高考物理复习考前大串讲基础知识 查漏补缺专题12交变电流含解析(1)

2022新高考物理总复习--专题十二交变电流备考篇【考情探究】课标解读考情分析备考指导考点内容交变电流的产生和描述1.通过实验,认识交变电流。

2.能用公式和图像描述正弦交变电流。

从近几年命题看,高考对本专题内容考查的频率较低。

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像和交变电流的“四值”;三是突出考查变压器及远距离输电。

难度不大,多以选择题的形式命题。

变压器的动态变化以及与电路相结合的问题仍是本专题的重点和难点。

本专题知识是电磁感应知识的应用和延伸,因此运用电磁感应定律来理解交变电流的产生及变压器的原理是关键和核心。

(1)交变电流的变化规律,如交变电流瞬时值表达式、交变电流图像的考查;(2)交变电流瞬时值、峰值、有效值、平均值的理解和计算;(3)变压器的原理、远距离输电的考查;(4)含有变压器的动态分析问题。

这都是高考的重点。

交变电流与工农业生产和日常生活紧密联系,所以复习时一定要注意理论与实际的结合。

变压器、电能的输送1.通过实验,探究并了解变压器原、副线圈电压与匝数的关系。

2.知道远距离输电时通常采用高压输电的原因。

【真题探秘】命题立意本题考查理想变压器和串、并联电路的相关知识,意在考查学生的推理能力和分析问题、解决问题的能力。

体现了物理学科核心素养中物质观念、科学推理、科学论证等要素。

解题指导题目中告诉与副线圈并联的定值电阻R2中电流随时间变化的规律,可得到该电阻两端电压的有效值,也就是副线圈两端电压的有效值,进而求出流过定值电阻R3的电流的有效值;再根据匝数比,可得到原线圈两端电压的有效值,进而求得电阻R1两端的电压。

变压器的输入功率等于副线圈两端的输出功率,也就是R2和R3消耗的功率。

答案解析见P339拓展延伸对变压器的考查,多以动态分析为主,副线圈连接一滑动变阻器,通过移动滑片的位置,判断电压、电流、功率的变化情况;也可以跟远距离输电结合起来考查;还可以拓展出多个副线圈的问题。

第一部分特点描述本章内容实际上是电磁感应现象研究的继续及其规律的具体应用。

其知识特点是了解识记的基本概念较多，主要围绕交变电流的产生、变化规律及表征交变电流的物理量这一中心展开，在此基础上研究了变压器的工作原理和远距离输电。

另外，简单介绍了电感、电容对交变电流的影响。

本章知识的另一个特点是与科学技术和生活实际联系密切，在学习的过程中，要注意理论联系实际，要善于知识的迁移、综合和应用。

复习时应特别注意的内容为：1.交变电流的产生及描述(e、u、i的瞬时值表达式、峰值、有效值、周期、频率)，特别是交流电的图象和有效值的计算是考查的热点.2.变压器的原理，电压比、电流比及功率关系，远距离输电问题等是考查的重点.3.将本章知识与电磁感应知识结合的力、电综合题以计算题为主.4.掌握传感器的一些简单使用和一些敏感元件的基本原理.第二部分知识背一背一、交变电流的产生和变化规律1．交变电流大小和方向都随时间做周期性变化的电流．如图(a)、(b)、(c)、(d)所示都属于交变电流．其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流，简称正弦式电流，如图(a)所示．2．正弦交流电的产生和变化规律(1)产生：在匀强磁场里，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动．(2)中性面：①定义：与磁场方向垂直的平面．②特点：a.线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零．b.线圈转动一周，两次经过中性面．线圈每经过中性面一次，电流的方向就改变一次．(3)图象：用以描述交流电随时间变化的规律，如果线圈从中性面位置开始计时，其图像为正弦曲线．如上图(a)所示．二、描述交变电流的物理量1．周期和频率(1)周期T ：交变电流完成一次周期性变化(线圈转一周)所需的时间，单位是秒(s)．公式：T ＝2πω. (2)频率f ：交变电流在1 s 内完成周期性变化的次数，单位是赫兹(Hz)． (3)周期和频率的关系：fT 1=2．交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值 (1)瞬时值：交变电流某一时刻的值，是时间的函数． (2)峰值：交变电流的电流或电压所能达到的最大值．(3)有效值：让交流与恒定电流分别通过相同的电阻，如果它们在交流的一个周期内产生的热量相等，则这个恒定电流I 、恒定电压U 就是这个交流的有效值．(4)正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系：有效值为峰值除以2 (5)平均值：是交变电流图象中波形与横轴所围面积跟时间的比值. 三、理想变压器1．变压器的构造：如图所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的．(1)原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫初级线圈． (2)副线圈：与负载连接的线圈，也叫次级线圈．2．变压器的原理：电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场，由于电流的大小、方向在不断变化，铁芯中的磁场也在不断变化．变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，所以尽管两个线圈之间没有导线相连，副线圈也能够输出电流．互感现象是变压器工作的基础． 3．理想变压器：没有能量损失的变压器，即输入功率等于输出功率． 4．基本关系式(1)功率关系：出入P P =.(2)电压关系：U 1n 1＝U 2n 2；有多个副线圈时，U 1n 1＝U 2n 2＝U 3n 3.(3)电流关系：只有一个副线圈时，I 1I 2＝n 2n 1由P 入＝P 出及P ＝UI 推出有多个副线圈时，U 1I 1＝U 2I 2＋U 3I 3＋…＋U n I n 四、远距离输电1．根据R I P 2 损，降低输电损耗有两种方法 (1)减小输电线的电阻．(2)减小输电导线中的电流：在输送功率一定的情况下，根据P ＝UI ，要减小电流，必须提高输电电压． 2．远距离输电的功率损失输送功率一定时，线路电流I ＝P U ，输电线上的损失功率P 损＝I 2R 线＝P 2R 线U 2，可知P 损∝1U 2.远距离输电中的功率关系：P 输＝P 损＋P 用户. 第三部分 技能+方法 一、正弦交流电的变化规律1．正弦式电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)2.(1)线圈平面与中性面重合时，S ⊥B ，Φ最大，ΔΦΔt ＝0，e ＝0，i ＝0，电流方向将发生改变． (2)线圈平面与中性面垂直时，S ∥B ，Φ＝0，ΔΦΔt 最大，e 最大，i 最大，电流方向不改变． 3．书写交变电流瞬时值表达式的基本思路(1)确定正弦交变电流的峰值，根据已知图像读出或由公式E m ＝nBS ω求出相应峰值． (2)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式．如：①线圈从中性面位置开始转动，则i －t 图像为正弦函数图像，函数式为i ＝I m sin ωt . ②线圈从垂直中性面位置开始转动，则i －t 图像为余弦函数图像，函数式为i ＝I m cos ωt .【例1】一个闭合的矩形线圈放在匀强磁场中匀速转动，角速度为ω时，线圈中产生的交变电动势的最大值为E 0，周期为T 0，外力提供的功率为P 0.若使线圈转动的角速度变为2ω，线圈中产生的交变电动势的最大值为E ，周期为T ，外力提供的功率为P .则E 、T 和P 的大小为 （ ）A ．E ＝2E 0，T ＝12T 0，P ＝2P 0 B ．E ＝E 0，T ＝12T 0，P ＝2P 0 C ．E ＝2E 0，T ＝T 0，P ＝2P 0 D ．E ＝2E 0，T ＝12T 0，P ＝4P 0 【答案】 D【例2】某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系如图所示。

第十二章交变电流1、理解远距离输电线上的能量损失与哪些因素有关2、分析交变电流的产生过程，推导交变电流电动势的表达式3、理解正弦式交变电流的公式和图像4、了解变压器的构造以及几种常见的变压器，理解变压器的工作原理一、交变电流、交变电流的图像1．交变电流大小和方向均随时间做周期性变化的电流叫作交变电流。

2．正弦式交变电流的产生和变化规律(1)产生：在匀强磁场中，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动产生的电流是正弦式交变电流。

(2)中性面①中性面：与磁感线垂直的平面称为中性面。

①中性面的特点以及与峰值面(中性面的垂面)的比较(3)电流方向的改变：线圈通过中性面时，电流方向发生改变，一个周期内线圈两次通过中性面，因此电流的方向改变两次。

(4)正弦式交流电的图像：如果从线圈位于中性面位置时开始计时，其图像为正弦曲线。

如图甲、乙所示。

(5)变化规律正弦式交变电流的函数表达式(线圈在中性面位置时开始计时)①电动势e 随时间变化的规律：e ＝Emsinωt ，其中ω表示线圈转动的角速度，Em ＝NBSω。

①负载两端的电压u 随时间变化的规律：u ＝Umsinωt 。

①电流i 随时间变化的规律：i ＝Imsinωt 。

二、描述交变电流的物理量 1．周期和频率(1)周期(T)：交变电流完成一次周期性变化(线圈转一周)所需的时间，单位是秒(s)，公式T ＝2πω。

(2)频率(f)：交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数。

单位是赫兹(Hz)。

(3)周期和频率的关系：T ＝1f 或f ＝1T。

2．交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值(1)瞬时值：交变电流的电动势、电流或电压在某一时刻的值，是时间的函数。

(2)峰值：交变电流的电动势、电流或电压所能达到的最大值。

(3)有效值①定义：让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果在交变电流的一个周期内它们产生的热量相等，就把这个恒定电流的电流I 、电压U 叫作这一交变电流的有效值。

2022新高考物理总复习--专题十二交变电流应用篇【应用集训】应用一探究理想变压器的动态分析1.(多选)含有理想变压器的电路如图所示,L1、L2、L3为“24 V 2 W”的灯泡,为理想交流电压表,a、b端接正弦交流电源(输出电压的有效值恒定)。

当开关S闭合时,灯泡均正常发光。

下列说法正确的是()A.变压器原、副线圈匝数比为1∶2B.电压表的示数为72 VC.变压器的输入功率为8 WD.若在副线圈上再并联一个相同的灯泡,灯泡L1可能会烧毁答案BD2.(2020辽宁沈阳统考)如图所示,理想变压器的原线圈接有频率为f、电压为U的交流电,副线圈接有光敏电阻R1(光照增强时,光敏电阻阻值减小)、用电器R2。

下列说法正确的是()A.P位置不动,当光照增强时,变压器的输入功率减小B.光照强度不变,当滑动触头P向上滑动时,用电器消耗的功率增大C.当f减小时,变压器的输入功率减小D.P位置不动,光照强度不变,当U增大时,用电器消耗的功率增大答案D3.(2020重庆一中月考)调压变压器就是一种自耦变压器,它的构造如图所示,线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上,C、D之间加上输入电压,当滑动触头P转动时,改变了副线圈匝数,从而调节输出电压。

图中为交流电流表,为交流电压表,R1、R2为定值电阻,R3为滑动变阻器,C、D两端接恒压交流电源,变压器可视为理想变压器,则()A.当滑动变阻器滑片向下滑动时,电压表读数变大B.当滑动变阻器滑片向下滑动时,电流表读数变小C.当变压器滑动触头P逆时针转动时,M、N之间的电压变大D.当变压器滑动触头P顺时针转动时,变压器输出功率变大答案C应用二探究远距离输电的几个物理量之间的变化规律1.(2019山东烟台一模)(多选)如图所示是发电厂通过升压变压器进行高压输电,接近用户端时再通过降压变压器降压给用户供电的示意图(图中变压器均可视为理想变压器,图中电表均为理想交流电表)。

设发电厂输出的电压一定,两条输电线总电阻用R0表示,滑动变阻器R接入电路的电阻相当于用户用电器的总电阻。

考点 12 交变电流电磁场和电磁波命题角度1正弦式交变电流的产生及变化规律、表征交变电流的物理量1.一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动．线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图12—1所示．下面说法中正确的是 ( )A t1和t3时刻穿过线圈的磁通量为零B t1和t3时刻穿过线圈的磁通量变化率为零C．从线圈平面与磁场方向平行时刻开始计时D．每当感应电动势ε变换方向时，穿过线圈的磁通量的绝对值都为最大[考场错解]A对感应电动势ε、磁通量φ、磁通量变化△φ和磁通量变化率间的关系不清楚．误认为磁通量为零，感应电动势就为零；磁通量最大，则感应电动势就最大．BCD 由图象可知，当t=0时，感应电动势有最大值，说明穿过线圈的磁通量的变化率最大，即线圈平面与磁场平行时开始计时，选项C正确．T1、t3时刻感应电动势为零，即线圈平面与磁场方向垂直(位于中性面)，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，所以选项B正确，选项A错误．当线圈通过中性面时，是感应电动势改变方向的时刻，所以选项D正确．2.如图12—2所示，处在匀强磁场中的矩形线圈abcd，以恒定的角速度绕曲边转动，磁场方向平行于纸面并与ab垂直．在t=O时刻，线圈平面与纸面重合(如图12—2)，线圈的cd边离开纸面向外运动．若规定由a→b→c→d→a方向的感应电流为正，则能反映线圈中感应电流I随时间t变化的图线是( )[考场错解]A认为t=O时，线框中的感应电流为零．再由楞次定律可知，线框在转过90o的过程中，穿过线框的磁通量增大，感应电流的方向沿a→b→c→d→a，为正，故错误认为A项正确．造成该错误的原因是对正弦式交流电的产生过程不熟悉．C线框在图示位置φ=O，但感应电流为最大值；再由楞次定律可判断线框在转过90o的过程中，感应电流为正，故C项正确．3.交流发电机在工作时的电动势为ε=ε0sinωt，若将其电枢的转速提高1倍，其他条件不变，则其电动势变为 ( )[考场错解]A对交变电压瞬时值表达式理解不全面，误认为电枢的转速只对交流电的频率有影响．B 交变电压瞬时值表达式为ε=ε0sinωt，而ε=NBSω，电枢的转速提高1倍即Ⅲ加倍，其他条件不变时ε0加倍，应选B项．4.正弦交流电源与电阻R、交流电压表按图12—3所示的方式连接，R=10 Ω，交流电压表的示数是10 v．图12—4所示是交变电源输出电压U随时间t变化的图象，则 ( )A通过R的电流iR随时间t变化的规律是B通过R的电流iR随时间t变化的规律是C．R两端的电压uR随时间t变化的规律是D．R两端的电压uR随时间t变化的规律是[考场错解]C误认为交流电压表测得的是交流电的最大值，同时对正弦式交流电的瞬时值表达式不熟悉．A交流电压表测得的是交流电的有效值，该题中通过正弦式交流电的瞬时值表达式R的电流iR随时间t 变化的规律是，其中，故Ir= R两端的电压uR随时间t变化的规律是，故，综上分析可知只有A项正确.5．图12—5表示一交流电的电流随时间而变化的图象．此交流电流的有效值 ( )B 5 A D．3.5 A[考场错解]C对交流电有效值的定义不清楚，误认为错选C项．还有的同学机械地套用正弦式电流有效值与最大值的关系B根据交流电有效值的定义：某一直流电和交流电在相同时间内(计算时一般取交流电的一个周期)在相同电阻上产生的焦年热相同，则该直流电的数值就叫做交流电的有效值．即，解得I一5 A，故选B项．6．将硬导线中间一段折成不封闭的正方形，每边长为l，它在磁感应强度为B、方向如图12—6的匀强磁场中匀速转动，转速为n转/s，导线在a、b两处通过电刷与外电路连接，外电路有额定功率为P的小灯泡并正常发光，电路中除灯泡外，其余部分的电阻不计，灯泡的电阻应为 ( )A (2π12nB)2/PB (π12nB)2/P C．(12nB)2/2P D．(12nB)2/P[考场错解]A或C(1)不清楚求灯泡电阻应用电压的有效值，而直接将最大值代入公式求解而得A；(2)不理解转速与角速度的关系，误认为转速等于角速度而得C选项．B正方形线圈转动的角速度为ω=2nπ，产生的正弦交流电的最大值为Em=Bsω=2nπBl2，其有效值为计算可得灯泡电阻为2(π12nB)2/P，选B1-解决正弦式交变电流的产生及变化规律这类问题必须掌握线框经过两个特殊位置时的特点：(1)线框平面与磁场垂直(即中性面)，穿过线框的磁通量最大，但磁通量的变化率为零，因此感应电动势为零．线框每经过中性面一次，内部的电流方向要改变一次；(2)线框平面与磁场平行。

《金版教程(物理）》2025高考科学复习解决方案第十二章交变电流电磁振荡与电磁波传感器第十二章核心素养提升[科学思维提炼]1．图像法：用图像描述交变电流的变化规律和电磁振荡的过程。

2．解析法：用表达式描述交变电流的变化规律。

3．等效法(1)旋转磁极式交流发电机产生正弦式交变电流的原理。

(2)从电流的热效应角度对交变电流有效值的定义。

(3)原线圈所在电路中含负载的变压器动态变化问题的分析思路。

4．分段法：根据定义，求解交变电流有效值的一般方法。

5．控制变量法：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系的实验。

6．理想模型法：理想变压器的定义。

7．转换法(1)电压互感器、电流互感器实际测量的原理。

(2)高压输电的思想。

(3)传感器的应用原理。

8．分析法：从输送电能的基本要求以及线路功率损耗的表达式P＝I2r，到电能输送中关于降低输电损耗的两个途径的研究思路。

9．守恒的思想(1)不考虑变压器的能量损耗情况下，变压器传递能量过程中能量守恒。

(2)远距离输电中，交变电源的输出功率＝用户输入功率＋线路上损耗的功率。

10．程序法(1)理想变压器动态变化问题、远距离输电动态变化问题的一般分析思路：根据两个决定关系和一个守恒关系进行推导、分析——①原线圈两端的电压U1和匝数比决定副线圈两端的电压U2；②副线圈的输出功率P出决定原线圈的输入功率P入；③能量在传递过程中总量守恒。

(2)传感器应用的一般模式和一般的工作过程。

11．对比法：电磁波的特性与机械波的特性的对比，电磁波谱各波段特性的分析。

[素养提升集训]一、选择题(本题共7小题)1.如图所示是一台发电机的结构示意图，其中N、S是永久磁体的两个磁极，它们的表面呈半圆柱面形状。

M是圆柱形铁芯，它与磁极的柱面共轴，铁芯上有一矩形线框，可绕与铁芯M共轴的固定转动轴旋转。

磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径的磁场。

若从图示位置开始计时，当线框绕固定转动轴匀速转动时，下列图像中能正确反映线框中感应电动势e随时间t变化规律的是()答案 D解析因发电机的两个磁极N、S呈半圆柱面形状，磁极间的磁感线呈辐向分布，线框与磁感应线垂直的两边所在处的磁感应强度的大小相等，故线框在磁场中转动时垂直切割磁感线，产生的感应电动势的大小不变，A、B错误；线框越过竖直方向的空隙段后，线框切割磁感线产生的感应电动势的方向发生变化，故C错误，D正确。