2024年高考物理二轮复习 交流电路（附答案解析）

专题n•交流电路

命题规律

本专题主要考查有关交流电的峰值、有效值、变压器、远

能力突破距离输电等问题，能够了解电能的输送、生活中各种变压

器的应用等知识。

(1)交变电流的产生原理及“四值”的描述和图像；

高考热点(2)理想变压器的规律及动态分析的方法；

(3)掌握远距离输电损耗的原因及计算方法。

出题方向以选择题为主，考查的内容比较简单，题目难度一般。

:2考点归纳

考点1交变电流的产生和描述

【解题技巧】

1.注意区分交变电流的最大值、瞬时值、有效值和平均值，其中最大值是瞬时值中的

最大值，有效值是以电流的热效应等效来定义的。

2,确定正弦式交变电流的峰值，根据已知图象或由公式求出相应峰值，其

中0=与=22/=2兀〃。

3.与电磁感应问题一样，求解与电功、电热相关的问题时，要用有效值；而求解通过

导体某横截面的电荷量时，要用平均值。

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【例1】（2023•莆田模拟）某家庭电路两端的电压瓦随时间，变化关系如图所示，下列

B.该交流电的电压有效值为31卜

C.交流电压表测得该电压表示数为220H

D.该交流电的电压表达式为"=2205访100加（产）

【分析】根据图像得出交流电的周期，结合周期和频率的关系得出交流电的频率;

根据正弦式交流电的峰值和有效值的关系得出电压的有效值；

根据图像得出交流电的电压表达式。

【解答】解：A.该交流电的周期为7=2xl0"s

则该父流电的频率为/=}=~Hz=50Hz,故/错误;

BC.该交流电的电压最大值为31W,则该交流电的电压有效值为。=沙=220/

V2

即交流电压表测得该电压表示数为220K,故8错误，C正确;

D.该交流电的电压表达式为“=311sinl00;r"）,故。错误。

故选：CO

【点评】本题主要考查了交流电的相关应用，理解交流电的物理量之间的关系，结合图

像的物理意义和有效值的计算方法即可完成分析。

【例2】（2022秋•南岗区校级期末）一个矩形线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流

的电动势为e=220sin20（brt%）,则下列说法正确的是（）

A.当/=0时，线圈平面垂直于匀强磁场

B.该交变电流的频率是2004z

C.当/=」一s时，e最大

200

D.该交变电流电动势的最大值为220&P

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【分析】根据交流电的表达式，可知其最大值，以及线圈转动的角速度等物理量，知道

电动势的表达式是正弦函数，从中性面开始计时的，此时磁通量最大.

【解答】解：A.当/=0时，感应电动势e=0,此时感应电动势最小，线圈平面垂直于

匀强磁场，故/正确；

B.该交变电流的频率/=且=型叨出=100%

242万

故8错误；

C.将"*s代入e=220sin200;rt（，）可得e=0

故C错误；

D.由表达式可知该交变电流电动势的最大值220H,故。错误。

故选：Ao

【点评】对于交流电的产生和描述要正确理解，要会推导交流电的表达式，明确交流电

表达式中各个物理量的含义，知道电压表和电流表测量的都是有效值.

【例3】（2022•朝阳区一模）如图是某交流发电机的示意图。当线圈就〃绕垂直于匀

强磁场方向的转轴O。，匀速转动时，电路中产生电流的最大值为外电路的电阻为

图示位置线圈平面与磁场方向垂直。已知线圈转动的周期为7。下列说法正确的是（

)

A.在图示位置，穿过线圈的磁通量的变化率为零

B.在图示位置，线圈中的电流方向为cfd

C.在一个周期内，外电路产生的焦耳热为/）7

D.从图示位置开始计时，线圈中电流，随时间/变化的关系式为“cos军/

【分析】图示位置为中心面位置，磁通量变化率为零，电动势为零，电流为零，根据瞬

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时值表达式求解i随时间f变化的关系式；求解焦耳热同有效值计算。

【解答】解：/、在图示位置，线圈与磁场垂直，位于中性面位置，磁通量最大，磁通

量变化率为零，故/正确；

B、在图系位置，电路中电流为零，故8错误；

C、求解焦耳热时要用有效值计算，则一个周期内，外电路产生的焦耳热为。=（与）2及人

V2

故C错误；

。、图示位置为中性面，则从图示位置开始计时，线圈中电流，•随时间，变化的关系式为

i=sin^r

故。错误。

故选：Ao

【点评】本题考查正弦式交变电流，解题关键是知道线圈位于中性面位置时，磁通量变

化率为零，电动势为零，知道求解焦耳热用有效值计算。

【例4】（2022•西城区一模）一个白炽灯泡额定电压为220，，额定功率为20%,接在

交流电源上正常工作，则（）

A.灯泡电压的峰值为220P

B.流过灯丝的电流有效值约为0.13/

C.\rnin内灯泡消耗的电能是1.2x10力

D.1机山内灯丝产生的热量是20J

【分析】白炽灯泡的额定电压为电压的有效值，根据尸=力求解电流的有效值；根据

E=臼求解灯泡消耗的电能；灯泡消耗的电能全部转化为热量。

【解答】解：A,白炽灯泡额定电压220K为有效值，则灯泡电压的峰值大于220K,故/

错误；

B、流过灯丝的电流有效值约为/=£=型/=0.091

U220

故8错误；

C、\rnin内灯泡消耗的电能为E=Pf=20xlx60J=1.2x10"

故C正确；

。、灯泡为纯电阻用电器，消耗的电能全部转化为热量，1加〃内灯丝产生的热量为

0=1.2x10V

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故。错误。

故选：Co

【点评】本题考查有效值、峰值和热量的求解，知道白炽灯的额定电压为有效值，知道

灯泡为纯电阻电路，消耗的电能全部转化为热量。

【例5】（2023•厦门一模）如图所示，一个单匝矩形闭合导线圈在匀强磁场中绕垂直于

磁感线的轴。。，匀速转动，图示时刻磁场与平面垂直，转动周期为7；,线圈产生的电动

势的最大值为则（）

A.线圈转动过程中穿过线圈的磁通量的最大值为叵追

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B.线圈转动过程中磁通量变化率的最大值为%

C.图示时刻为中性面，电流大小为0

D.若线圈绕时转动，电动势的最大值将变为2%

【分析】根据感应电动势峰值公式求解磁通量的最大值；根据法拉第电磁感应定律求解

磁通量变化率的最大值；图示位置为中性面位置，电动势为0,电流为0；根据电动势

峰值公式判断电动势最大值的变化。

【解答】解：/、线圈转动过程中感应电动势的峰值％

则磁通量的最大值①,,,=/=邑="4

co24

故/错误；

B、根据法拉第电磁感应定律得：E=@

则磁通量变化率的最大值为故B正确；

C、图示时刻，通过线框的磁通量最大，磁通量变化率为0,电动势为0,电流为0,图

示位置为中性面位置，故C正确；

D、若线框绕仍转动，通过线圈磁通量的最大值不变，则由％=85。得，电动势的最大

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值不变，故。错误。

故选：BC。

【点评】本题考查正弦式交变电流的产生，解题关键是掌握法拉第电磁感应定律，知道

正弦式交变电流的产生原理。

考点2理想变压器和远距离输电

【解题技巧】

1.关于理想变压器的四点说明

(1)变压器不能改变直流电压。

(2)变压器只能改变交变电流的电压和电流，不能改变交变电流的频率。

(3)理想变压器本身不消耗能量。

(4)理想变压器基本关系中的Ui、5、4、A均为有效值。

2.含有变压器的动态电路问题的解题思路

(。)确定原线圈电压原线圈电压U,为定值]

(⑵确定在圈电压功』既调禽知’若窑为定值，.

’0、

((3)确定副线圈电流卜＞由一，2=总■知#增大时/2减小,

°心R:

((4)确定输出功率P2卜＞(由知减小时由减小

((5)确定输入功率Plt由P尸P2知,P2减小时R也减小)

◊------------------------------1

((6)确定原线圈电流A卜＞由人哈知B减小时/,也减小

3.远距离输电问题的解题关键

(1)整个输电线路由三个回路组成，回路间通过变压器建立联系(如图所示)。

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（2）关键是通过分析，利用题目条件，首先求出中间回路的电流/2,则AU=/2火，AP=

AIR

RR=bUh=^~

R

【例1】（2022•天津一模）如图所示，一理想变压器原、副线圈的匝数比为2:1,原线

圈输入的交流电压瞬时值的表达式为〃=22应sinlOO加（/）,定值电阻飞的阻值为100,电

阻箱&的初始阻值为20C,灯泡心阻值恒为200。下列说法正确的是（）

B.逐渐增大&的阻值，与功率逐渐变大

C.当a。时，副线圈功率达到最大

D.若将打换为一个理想二极管，则灯泡A两端电压的有效值为110&H

【分析】根据变压器的变压和变流规律、欧姆定律、串并联电流的关系等结合题设条件

求电流表的示数；

把副线圈看成一个串联在原线圈的“等效负载”，当与变化时，分析用的功率变化；安

同样的方法，求副线圈的功率在什么情况下有最大值；

根据有效值的定义结合二极管的特点，求灯泡两端的电压。

【解答】解：/、设副线圈电压为4,原线圈电压为H，《两端电压为〃，则：u=u;+u、

根据变压规律有：幺=%=2

U2n2

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设灯泡电流为/,灯泡电阻与电阻箱的阻值相同，电阻箱的电流也为/,则：

U,=IR,=V.R,

-2_

根据变流规律有：3=4

122

而:=I禺

联立解得：I[A

即电流表的示数为弓故N错误；

8、逐渐增大&的阻值，则负载阻值增大，把负载等效成一个电阻串联在原线圈中，则

串联电路总阻值增大，则总电流减小，根据斤=/；为，可知与功率逐渐变小，故8错误;

C、把负载等效成一个电阻串联在原线圈中，其等效阻值设为R,贝心5小

又因为：■=/,•&—,幺=及=2,人=1

22R2+R/u2n2I22

联立解得：R=4x马-

4+公

R的功率为：P=I：R=(-^—)2R=----------

R+R,(---f---)--+4rRK.

R1

由上式可知，当R=小时，R的功率最大，即副线圈功率达最大。贝I：R=4x汽风=&

4+&

解得：/?=—Q,故C正确；

27

D.若将与换为一个理想二极管，则原线圈只有一半时间里有电压且与左端输入电压相

同，原线圈电压有效值设为GH，则仁/工=里.及.7

R112Rn

解得：4=110回

则灯泡Z两端电压的有效值不为110立故。错误。

故选：Co

【点评】本题考查变压器的规律及动态分析，难点在于原线圈里有电阻，此时要用等效

负载的方法进行处理。根据瞬时值的表达式可以求得输出电压的有效值、周期和频率等,

再根据电压与匝数成正比，功率关系及欧姆定律可求得相关结论。

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【例2】（2022•天津模拟）如图（a）所示，理想变压器的原、副线圈的匝数比为3:1,

当为阻值随温度升高而减小的热敏电阻，均为定值电阻，电压表和电流表均为理想交流

电表。原线圈所接电源电压“随时间，按正弦规律变化，如图（b）所示。下列说法正确

的是（）

A.〃随/变化的规律为"=25O0sin（lOOR/

B.变压器原、副线圈中的电流之比为3:1

C.变压器输入、输出功率之比为1:3

D.若热敏电阻得的温度升高，则电流表的示数变小，变压器的输入功率变大

【分析】根据图像得到电压的峰值和周期，进而求解角速度，结合正弦式交变电流规律

求解n随,变化规律；根据理想变压器原副线圈电流比等于匝数的反比求解电流比；理

想变压器输入功率等于输出功率；根据欧姆定律判断电流的变化，根据P=S判断功率

的变化。

【解答】解：A,由图像得，电源电压的峰值为4=250后

周期为7=0.02s

则co=—=-^—rad/s=\OO^rad/s

T0.02

"随f变化的规律为"=UgsinftX=250五sin（100R）/

故/正确；

8、理想变压器原副线圈电流比等于匝数的反比，则变压器原、副线圈中的电流之比为

1:3

故8错误；

C、变压器输入功率等于输出功率，故C错误；

。、若热敏电阻当的温度升高，%的阻值减小，副线圈回路总电阻减小，电压不变,

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则电流增大，电流表的示数增大，由「="得，变压器的输出功率增大，变压器的输入

功率等于输出功率，则变压器的输入功率增大，故。错误。

故选：Ao

【点评】本题考查正弦式交变电流，解题关键是能从“T图像中得到电压的峰值和周期,

知道理想变压器原副线圈电流比等于匝数的反比，输入功率等于输出功率。

【例3】（2023•西城区一模）如图1,变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组

成的。如图2,原线圈与交流电源连接，副线圈与负载及连接。已知，原、副线圈的匝

数分别为，仆n2,原线圈的输入功率为勺、电压为q、电流为频率为工，副线圈的

输出功率为6、电压为％、电流为乙、频率为力。下列说法正确的是（）

A.若变压器为理想变压器，且色>〃2，则q>&，/>人

B.若变压器为理想变压器，且“a%,则/心八，f1=f2

C.若仅考虑《产生的磁场不能完全局限在铁芯内，则勺>6

D.若仅考虑变压器线圈通过电流时会发热，则人〈区

【分析】根据理想变压器电压比等于匝数比、电流比等于匝数反比;

原、副线圈中的交流电频率一定相等；

变压器中存在漏磁损耗，原线圈的输入功率大于副线圈的输出功率。

【解答】解：AB.若变压器为理想变压器，且〃口内，则根据理想变压器电压比等于匝

数比，即4=史

U

2“2

可知ux>u2

若々<

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根据理想变压器电流比等于匝数反比，即

[2〃1

可知4＞12

原、副线圈中的交流电频率一定相等，故错误；

C.若仅考虑，产生的磁场不能完全局限在铁芯内，变压器中存在漏磁损耗，故原线圈

的输入功率大于副线圈的输出功率，故C正确;

D.若仅考虑变压器线圈通过电流时会发热，则

即人＞4_＞生

‘2U、nt

故。错误。

故选：CO

【点评】本题解题关键是掌握理想变压器电压比等于匝数比、电流比等于匝数反比、现

实中变压器存在漏磁损耗，故原线圈的输入功率大于副线圈的输出功率。

【例4】（2023•广西二模）如图甲所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为3:1,

电路中的5个灯泡完全相同，定值电阻R=150C,当/、8端输入如图乙所示的交变电

压时，5个灯泡亮度相同，则每个灯泡的平均功率为（）

【分析】根据图乙求解/、8端输入电压的有效值；设灯泡的额定电压为U,额定电流

为/,根据理想变压器电压与匝数比、电流与匝数比的关系和欧姆定律求解变压器原副

线圈两端电压和电流，根据功率公式求解灯泡的功率。

【解答】解：设每个灯泡两端的电压为U,由题知原副线圈匝数比勺：〃2=3：1

由图乙可知，A,8端的输入电压有效值为a1g=弓，­=120旷

电阻R两端的电压等于原线圈的输入电压，原副线圈匝数比等于电压比，有："=丛

U〃2

由串并联规律可知：UR+U=U“,

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代入数据联立解得，电阻R两端的电压为4=90产

U=30，

设通过每个灯泡的电流为/,则通过副线圈的电流为3/,理想变压器原副线圈电流比等

于匝数的反比，则原线圈的输入电流为/,可知通过电阻R的电流与通过每个灯泡的电

流相同，可知通过灯泡的电流为/=4=里/=0.6/

R150

每个灯泡的功率为P="=30x0.6少=18少

故C正确，4BD错误。

故选：Co

【点评】本题是原线圈中接有用电器的变压器，关键是要弄清电源的输出电流与通过变

压器原线圈中的电流的关系、电源的输出电压与原线圈两端电压的关系；要熟练掌握理

想变压器电压与匝数比、电流与匝数比的关系。

【例5】（2023•辽宁模拟）图（a）是目前世界上在建规模最大、技术难度最高的水电

工程——白鹤滩水电站，是我国实施“西电东送”的大