新高考物理二轮复习——交变电流的分析与计算学案

这是一份新高考物理二轮复习——交变电流的分析与计算学案，共8页。

热点突破
命题点1 交变电流的产生和描述
考题示例1
（2025·北京·历年真题）如图所示，交流发电机中的线圈ABCD沿逆时针方向匀速转动，产生的电动势随时间变化的规律为e＝10sin (100πt) V。下列说法正确的是（ ）
A．该交流电的频率为100 Hz
B．线圈转到图示位置时，产生的电动势为0
C．线圈转到图示位置时，AB边受到的安培力方向向上
D．仅线圈转速加倍，电动势的最大值变为 V
答案：C
解析：A．根据题意可知，该交流电的频率为f＝＝50 Hz，故A错误；
B．线圈转到图示位置时，磁场与线圈平面平行，磁通量最小，磁通量变化率最大，感应电动势最大，故B错误；
C．根据题意，由右手定则可知，线圈转到图示位置时，电流由B→A，由左手定则可知，AB边受到的安培力方向向上，故C正确；
D．根据题意，由公式Em＝NBSω可知，仅线圈转速加倍，电动势的最大值变为原来的2倍，为20 V，故D错误。
故选C。
跟踪训练1
（2025·山东·历年真题）如图为一种交流发电装置的示意图，长度为2L、间距为L的两平行金属电极固定在同一水平面内，两电极之间的区域Ⅰ和区域Ⅱ有竖直方向的磁场，磁感应强度大小均为B、方向相反，区域Ⅰ边界是边长为L的正方形，区域Ⅱ边界是长为L、宽为0.5L的矩形。传送带从两电极之间以速度v匀速通过，传送带上每隔2L固定一根垂直运动方向、长度为L的导体棒，导体棒通过磁场区域过程中与电极接触良好。该装置产生电动势的有效值为（ ）
A．BLv B．C．D．
答案：D
解析：由题意可知导体棒通过磁场区域过程需要的时间，即周期为T＝
导体棒通过区域Ⅰ时，产生的电动势大小为E1＝BLv，经过的时间为t1＝
导体棒通过区域Ⅱ时，产生的电动势大小为E2＝B×0.5Lv，经过的时间为t2＝
根据有效值的定义有＝
带入数据可得E有＝
故选D。
反思提升
1．正弦式交流电“四值”的理解和应用
2．交变电流有效值的计算方法总结
（1）结论法：利用E＝、U＝、I＝计算，只适用于正（余）弦式交流电（一个周期波形、半个周期波形、两端是0和峰值的周期波形都成立）
（2）定义法：计算时抓住“三同”，即“相同时间”内“相同电阻”上产生“相同热量”列式求解，注意时间至少取一个周期或周期整数倍。
命题点2 变压器
考题示例2 [生产生活类]
（2024·浙江·历年真题） 如图为某燃气灶点火装置的原理图。 直流电经转换器输出u＝5sin 100πt (V)的交流电，经原、副线圈匝数分别为n1和n2的变压器升压至峰值大于10 kV，就会在打火针和金属板间引发电火花，实现点火。下列正确的是（ ）
A．＜
B．＜
C．用电压表测原线圈两端电压，示数为5 V
D．副线圈输出交流电压的频率是100 Hz
答案：B
解析：AB．原线圈两端电压的有效值U1＝ V＝ V
根据电压匝数关系有
变压器副线圈电压的峰值U2max＝
根据题意有U2max＞10×103 V，解得＞2000，＜
故A错误，B正确；
C．用电压表测原线圈两端电压，电压表测的是有效值，则示数为U1＝ V＝ V，故C错误；
D．根据＝2πf＝100π，解得f＝50 Hz
变压器不改变频率，则副线圈输出交流电压的频率是50 Hz，故D错误。
故选B。
跟踪训练2
（2025·湖南·历年真题）如图，某小组设计了灯泡亮度可调的电路，a、b、c为固定的三个触点，理想变压器原、副线圈匝数比为k，灯泡L和三个电阻的阻值均恒为R，交变电源输出电压的有效值恒为U。开关S与不同触点相连，下列说法正确的是（ ）
A．S与a相连，灯泡的电功率最大
B．S与a相连，灯泡两端的电压为
C．S与b相连，流过灯泡的电流为
D．S与c相连，灯泡的电功率为
答案：B
解析：设变压器原、副线圈的电压分别为U1、U2，灯泡L的阻值为R，
根据等效电阻的思想有灯泡的等效电阻R等＝
灯泡L的阻值R＝
由理想变压器原理，电压关系，电流关系
联立解得R等＝k2R
A．S与a相连，原电路串联最多电阻，灯泡的电功率最小，故A错误；
B．S与a相连，变压器原线圈电压U1＝，灯泡两端的电压为U2＝＝，故B正确；
C．S与b相连，变压器原线圈电路接入两个电阻，变压器原线圈的电流I1＝
流过灯泡的电流I2＝kI1＝，故C错误；
D．S与c相连，变压器原线圈电路接入一个电阻，变压器原线圈的电流I1＝
灯泡的电功率为PL＝，故D错误。
故选B。
反思提升
1．理想变压器（只有一个副线圈）各物理量间的制约关系
2．关于理想变压器电路的2个难点
（1）当变压器原线圈串联负载时，需注意变压器的输入电压不等于电源电压，而是等于电源电压减去串联负载电压，即U1＝U－U0。
（2）当变压器电路中含有二极管时，需注意二极管具有单向导电性，正弦交流电流通过二极管后会变成半波直流电流，对应的有效值会发生变化。
命题点3 远距离输电
考题示例3 [生产生活类]
（2024·湖南·历年真题）根据国家能源局统计，截止到2023年9月，我国风电装机4亿千瓦，连续13年居世界第一位，湖南在国内风电设备制造领域居于领先地位。某实验小组模拟风力发电厂输电网络供电的装置如图所示。已知发电机转子以角速度ω匀速转动，升、降压变压器均为理想变压器，输电线路上的总电阻可简化为一个定值电阻R0。当用户端接一个定值电阻R时，R0上消耗的功率为P。不计其余电阻，下列说法正确的是（ ）
A．风速增加，若转子角速度增加一倍，则R0上消耗的功率为4P
B．输电线路距离增加，若R0阻值增加一倍，则R0消耗的功率为4P
C．若升压变压器的副线圈匝数增加一倍，则R0上消耗的功率为8P
D．若在用户端再并联一个完全相同的电阻R，则R0上消耗的功率为6P
答案：A
解析：如图为等效电路图，
设降压变压器的原副线圈匝数比为k∶1，则输电线上的电流为I2＝
转子在磁场中转动时产生的电动势为e＝NBSωsin ωt
A．当转子角速度增加一倍时，升压变压器原副线圈两端电压都增加一倍，输电线上的电流变为I2′＝2I2，故R0上消耗的电功率变为原来的4倍，故A正确；
C．升压变压器副线圈匝数增加一倍，副线圈两端电压增加一倍，输电线上的电流增加一倍，故R0上消耗的电功率P1＝I2′2R0＝4I22R2＝4P，故C错误；
B．若R0阻值增加一倍，输电线路上的电流I′′2＝，消耗的功率P3＝I′′22·2R0≠4P，故B错误；
D．若在用户端并联一个完全相同的电阻R，用户端电阻减为原来的一半，输电线上的电流为I′′′2＝，消耗的功率P4＝I′′′22R0≠6P，故D错误。
故选：A。
跟踪训练3
（2025·湖北·历年真题）（多选）在如图所示的输电线路中，交流发电机的输出电压一定，两变压器均为理想变压器，左侧升压变压器的原、副线圈匝数分别为n1、n2，两变压器间输电线路电阻为r。下列说法正确的是（ ）
A．仅增加用户数，r消耗的功率增大
B．仅增加用户数，用户端的电压增大
C．仅适当增加n2，用户端的电压增大
D．仅适当增加n2，整个电路消耗的电功率减小
答案：AC
解析：A．如图所示，R为理想变压器和用户端的等效电阻，仅增加用户数，R用减小，R减小，由闭合电路欧姆定律得I1＝，则I1变大，由知I2变大，由P＝知，r消耗的功率增大，A正确；
B．由知U2不变，U3＝U2－I2r，则U3减小，由知U4减小，即用户端电压小，B错误；
C．仅适当增加n2，则等效电阻R减小，由闭合电路欧姆定律得I1＝，则I1变大，I2变大，I3变大，则用户端电压U用＝I3R用增大，C正确；
D．整个电路消耗的功率为P＝U1I1，I1变大，则P增大，D错误。
反思提升
1．理清三个回路（如图）
（1）在电源回路中，P发电机＝U1I1＝P1。
（2）在输送回路中，I2＝I线＝I3，U2＝ΔU＋U3，ΔU＝I2R线，ΔP＝I22R线。
（3）在用户回路中，P4＝U4I4＝P用户。
2．抓住两个回路的联系
（1）回路1和回路2：，，P1＝P2。
（2）回路2和回路3：，，P3＝P4。
3．掌握一个守恒观念
功率关系：P2＝ΔP＋P3，其中ΔP＝ΔU·I线＝I线2R线＝。
命题点
考频统计
命题特点
核心素养
交变电流的产生和描述
2025年：云南T8
湖北T8 河北T6
山东T7 江苏T2
湖南T6 广东T2
福建T2 北京T4
安徽T8
2024年：新课标T7
全国甲T6 山东T8
广东T1 湖北T5
河北T4 湖南T6
海南T9 北京T5
浙江6月T7
浙江1月T5
高考对本专题的考查主要体现在“三突出”；一是突出考查交变电流的产生过程；二是突出考查交变电流的图象和交变电流的“四值”；三是突出考查变压器及远距离输电。其中变压器结合电路分析仍将是今后命题的热点，且新情景题目逐渐增多。难度适中，多以选择题的形式出现。
物理观念：
通过交变电流的产生及电能输送的学习，促进运动与相互作用观念和能量观念的形成。
科学思维：
学习模型建构的方法，体会物理模型、数学方法和等效替代思想在研究物理问题中的重要意义。
变压器
远距离输电