的匝数比%：羯=95:11

【答案】BD

【详解】A.根据题意，由公式尸=”可得，水电站输出的电流为

升压变压器输出电流为

I2=10A

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/=72r=100V

损失的功率为

AP=/#=1000W

则用户得到的电功率为

4=P—AP=19kW

故B正确，C错误；

D.升压变压器输出电压为

U2=^（70=2000V

降压变压器输入电压为

a=〃-△"=1900V

则变压器心的匝数比为

n3190095

220-TT

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/=4=4Q,当升压变压器原线圈所接电

源电压为必=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郡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

C/2=40V

降压变压器次级电压

a=JP(R1+&)=16V

则降压变压器初级电压

U3=2U4=32V

降压变压器次级电流

/4=-^=2A

则初级电流

A=1A

则输电线的电阻为

r=^=40-32Q=8Q

k1

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L=40V；降压变压器初级电压

U'3=C/2-/；r=40-8/；

则次级电压

[7；=l(40-8/；)=20-4/；

次级电流

4=2/；

其中

联立解得

4手

输电线上损耗的功率为

选项C正确；

D.闭合开关，输电效率为

5仆200

〃=3;且=J―匕X100%=66.7%

，3。22x40

3

选项D错误。

故选BC。

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L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（）

nyr

nx223

发a%

电

(3

站ux1

A.〃不变，A变大B.八变大,q变大

c.a的变化量和人的变化量的比值.不变D.4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

A.=£L

n2U2

可知。2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，即乙、人、人均增大，故A正确；

B根据

U3=U2-I2r

可知q变小，故B错误；

c.根据

U3=U2-12r

可得

---=r

M

故c正确；

D.根据

6=。/a不变，耳增大，故D错误。

故选ACo

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4、

“，电压分别为■、S，降压变压器原、副线圈的匝数分别为4、%，电压分别为4、巩,两变压器均

发

电

厂

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〃i:%=%：%，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S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

根据变压器原理

12ni

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

P损=4R

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。3增大，根据变压器原理

U3_n3

U4«4

可知用户获得的电压。4增大，故A错误；

B.输电线尺上有损耗的电压，故

U2>U3

根据变压器原理

Ul〃]U3n3

U2n2U4/

若〃I="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乙增大，根据变压器原

理可知，输电线上的电流4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。4减小，故C正确；

D.根据变压器原理

5_=以

3%

用户使用的用电器数量增多时，降压变压器原线圈电压。3减小，可以减小?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2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，K为定值电阻，R为滑动变阻器，交流电压表V、V?均

视为理想电表，不计线框的电阻。下列说法正确的是（）

甲乙

A.线框从图示位置开始转过180。时，电压表V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26VSS°

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△陋

71

【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

EyNBSs

则原线圈的电压即电压表vx的示数

NBSo)

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

5=立

解得

U[="U'=2y[2NBSco

一«i

A错误，C正确；

B.根据以上分析知，只要以不变则4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，4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

△①=BS-(-BS)=2BS

而产生的平均电动势

-△①2BS

E=N——=N—~

MT_

~2

T24

1=--

co

-INBSo

E=------

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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