（课标ⅱ卷）2020届高考物理一轮复习 专题十二 交变电流教师用书（pdf，含解析）.pdf

专题十二交变电流 真题多维细目表 真题涉分 考点 交变电流的 产生和描述 变压器、 远距离输电 题型难度设题情境思想方法试题结构素养要素 ２０１８ 课标Ⅲ，１６６交变电流有效值选择中选项互斥科学推理 ２０１６ 课标Ⅰ，１６６变压器选择易理想变压器建模探究选项互斥科学推理 ２０１６ 课标Ⅲ，１９６变压器选择易理想变压器选项并列科学推理 ２０１６ 课标Ⅲ，２１６交流电产生选择中线框切割磁感线比较法选项并列 科学推理、 科学论证 ２０１５ 课标Ⅰ，１６６变压器选择中理想变压器选项互斥 科学论证、 科学推理 总计 卷均分２２ 题／１４ 卷３ 题／１４ 卷选择中 占比２％考频常见考法 命题规律与趋势 ０１考查内容 １．交变电流的产生及变化规律 ２．交变电流的“四值”及应用 ３．理想变压器的工作原理与规律 ４．理想变压器的动态电路分析 ５． 远距离输电的模式以及电压和功率 损耗 ０２命题趋势 １．以选择题为主，重点考查交变电流的“四 值”，还有理想变压器 ２．会与现代科技，实际生产、生活相联系进 行命题 ０３命题特点 本专题属于边缘章节，不是重点知识，一般 会以选择题的形式考查各个知识点 ０４备考建议 １．复习时重点关注理想变压器电路中原、 副线圈与各物理量之间的制约关系。

２．弄清交变电流的产生，理想变压器的工 作原理，远距离输电的特点 ０５核心素养 本专题主要考查的核心素养是物理观念、 科学思维 ０６题型难度 主要以选择题形式出现，以控制变量法为 主，属于简单题，送分题 ２ ５年高考３年模拟Ｂ 版（教师用书） 对应学生用书起始页码 Ｐ１８１ 考点一交变电流的产生和描述 一、交变电流的产生 １．正弦式交变电流的变化规律（线圈在中性面位置开始计 时） 表达式图像 磁通量Φ＝Φｍｃｏｓ ωｔ＝ＢＳ ｃｏｓ ωｔ 电动势ｅ＝Ｅｍｓｉｎ ωｔ＝ＮＢＳω ｓｉｎ ωｔ 电压ｕ＝Ｕｍｓｉｎ ωｔ＝ ＲＥｍ Ｒ＋ｒ ｓｉｎ ωｔ 电流ｉ＝Ｉｍｓｉｎ ωｔ＝ Ｅｍ Ｒ＋ｒ ｓｉｎ ωｔ ２．正弦交变电流图像 正弦交变电流随时间的变化情况可以从图像上表示出来， 图像描述的是交变电流随时间变化的规律，它是一条正弦曲线， 如图所示，从图中我们可以找出正弦交变电流的最大值 Ｉｍ、周期 Ｔ，也可以根据线圈在中性面时感应电动势 ｅ 为零、感应电流 ｉ 为 零、线圈中的磁通量最大的特点，找出线圈旋转到中性面的时 刻，即线圈中磁通量最大的时刻是 ０ 时刻、ｔ２时刻和 ｔ４时刻 也 可以根据线圈旋转至平行于磁感线时，感应电动势最大、线圈中 感应电流最大和磁通量为零的特点，找出线圈平行于磁感线的 时刻是 ｔ１时刻和 ｔ３时刻。

二、交流电四值的比较 物理含义重要关系适用情况及说明 瞬 时 值 交 变 电 流 某 一 时 刻 的值 ｅ＝Ｅｍｓｉｎ ωｔ ｉ＝Ｉｍｓｉｎ ωｔ 计算线圈某时刻的受力情况 或力矩的瞬时值 续表 物理含义重要关系适用情况及说明 峰 值 最 大 的 瞬 时值 Ｅｍ＝ＮＢＳω Ｅｍ＝ＮΦｍω Ｉｍ＝ Ｅｍ Ｒ＋ｒ 讨论电容器的击穿电压 有 效 值 跟 交 变 电 流 的 热 效 应 等 效 的 恒定电 流值 对正弦交流 电有： Ｅ＝Ｅｍ／ ２ Ｕ＝Ｕｍ／ ２ Ｉ＝Ｉｍ／ ２ （１）计算与电流热效应有关的 量（如功、功率、热量等） （２）电压表、电流表的读数为 有效值 （３）电器设备“铭牌” 上所标 的一般是有效值 （４）保险丝的熔断电流为有效值 平 均 值 交 变 电 流 图 像 中 图 线 与 时 间 轴 所 夹 的 面 积 与 时 间的比值 Ｅ＝ＢＬ ｖ Ｅ＝ｎ ΔΦ Δｔ Ｉ＝ Ｅ Ｒ＋ｒ 计算 通 过 电 路 横 截 面 的 电 荷量 一个电阻为 ｒ、边长为 Ｌ 的正方形线圈 ａｂｃｄ 共 Ｎ 匝，线 圈在磁感应强度为 Ｂ 的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴 ＯＯ′以 如图所示的角速度 ω 匀速转动，外电路电阻为 Ｒ。

（１）在图中标出此刻线圈中感应电流的方向 （２）转动过程中感应电动势的最大值为多大？ （３）线圈平面与磁感线夹角为 ６０°时的感应电动势为多大？ （４）设发电机由柴油机带动，其他能量损失不计，线圈转一 周，柴油机做多少功？ （５）从图示位置开始，线圈转过 ６０°的过程中通过 Ｒ 的电荷 量是多少？ 解析 （１）由楞次定律或右手定则可知电流方向为顺时 针方向（图略） （２）Ｅｍ＝ＮＢＳω＝ＮＢωＬ２ （３） 线圈平面与 Ｂ 成 ６０°时的瞬时感应电动势 ｅ ＝ Ｅｍ· ｃｏｓ ６０°＝ １ ２ ＮＢωＬ２ （４）电动势的有效值 Ｅ＝ Ｅｍ ２ ；电流的有效值 Ｉ＝ Ｅ Ｒ＋ｒ；柴油机 做的功等于产生的电能，线圈转一周柴油机做的功 Ｗ ＝ ＥＩＴ ＝ Ｅ２ Ｒ＋ｒ Ｔ＝ ＮＢωＬ２ ２ æ è ç ö ø ÷ ２ Ｒ＋ｒ ·２π ω ＝πＮ ２Ｂ２ωＬ４ Ｒ＋ｒ 􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌 专题十二 交变电流 ３ （５） Ｉ平均＝ Ｅ平均 Ｒ＋ｒ ＝ Ｎ·ΔΦ Δｔ（Ｒ＋ｒ）， 所 以 电 荷 量 ｑ ＝ Ｉ平均 · Δｔ ＝ Ｎ·ＢＳ ｓｉｎ ６０° Ｒ＋ｒ ＝ ３ＮＢＬ２ ２（Ｒ＋ｒ） 。

答案 见解析 １．关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流，下列说法中正 确的是（ ） Ａ．线圈平面每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次， 感应电动势的方向不变 Ｂ．线圈每转动一周，感应电流的方向改变一次 Ｃ．线圈平面每经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向 都改变一次 Ｄ．线圈每转动一周，感应电动势和感应电流的方向都改变一次 １．答案 Ｃ 依据交流电的变化规律可知，如果从中性面开始 计时，有 ｅ＝Ｅｍｓｉｎ ωｔ 和 ｉ＝Ｉｍｓｉｎ ωｔ；如果从垂直于中性面的位 置开始计时，有 ｅ＝Ｅｍｃｏｓ ωｔ和 ｉ＝Ｉｍｃｏｓ ωｔ，不难看出，线圈平面 每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次，感应电动势 的方向也改变一次；线圈每转动一周，感应电流的方向和感应 电动势的方向都改变两次，Ｃ 正确，Ａ、Ｂ、Ｄ 错误 ２．小型交流发电机的矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产 生的感应电动势与时间的关系是正弦函数 将发电机与一个 标有“６ Ｖ，６ Ｗ”的小灯泡连接形成闭合回路，不计电路的其他 电阻 当线圈的转速为 ｎ＝ ５ ｒ／ ｓ 时，小灯泡恰好正常发光，则 电路中电流的瞬时值表达式为（ ） Ａ．ｉ＝ｓｉｎ ５ｔ（Ａ） Ｂ．ｉ＝ｓｉｎ １０πｔ（Ａ） Ｃ．ｉ＝１．４１ ｓｉｎ ５ｔ（Ａ） Ｄ．ｉ＝１．４１ ｓｉｎ １０πｔ（Ａ） ２．答案 Ｄ 因为小灯泡正常发光，所以电路中电流的有效值 为 Ｉ＝ Ｐ Ｕ ＝１ Ａ，则电流的最大值为 Ｉｍ＝ ２ Ａ≈１．４１ Ａ。

因为转 速 ｎ＝５ ｒ／ ｓ，又 ω＝２ｎπ，所以 ω＝１０π ｒａｄ／ ｓ，故电路中电流的瞬 时值表达式为 ｉ＝１．４１ ｓｉｎ １０πｔ（Ａ），选项 Ｄ 正确 ３．（２０１８ 黑龙江七台河期末，４）如图为小型旋转电枢式交流发电 机的原理图，其矩形线圈在磁感应强度为 Ｂ 的匀强磁场中，绕 垂直于磁场方向的固定轴 ＯＯ′匀速转动，线圈的两端经集流环 和电刷与电阻 Ｒ＝１０ Ω 连接，ｔ＝ ０ 时线圈以 Ｔ＝ ０．０２ ｓ 的周期 从图中位置开始转动，转动时理想交流电压表示数为１０ Ｖ 则 Ａ．电阻 Ｒ 上的电功率为 ２０ Ｗ Ｂ．Ｒ 两端的电压 ｕ 随时间变化的规律是 ｕ＝１０ ２ ｃｏｓ １００πｔ（Ｖ） Ｃ．０．０２ ｓ 时 Ｒ 两端的电压瞬时值为零 Ｄ．通过 Ｒ 的电流 ｉ 随时间 ｔ 变化的规律是 ｉ＝ ２ ｃｏｓ ５０πｔ（Ａ） ３．答案 Ｂ 电阻 Ｒ 消耗的功率为 Ｐ＝ Ｕ２ Ｒ ＝ １０２ １０ Ｗ＝１０ Ｗ，故 Ａ 错误；Ｒ 两端电压的最大值为 Ｕｍ＝ ２Ｕ＝ １０ ２ Ｖ，周期为 Ｔ＝ ０．０２ ｓ，角速度 ω＝ ２π Ｔ ＝１００π ｒａｄ／ ｓ，故 Ｒ 两端的电压 ｕ 随时间 ｔ 变化的规律是 ｕ＝ １０ ２ ｃｏｓ １００πｔ（Ｖ），故 Ｂ 正确；０．０２ ｓ 时磁 通量的变化率最大，此时产生的感应电动势最大，Ｒ 两端电压 最大，故 Ｃ 错误；Ｉｍ＝ Ｕｍ Ｒ ＝ １０ ２ １０ Ａ＝ ２ Ａ，则通过 Ｒ 的电流 ｉ 随 时间 ｔ 变化的规律是 ｉ＝ ２ ｃｏｓ １００πｔ（Ａ），故 Ｄ 错误。

４．频率为 ５０ Ｈｚ 的交变电流，其电压 ｕ＝ １２０ ２ ｓｉｎ ωｔ Ｖ，把它加 在激发电压、熄灭电压均为 ８４ Ｖ 的霓虹灯的两端，求在半个周 期内霓虹灯点亮的时间 （计算时取 ２ ＝１．４） ４．答案 １ １５０ ｓ 解析 根据交流电压瞬时值表达式求出半个周期中瞬时值 等于 ８４ Ｖ 的两个时刻，从而得出半个周期中霓虹灯的发光时 间 Δｔ 该交流电压的周期 Ｔ＝ １ ５０ ｓ＝ ０．０２ ｓ，电压的最大值 Ｕｍ＝ １２０ ２ Ｖ＝１６８ Ｖ＝２×８４ Ｖ 作交流电压的 ｕ－ｔ 图像如图所示，由于加在霓虹灯两端电 压大于 ８４ Ｖ 时灯管才发光，由图像可知在半个周期内灯管点 亮的时间是 Δｔ＝ｔ２ －ｔ １ 由 ｕ＝１２０ ２ ｓｉｎ（２πｆｔ）Ｖ＝８４ Ｖ 可知 ２πｆｔ１＝ π ６ 得 ｔ１＝ １ ６００ ｓ ２πｆｔ２＝ ５π ６ 得 ｔ２＝ ５ ６００ ｓ 所以 Δｔ＝ｔ２ －ｔ １＝ １ １５０ ｓ＝ ２ ３ · Ｔ ２ 即霓虹灯在半个周期内，有 ２ ３ 的时间被点亮， １ ３ 的时间是 不发光的 考点二变压器、远距离输电 一、理想变压器原副线圈的基本量的关系 理想变压器 没有能量损失（铜损、铁损），没有磁通量损失（磁通量 全部集中在铁芯中） 基 本 关 系 功率 关系 原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率 Ｐ入 ＝Ｐ 出 电压 关系 原、副线圈的电压比等于匝数比，公式：Ｕ１／ Ｕ２ ＝ｎ １／ ｎ２，与负 载、副线圈的多少无关 电流 关系 （１）只有一个副线圈时：Ｉ１／ Ｉ２ ＝ｎ ２／ ｎ１ （２） 有多个副线圈时： 由 Ｐ入 ＝ Ｐ 出 得 Ｉ１Ｕ１ ＝ Ｉ ２Ｕ２＋ Ｉ３Ｕ３＋…＋ＩｎＵｎ或 Ｉ１ｎ１ ＝Ｉ ２ｎ２ ＋Ｉ ３ｎ３＋…＋Ｉｎｎｎ 频率 关系 ｆ１ ＝ｆ ２（变压器不改变交流电的频率） （２０１６ 课标Ⅲ，１９，６ 分）（多选）如图，理想变压器原、副 􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌􀪌 ４ ５年高考３年模拟Ｂ 版（教师用书） 线圈分别接有额定电压相同的灯泡ａ 和ｂ。

当输入电压Ｕ 为灯泡额 定电压的 １０ 倍时，两灯均能正常发光，下列说法正确的是（ ） Ａ．原、副线圈匝数比为 ９ ∶ １ Ｂ．原、副线圈匝数比为 １ ∶ ９ Ｃ．此时 ａ 和 ｂ 的电功率之比为 ９ ∶ １ Ｄ．此时 ａ 和 ｂ 的电功率之比为 １ ∶ ９ 解析 由题意知 Ｕ＝ １０Ｕ灯，ａ、ｂ 均正常发光，则变压器输 入电压 Ｕ１＝ ９Ｕ灯，而输出电压 Ｕ２ ＝ Ｕ 灯，所以原、副线圈匝数比 ｎ１∶ ｎ２ ＝Ｕ １∶ Ｕ２＝９ ∶ １；而 Ｉ１∶ Ｉ２ ＝ｎ ２ ∶ ｎ１＝ １ ∶ ９，所以两灯功率 之比 Ｐａ∶ Ｐｂ ＝Ｕ 灯Ｉ１∶ Ｕ灯Ｉ２＝１ ∶ ９，选项 Ａ、Ｄ 正确 答案 ＡＤ 二、远距离输电 （１）为减小输电线路上的电能损失，常采用高压输电，这是 因为输电功率一定时，输电线上电流 Ｉ＝ Ｐ Ｕ ，输电线上损失的功率 Ｐ损 ＝Ｉ ２ Ｒ＝ Ｐ２Ｒ Ｕ２ ，可知 Ｐ损∝ １ Ｕ２ （２）输电线上的功率损失 Ｐ损＝ＵＩ、Ｐ损＝ Ｐ Ｕ () ２ Ｒ、Ｐ损＝ Ｕ２ Ｒ 中 的“Ｕ”是指同一电压吗？ ａ．Ｐ损＝ＵＩ。