2024年高考物理二輪復(fù)習(xí) 交流電路（附答案解析）

專題n?交流電路

命題規(guī)律

本專題主要考查有關(guān)交流電的峰值、有效值、變壓器、遠(yuǎn)

能力突破距離輸電等問題，能夠了解電能的輸送、生活中各種變壓

器的應(yīng)用等知識(shí)。

(1)交變電流的產(chǎn)生原理及“四值”的描述和圖像；

高考熱點(diǎn)(2)理想變壓器的規(guī)律及動(dòng)態(tài)分析的方法；

(3)掌握遠(yuǎn)距離輸電損耗的原因及計(jì)算方法。

出題方向以選擇題為主，考查的內(nèi)容比較簡單，題目難度一般。

:2考點(diǎn)歸納

考點(diǎn)1交變電流的產(chǎn)生和描述

【解題技巧】

1.注意區(qū)分交變電流的最大值、瞬時(shí)值、有效值和平均值，其中最大值是瞬時(shí)值中的

最大值，有效值是以電流的熱效應(yīng)等效來定義的。

2,確定正弦式交變電流的峰值，根據(jù)已知圖象或由公式求出相應(yīng)峰值，其

中0=與=22/=2?！?。

3.與電磁感應(yīng)問題一樣，求解與電功、電熱相關(guān)的問題時(shí)，要用有效值；而求解通過

導(dǎo)體某橫截面的電荷量時(shí)，要用平均值。

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【例1】（2023?莆田模擬）某家庭電路兩端的電壓瓦隨時(shí)間，變化關(guān)系如圖所示，下列

B.該交流電的電壓有效值為31卜

C.交流電壓表測(cè)得該電壓表示數(shù)為220H

D.該交流電的電壓表達(dá)式為"=2205訪100加（產(chǎn)）

【分析】根據(jù)圖像得出交流電的周期，結(jié)合周期和頻率的關(guān)系得出交流電的頻率;

根據(jù)正弦式交流電的峰值和有效值的關(guān)系得出電壓的有效值；

根據(jù)圖像得出交流電的電壓表達(dá)式。

【解答】解：A.該交流電的周期為7=2xl0"s

則該父流電的頻率為/=}=~Hz=50Hz,故/錯(cuò)誤;

BC.該交流電的電壓最大值為31W,則該交流電的電壓有效值為。=沙=220/

V2

即交流電壓表測(cè)得該電壓表示數(shù)為220K,故8錯(cuò)誤，C正確;

D.該交流電的電壓表達(dá)式為“=311sinl00;r"）,故。錯(cuò)誤。

故選：CO

【點(diǎn)評(píng)】本題主要考查了交流電的相關(guān)應(yīng)用，理解交流電的物理量之間的關(guān)系，結(jié)合圖

像的物理意義和有效值的計(jì)算方法即可完成分析。

【例2】（2022秋?南崗區(qū)校級(jí)期末）一個(gè)矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的交變電流

的電動(dòng)勢(shì)為e=220sin20（brt%）,則下列說法正確的是（）

A.當(dāng)/=0時(shí)，線圈平面垂直于勻強(qiáng)磁場

B.該交變電流的頻率是2004z

C.當(dāng)/=」一s時(shí)，e最大

200

D.該交變電流電動(dòng)勢(shì)的最大值為220&P

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【分析】根據(jù)交流電的表達(dá)式，可知其最大值，以及線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度等物理量，知道

電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式是正弦函數(shù)，從中性面開始計(jì)時(shí)的，此時(shí)磁通量最大.

【解答】解：A.當(dāng)/=0時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e=0,此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小，線圈平面垂直于

勻強(qiáng)磁場，故/正確；

B.該交變電流的頻率/=且=型叨出=100%

242萬

故8錯(cuò)誤；

C.將"*s代入e=220sin200;rt（，）可得e=0

故C錯(cuò)誤；

D.由表達(dá)式可知該交變電流電動(dòng)勢(shì)的最大值220H,故。錯(cuò)誤。

故選：Ao

【點(diǎn)評(píng)】對(duì)于交流電的產(chǎn)生和描述要正確理解，要會(huì)推導(dǎo)交流電的表達(dá)式，明確交流電

表達(dá)式中各個(gè)物理量的含義，知道電壓表和電流表測(cè)量的都是有效值.

【例3】（2022?朝陽區(qū)一模）如圖是某交流發(fā)電機(jī)的示意圖。當(dāng)線圈就〃繞垂直于勻

強(qiáng)磁場方向的轉(zhuǎn)軸O。，勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電路中產(chǎn)生電流的最大值為外電路的電阻為

圖示位置線圈平面與磁場方向垂直。已知線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的周期為7。下列說法正確的是（

)

A.在圖示位置，穿過線圈的磁通量的變化率為零

B.在圖示位置，線圈中的電流方向?yàn)閏fd

C.在一個(gè)周期內(nèi)，外電路產(chǎn)生的焦耳熱為/）7

D.從圖示位置開始計(jì)時(shí)，線圈中電流，隨時(shí)間/變化的關(guān)系式為“cos軍/

【分析】圖示位置為中心面位置，磁通量變化率為零，電動(dòng)勢(shì)為零，電流為零，根據(jù)瞬

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時(shí)值表達(dá)式求解i隨時(shí)間f變化的關(guān)系式；求解焦耳熱同有效值計(jì)算。

【解答】解：/、在圖示位置，線圈與磁場垂直，位于中性面位置，磁通量最大，磁通

量變化率為零，故/正確；

B、在圖系位置，電路中電流為零，故8錯(cuò)誤；

C、求解焦耳熱時(shí)要用有效值計(jì)算，則一個(gè)周期內(nèi)，外電路產(chǎn)生的焦耳熱為。=（與）2及人

V2

故C錯(cuò)誤；

。、圖示位置為中性面，則從圖示位置開始計(jì)時(shí)，線圈中電流，?隨時(shí)間，變化的關(guān)系式為

i=sin^r

故。錯(cuò)誤。

故選：Ao

【點(diǎn)評(píng)】本題考查正弦式交變電流，解題關(guān)鍵是知道線圈位于中性面位置時(shí)，磁通量變

化率為零，電動(dòng)勢(shì)為零，知道求解焦耳熱用有效值計(jì)算。

【例4】（2022?西城區(qū)一模）一個(gè)白熾燈泡額定電壓為220，，額定功率為20%,接在

交流電源上正常工作，則（）

A.燈泡電壓的峰值為220P

B.流過燈絲的電流有效值約為0.13/

C.\rnin內(nèi)燈泡消耗的電能是1.2x10力

D.1機(jī)山內(nèi)燈絲產(chǎn)生的熱量是20J

【分析】白熾燈泡的額定電壓為電壓的有效值，根據(jù)尸=力求解電流的有效值；根據(jù)

E=臼求解燈泡消耗的電能；燈泡消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為熱量。

【解答】解：A,白熾燈泡額定電壓220K為有效值，則燈泡電壓的峰值大于220K,故/

錯(cuò)誤；

B、流過燈絲的電流有效值約為/=￡=型/=0.091

U220

故8錯(cuò)誤；

C、\rnin內(nèi)燈泡消耗的電能為E=Pf=20xlx60J=1.2x10"

故C正確；

。、燈泡為純電阻用電器，消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為熱量，1加〃內(nèi)燈絲產(chǎn)生的熱量為

0=1.2x10V

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故。錯(cuò)誤。

故選：Co

【點(diǎn)評(píng)】本題考查有效值、峰值和熱量的求解，知道白熾燈的額定電壓為有效值，知道

燈泡為純電阻電路，消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為熱量。

【例5】（2023?廈門一模）如圖所示，一個(gè)單匝矩形閉合導(dǎo)線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于

磁感線的軸。。，勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，圖示時(shí)刻磁場與平面垂直，轉(zhuǎn)動(dòng)周期為7；,線圈產(chǎn)生的電動(dòng)

勢(shì)的最大值為則（）

A.線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中穿過線圈的磁通量的最大值為叵追

44

B.線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中磁通量變化率的最大值為%

C.圖示時(shí)刻為中性面，電流大小為0

D.若線圈繞時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，電動(dòng)勢(shì)的最大值將變?yōu)?%

【分析】根據(jù)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)峰值公式求解磁通量的最大值；根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律求解

磁通量變化率的最大值；圖示位置為中性面位置，電動(dòng)勢(shì)為0,電流為0；根據(jù)電動(dòng)勢(shì)

峰值公式判斷電動(dòng)勢(shì)最大值的變化。

【解答】解：/、線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值％

則磁通量的最大值①,,,=/=邑="4

co24

故/錯(cuò)誤；

B、根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得：E=@

則磁通量變化率的最大值為故B正確；

C、圖示時(shí)刻，通過線框的磁通量最大，磁通量變化率為0,電動(dòng)勢(shì)為0,電流為0,圖

示位置為中性面位置，故C正確；

D、若線框繞仍轉(zhuǎn)動(dòng)，通過線圈磁通量的最大值不變，則由％=85。得，電動(dòng)勢(shì)的最大

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值不變，故。錯(cuò)誤。

故選：BC。

【點(diǎn)評(píng)】本題考查正弦式交變電流的產(chǎn)生，解題關(guān)鍵是掌握法拉第電磁感應(yīng)定律，知道

正弦式交變電流的產(chǎn)生原理。

考點(diǎn)2理想變壓器和遠(yuǎn)距離輸電

【解題技巧】

1.關(guān)于理想變壓器的四點(diǎn)說明

(1)變壓器不能改變直流電壓。

(2)變壓器只能改變交變電流的電壓和電流，不能改變交變電流的頻率。

(3)理想變壓器本身不消耗能量。

(4)理想變壓器基本關(guān)系中的Ui、5、4、A均為有效值。

2.含有變壓器的動(dòng)態(tài)電路問題的解題思路

(。)確定原線圈電壓原線圈電壓U,為定值]

(⑵確定在圈電壓功』既調(diào)禽知’若窯為定值，.

’0、

((3)確定副線圈電流卜＞由一，2=總■知#增大時(shí)/2減小,

°心R:

((4)確定輸出功率P2卜＞(由知減小時(shí)由減小

((5)確定輸入功率Plt由P尸P2知,P2減小時(shí)R也減小)

?------------------------------1

((6)確定原線圈電流A卜＞由人哈知B減小時(shí)/,也減小

3.遠(yuǎn)距離輸電問題的解題關(guān)鍵

(1)整個(gè)輸電線路由三個(gè)回路組成，回路間通過變壓器建立聯(lián)系(如圖所示)。

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（2）關(guān)鍵是通過分析，利用題目條件，首先求出中間回路的電流/2,則AU=/2火，AP=

AIR

RR=bUh=^~

R

【例1】（2022?天津一模）如圖所示，一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為2:1,原線

圈輸入的交流電壓瞬時(shí)值的表達(dá)式為〃=22應(yīng)sinlOO加（/）,定值電阻飛的阻值為100,電

阻箱&的初始阻值為20C,燈泡心阻值恒為200。下列說法正確的是（）

B.逐漸增大&的阻值，與功率逐漸變大

C.當(dāng)a。時(shí)，副線圈功率達(dá)到最大

D.若將打換為一個(gè)理想二極管，則燈泡A兩端電壓的有效值為110&H

【分析】根據(jù)變壓器的變壓和變流規(guī)律、歐姆定律、串并聯(lián)電流的關(guān)系等結(jié)合題設(shè)條件

求電流表的示數(shù)；

把副線圈看成一個(gè)串聯(lián)在原線圈的“等效負(fù)載”，當(dāng)與變化時(shí)，分析用的功率變化；安

同樣的方法，求副線圈的功率在什么情況下有最大值；

根據(jù)有效值的定義結(jié)合二極管的特點(diǎn)，求燈泡兩端的電壓。

【解答】解：/、設(shè)副線圈電壓為4,原線圈電壓為H，《兩端電壓為〃，則：u=u;+u、

根據(jù)變壓規(guī)律有：幺=%=2

U2n2

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設(shè)燈泡電流為/,燈泡電阻與電阻箱的阻值相同，電阻箱的電流也為/,則：

U,=IR,=V.R,

-2_

根據(jù)變流規(guī)律有：3=4

122

而:=I禺

聯(lián)立解得：I[A

即電流表的示數(shù)為弓故N錯(cuò)誤；

8、逐漸增大&的阻值，則負(fù)載阻值增大，把負(fù)載等效成一個(gè)電阻串聯(lián)在原線圈中，則

串聯(lián)電路總阻值增大，則總電流減小，根據(jù)斤=/；為，可知與功率逐漸變小，故8錯(cuò)誤;

C、把負(fù)載等效成一個(gè)電阻串聯(lián)在原線圈中，其等效阻值設(shè)為R,貝心5小

又因?yàn)椋骸?/,?&—,幺=及=2,人=1

22R2+R/u2n2I22

聯(lián)立解得：R=4x馬-

4+公

R的功率為：P=I：R=(-^—)2R=----------

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

R1

由上式可知，當(dāng)R=小時(shí)，R的功率最大，即副線圈功率達(dá)最大。貝I：R=4x汽風(fēng)=&

4+&

解得：/?=—Q,故C正確；

27

D.若將與換為一個(gè)理想二極管，則原線圈只有一半時(shí)間里有電壓且與左端輸入電壓相

同，原線圈電壓有效值設(shè)為GH，則仁/工=里.及.7

R112Rn

解得：4=110回

則燈泡Z兩端電壓的有效值不為110立故。錯(cuò)誤。

故選：Co

【點(diǎn)評(píng)】本題考查變壓器的規(guī)律及動(dòng)態(tài)分析，難點(diǎn)在于原線圈里有電阻，此時(shí)要用等效

負(fù)載的方法進(jìn)行處理。根據(jù)瞬時(shí)值的表達(dá)式可以求得輸出電壓的有效值、周期和頻率等,

再根據(jù)電壓與匝數(shù)成正比，功率關(guān)系及歐姆定律可求得相關(guān)結(jié)論。

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【例2】（2022?天津模擬）如圖（a）所示，理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為3:1,

當(dāng)為阻值隨溫度升高而減小的熱敏電阻，均為定值電阻，電壓表和電流表均為理想交流

電表。原線圈所接電源電壓“隨時(shí)間，按正弦規(guī)律變化，如圖（b）所示。下列說法正確

的是（）

A.〃隨/變化的規(guī)律為"=25O0sin（lOOR/

B.變壓器原、副線圈中的電流之比為3:1

C.變壓器輸入、輸出功率之比為1:3

D.若熱敏電阻得的溫度升高，則電流表的示數(shù)變小，變壓器的輸入功率變大

【分析】根據(jù)圖像得到電壓的峰值和周期，進(jìn)而求解角速度，結(jié)合正弦式交變電流規(guī)律

求解n隨,變化規(guī)律；根據(jù)理想變壓器原副線圈電流比等于匝數(shù)的反比求解電流比；理

想變壓器輸入功率等于輸出功率；根據(jù)歐姆定律判斷電流的變化，根據(jù)P=S判斷功率

的變化。

【解答】解：A,由圖像得，電源電壓的峰值為4=250后

周期為7=0.02s

則co=—=-^—rad/s=\OO^rad/s

T0.02

"隨f變化的規(guī)律為"=UgsinftX=250五sin（100R）/

故/正確；

8、理想變壓器原副線圈電流比等于匝數(shù)的反比，則變壓器原、副線圈中的電流之比為

1:3

故8錯(cuò)誤；

C、變壓器輸入功率等于輸出功率，故C錯(cuò)誤；

。、若熱敏電阻當(dāng)?shù)臏囟壬撸?的阻值減小，副線圈回路總電阻減小，電壓不變,

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則電流增大，電流表的示數(shù)增大，由「="得，變壓器的輸出功率增大，變壓器的輸入

功率等于輸出功率，則變壓器的輸入功率增大，故。錯(cuò)誤。

故選：Ao

【點(diǎn)評(píng)】本題考查正弦式交變電流，解題關(guān)鍵是能從“T圖像中得到電壓的峰值和周期,

知道理想變壓器原副線圈電流比等于匝數(shù)的反比，輸入功率等于輸出功率。

【例3】（2023?西城區(qū)一模）如圖1,變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個(gè)線圈組

成的。如圖2,原線圈與交流電源連接，副線圈與負(fù)載及連接。已知，原、副線圈的匝

數(shù)分別為，仆n2,原線圈的輸入功率為勺、電壓為q、電流為頻率為工，副線圈的

輸出功率為6、電壓為％、電流為乙、頻率為力。下列說法正確的是（）

A.若變壓器為理想變壓器，且色>〃2，則q>&，/>人

B.若變壓器為理想變壓器，且“a%,則/心八，f1=f2

C.若僅考慮《產(chǎn)生的磁場不能完全局限在鐵芯內(nèi)，則勺>6

D.若僅考慮變壓器線圈通過電流時(shí)會(huì)發(fā)熱，則人〈區(qū)

【分析】根據(jù)理想變壓器電壓比等于匝數(shù)比、電流比等于匝數(shù)反比;

原、副線圈中的交流電頻率一定相等；

變壓器中存在漏磁損耗，原線圈的輸入功率大于副線圈的輸出功率。

【解答】解：AB.若變壓器為理想變壓器，且〃口內(nèi)，則根據(jù)理想變壓器電壓比等于匝

數(shù)比，即4=史

U

2“2

可知ux>u2

若々<

第10頁（共13頁）

根據(jù)理想變壓器電流比等于匝數(shù)反比，即

[2〃1

可知4＞12

原、副線圈中的交流電頻率一定相等，故錯(cuò)誤；

C.若僅考慮，產(chǎn)生的磁場不能完全局限在鐵芯內(nèi)，變壓器中存在漏磁損耗，故原線圈

的輸入功率大于副線圈的輸出功率，故C正確;

D.若僅考慮變壓器線圈通過電流時(shí)會(huì)發(fā)熱，則

即人＞4_＞生

‘2U、nt

故。錯(cuò)誤。

故選：CO

【點(diǎn)評(píng)】本題解題關(guān)鍵是掌握理想變壓器電壓比等于匝數(shù)比、電流比等于匝數(shù)反比、現(xiàn)

實(shí)中變壓器存在漏磁損耗，故原線圈的輸入功率大于副線圈的輸出功率。

【例4】（2023?廣西二模）如圖甲所示的電路中，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為3:1,

電路中的5個(gè)燈泡完全相同，定值電阻R=150C,當(dāng)/、8端輸入如圖乙所示的交變電

壓時(shí)，5個(gè)燈泡亮度相同，則每個(gè)燈泡的平均功率為（）

【分析】根據(jù)圖乙求解/、8端輸入電壓的有效值；設(shè)燈泡的額定電壓為U,額定電流

為/,根據(jù)理想變壓器電壓與匝數(shù)比、電流與匝數(shù)比的關(guān)系和歐姆定律求解變壓器原副

線圈兩端電壓和電流，根據(jù)功率公式求解燈泡的功率。

【解答】解：設(shè)每個(gè)燈泡兩端的電壓為U,由題知原副線圈匝數(shù)比勺：〃2=3：1

由圖乙可知，A,8端的輸入電壓有效值為a1g=弓，-=120曠

電阻R兩端的電壓等于原線圈的輸入電壓，原副線圈匝數(shù)比等于電壓比，有："=叢

U〃2

由串并聯(lián)規(guī)律可知：UR+U=U“,

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代入數(shù)據(jù)聯(lián)立解得，電阻R兩端的電壓為4=90產(chǎn)

U=30，

設(shè)通過每個(gè)燈泡的電流為/,則通過副線圈的電流為3/,理想變壓器原副線圈電流比等

于匝數(shù)的反比，則原線圈的輸入電流為/,可知通過電阻R的電流與通過每個(gè)燈泡的電

流相同，可知通過燈泡的電流為/=4=里/=0.6/

R150

每個(gè)燈泡的功率為P="=30x0.6少=18少

故C正確，4BD錯(cuò)誤。

故選：Co

【點(diǎn)評(píng)】本題是原線圈中接有用電器的變壓器，關(guān)鍵是要弄清電源的輸出電流與通過變

壓器原線圈中的電流的關(guān)系、電源的輸出電壓與原線圈兩端電壓的關(guān)系；要熟練掌握理

想變壓器電壓與匝數(shù)比、電流與匝數(shù)比的關(guān)系。

【例5】（2023?遼寧模擬）圖（a）是目前世界上在建規(guī)模最大、技術(shù)難度最高的水電

工程——白鶴灘水電站，是我國實(shí)施“西電東送”的大