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章末素养提升
物理观念 交变电流 的产生和 描述 （1）产生：闭合线圈在匀强磁场中绕　　　　　　　　　　匀速转动 （2）交变电流的四值 ①瞬时值：e=　　　　　　　 i=　　　　　　　　（从线圈位于中性面开始计时） ②峰值：Em=　　　 ③有效值：U=，I=（只适用于正弦式交变电流） ④平均值：=n，=　　　
变压器 =，I1n1=I2n2，P1=P2（只有一个副线圈时）
远距离 输电 1.输电线路上的功率损耗：ΔP=I2R线，电压损耗：ΔU=IR线，在输电导线电阻不变的条件下，要减少电能损耗，可通过提高输电　　　　以减小输电　　　　 2.基本原理：先用升压变压器升压到几百千伏后再向远距离输送，到达用户地区再通过降压变压器进行降压
科学思维 1.会用右手定则和法拉第电磁感应定律得出正弦式交变电流的方向和大小 2.会根据电流的热效应计算有效值 3.会推导理想变压器原、副线圈电压与匝数的关系
科学探究 通过实验，探究并了解变压器原、副线圈电压与匝数的关系
科学态度 与责任 通过实验，养成安全操作、严谨认真、实事求是的科学态度；通过高压输电的学习，了解我国电网事业的高速发展
例1　如图（a）所示，两个单匝矩形线圈分别放入匀强磁场中绕垂直磁场的轴OO'转动，两个线圈的转速不同，穿过两线圈的磁通量随时间分别按图（b）中图线甲、乙的规律变化，则（　　）
A.图线甲对应线圈在t=0时产生的感应电动势最大
B.图线乙对应的线圈，1 s内交变电流的方向改变5次
C.图线甲、乙对应的线圈在t=0.2 s时，线圈平面均垂直于磁感线
D.图线甲、乙对应的线圈转速之比为5∶4
例2　（2022·广东卷）如图是简化的某种旋转磁极式发电机原理图。定子是仅匝数n不同的两线圈，n1>n2，二者轴线在同一平面内且相互垂直，两线圈到其轴线交点O的距离相等，且均连接阻值为R的电阻，转子是中心在O点的条形磁铁，绕O点在该平面内匀速转动时，两线圈输出正弦式交变电流。不计线圈电阻、自感及两线圈间的相互影响，下列说法正确的是（　　）
A.两线圈产生的电动势的有效值相等
B.两线圈产生的交变电流频率相等
C.两线圈产生的电动势同时达到最大值
D.两电阻消耗的电功率相等
例3　如图甲所示电路，已知电阻R1=R2=R，和R1并联的D是理想二极管（正向电阻可视为零，反向电阻为无穷大），在A、B之间加一个如图乙所示的交变电压（电压为正值时，UAB>0）。由此可知（　　）
A.在A、B之间所加的交变电压的周期为2 s
B.在A、B之间所加的交变电压的瞬时值表达式为u=20sin 50πt V
C.加在R1上的电压的有效值为10 V
D.加在R2上的电压的有效值为5 V
例4　（多选）如图甲所示，自耦变压器的原线圈与N匝、半径为r的圆形线圈（图中未画全）相连，副线圈与定值电阻R构成闭合回路，图示位置副线圈的匝数为原线圈匝数的。圆形线圈内有垂直线圈平面的磁场，磁感应强度按图乙所示规律变化（以垂直纸面向里为正方向）。不考虑电阻随温度的变化以及线圈的电阻，下列说法正确的是（　　）
A.滑片P在图甲所示位置时，定值电阻两端的最大电压为
B.滑片P在图甲所示位置时，定值电阻消耗的电功率为
C.若磁感应强度的变化周期减小，则变压器的输出功率将增大
D.若自耦变压器的滑片P顺时针转动，则通过原线圈的电流增大
例5　（多选）“西电东送”是我国实现经济跨区域可持续快速发展的重要保证，如图为模拟远距离高压输电示意图。已知升压变压器原、副线圈两端的电压分别为U1和U2，降压变压器原、副线圈两端的电压分别为U3和U4。在输电线路的起始端接入两个互感器，两个互感器原、副线圈的匝数比分别为20∶1和1∶20，各互感器和电表均为理想状态，则下列说法正确的是（　　）
A.电压互感器起降压作用，电流互感器起减小电流作用
B.若电压表的示数为200 V，电流表的示数为5 A，则线路输送电功率为100 kW
C.若保持发电机输出电压U1和用户数不变，仅将滑片Q下移，则输电线损耗功率增大
D.若发电机输出电压U1一定，仅增加用户数，为维持用户电压U4不变，可将滑片P上移
例6　（多选）（2022·福建卷）某同学利用如图所示电路模拟远距离输电。图中交流电源电压为6 V，定值电阻R1=R2=20 Ω，小灯泡L1、L2的规格均为“6 V　1.8 W”，理想变压器T1、T2原、副线圈的匝数比分别为1∶3和3∶1。分别接通电路Ⅰ和电路Ⅱ，两电路都稳定工作时（　　）
A.L1与L2一样亮
B.L2比L1更亮
C.R1上消耗的功率比R2的大
D.R1上消耗的功率比R2的小
答案精析
再现素养知识
垂直于磁场的轴　Emsin ωt　Imsin ωt　nBSω　　电压　电流
提能综合训练
例1　D　［在t=0时刻，Φ甲最大，则产生的感应电动势最小，故A错误；图线乙对应的线圈的周期是0.2 s，一个周期内交变电流的方向改变2次，1 s内交变电流的方向改变10次，故B错误；在t=0.2 s时，图线甲、乙对应的线圈的磁通量均为零，所以线圈平面均平行于磁感线，故C错误；由题图可知甲、乙图线对应线圈的周期之比为4∶5，而线圈的转速n=，所以图线甲、乙对应的线圈转速之比为5∶4，故D正确。］
例2　B　［根据E=n，可知两线圈中磁通量的变化率相等，但是匝数不同，则产生的感应电动势平均值不相等，有效值也不相等，根据P=可知，两电阻消耗的电功率也不相等，选项A、D错误；因两线圈放在同一个旋转磁铁的旁边，则两线圈产生的交变电流的频率相等，选项B正确；
当磁铁的磁极到达线圈轴线时，磁通量变化率最大，感应电动势最大，由题图可知两线圈产生的感应电动势不可能同时达到最大值，选项C错误。］
例3　D　［由题图乙可得交流电的周期T=0.02 s，故A错误；电压最大值为Um=20 V，ω==100π rad/s，交变电压的瞬时值表达式为u=Umsin ωt=20sin 100πt V，故B错误；因为电路中有二极管，所以应该分两种情况考虑：当A点电势高于B点电势时二极管导通，即R1被短路，R2两端电压为电源电压 V=20 V；当B点电势高于A点电势时二极管不导通，R1、R2串联分压，R1、R2两端电压均为10 V，设加在R1、R2上电压有效值分别为U1、U2，对R1有·=T，解得U1=5 V，对R2有·+·=T，解得U2=5 V，故C错误，D正确。］
例4　BC　［由题图乙可得磁场变化的角速度ω=，圆形线圈中产生的感应电动势最大值Um=NB0Sω=，由=得定值电阻两端的最大电压U2m=，A错误；定值电阻消耗的电功率为P==，B正确；若磁感应强度的变化周期减小，则感应电动势的最大值增大，有效值增大，副线圈两端的电压增大，定值电阻消耗的电功率即变压器的输出功率将增大，C正确；自耦变压器的滑片P顺时针转动，副线圈的匝数减少，副线圈两端的电压减小，通过副线圈的电流减小，由n1I1=n2I2可知通过原线圈的电流减小，D错误。］
例5　ACD　［电压互感器起降压作用，电流互感器起减小电流作用，故A正确；电压互感器原线圈两端电压U2=U=×200 V=4 000 V，电流互感器原线圈中的电流I2=I=×5 A=100 A，对于理想变压器，线路输送电功率P=P2=U2I2=4 000×100 W=400 kW，故B错误；仅将滑片Q下移，相当于增加了升压变压器副线圈的匝数n2，根据理想变压器的规律U2=U1，升压变压器副线圈两端的电压增大，回路等效电阻不变，所以I3增大，根据ΔP=r，则输电线上损耗功率增大，故C正确；仅增加用户数，即负载总电阻R减小，若降压变压器副线圈两端电压U4不变，则通过副线圈的电流I4=U4，增大，降压变压器原线圈中的电流增大，输电线上的电压损失ΔU=I3r，增大；原线圈两端电压U3=U2-ΔU减小，根据U4=U3可知，当U3减小时，减小n3可以使U4不变，所以要将降压变压器的滑片P上移，故D正确。］
例6　BC　［若开关接cd端，则若电源电压为U0，理想变压器T1、T2的匝数比为==k
用户电阻为R负载，定值电阻等效为输电线电阻为R导线，由变压器工作原理和欧姆定律。升压变压器输出电压U2=kU0
降压变压器原线圈两端电压U3=U2-I2R导线
降压变压器副线圈两端电压U4=
I4= ，=k，I3=I2
可得升压变压器输出功率为
P输=U2I2=
输电线上损耗的电功率为
P导线=R导线
=R导线
用户得到的电功率为
P负载=·k2R负载
若开关接ab端，则负载得到的功率
P负载'=·R负载
输电线上损耗的电功率为
P导线'=R导线
将R导线=R1=R2=20 Ω，
R负载= Ω=20 Ω ，k=3
代入可得P负载>P负载'
即L2比L1更亮；P导线R1上消耗的功率比R2的大，故选B、C。］(共24张PPT)
DISANZHANG
第三章
章末素养提升
再现
素养知识
物理观念 交变电流的产生和描述 (1)产生：闭合线圈在匀强磁场中绕 匀速转动
(2)交变电流的四值
①瞬时值：e=_________
i= (从线圈位于中性面开始计时)
②峰值：Em=______
③有效值：U=，I=(只适用于正弦式交变电流)
④平均值：=n，=_____
垂直于磁场的轴
Emsin ωt
Imsin ωt
nBSω
物理观念 变压器 =，I1n1=I2n2，P1=P2(只有一个副线圈时)
远距离输电 1.输电线路上的功率损耗：ΔP=I2R线，电压损耗：ΔU=IR线，在输电导线电阻不变的条件下，要减少电能损耗，可通过提高输电 以减小输电_____
2.基本原理：先用升压变压器升压到几百千伏后再向远距离输送，到达用户地区再通过降压变压器进行降压
电压
电流
科学思维 1.会用右手定则和法拉第电磁感应定律得出正弦式交变电流的方向和大小
2.会根据电流的热效应计算有效值
3.会推导理想变压器原、副线圈电压与匝数的关系
科学探究 通过实验，探究并了解变压器原、副线圈电压与匝数的关系
科学态度与责任 通过实验，养成安全操作、严谨认真、实事求是的科学态度；通过高压输电的学习，了解我国电网事业的高速发展
　如图(a)所示，两个单匝矩形线圈分别放入匀强磁场中绕垂直磁场的轴OO'转动，两个线圈的转速不同，穿过两线圈的磁通量随时间分别按图(b)中图线甲、乙的规律变化，则
A.图线甲对应线圈在t=0时产生的感应
电动势最大
B.图线乙对应的线圈，1 s内交变电流
的方向改变5次
C.图线甲、乙对应的线圈在t=0.2 s时，线圈平面均垂直于磁感线
D.图线甲、乙对应的线圈转速之比为5∶4
例1
√
提能
综合训练
在t=0时刻，Φ甲最大，则产生的感应
电动势最小，故A错误；
图线乙对应的线圈的周期是0.2 s，一
个周期内交变电流的方向改变2次，
1 s内交变电流的方向改变10次，故B错误；
在t=0.2 s时，图线甲、乙对应的线圈的磁通量均为零，所以线圈平面均平行于磁感线，故C错误；
由题图可知甲、乙图线对应线圈的周期之比为4∶5，而线圈的转速n
=，所以图线甲、乙对应的线圈转速之比为5∶4，故D正确。
　(2022·广东卷)如图是简化的某种旋转磁极式发电机原理图。定子是仅匝数n不同的两线圈，n1>n2，二者轴线在同一平面内且相互垂直，两线圈到其轴线交点O的距离相等，且均连接阻值为R的电阻，转子是中心在O点的条形磁铁，绕O点在该平面内匀速转动时，两线圈输出正弦式交变电流。不计线圈电阻、自感及两线圈间的相互影响，下列说法正确的是
A.两线圈产生的电动势的有效值相等
B.两线圈产生的交变电流频率相等
C.两线圈产生的电动势同时达到最大值
D.两电阻消耗的电功率相等
例2
√
根据E=n，可知两线圈中磁通量的变化率相等，但
是匝数不同，则产生的感应电动势平均值不相等，有
效值也不相等，根据P=可知，两电阻消耗的电功率
也不相等，选项A、D错误；
因两线圈放在同一个旋转磁铁的旁边，则两线圈产生的交变电流的频率相等，选项B正确；
当磁铁的磁极到达线圈轴线时，磁通量变化率最大，感应电动势最大，由题图可知两线圈产生的感应电动势不可能同时达到最大值，选项C错误。
　如图甲所示电路，已知电阻R1=R2=R，和R1并联的D是理想二极管(正向电阻可视为零，反向电阻为无穷大)，在A、B之间加一个如图乙所示的交变电压(电压为正值时，UAB>0)。由此可知
A.在A、B之间所加的交变电压的周期为2 s
B.在A、B之间所加的交变电压的瞬时值表
达式为u=20sin 50πt V
C.加在R1上的电压的有效值为10 V
D.加在R2上的电压的有效值为5 V
例3
√
由题图乙可得交流电的周期T=0.02 s，故A错误；
电压最大值为Um=20 V，ω==100π rad/s，交变电压的瞬时值表达式为u=Umsin ωt=20sin 100πt V，故B错误；
因为电路中有二极管，所以应该分两种情况考虑：当A点电势高于B点电
势时二极管导通，即R1被短路，R2两端电压为电源电压 V=20 V；当B
点电势高于A点电势时二极管不导通，R1、R2串联分压，R1、R2两端电压
均为10 V，设加在R1、R2上电压有效值分别为U1、U2，对R1有·=
T，解得U1=5 V，对R2有·+·=T，解得U2=5 V，故
C错误，D正确。
　(多选)如图甲所示，自耦变压器的原线圈与N匝、半径为r的圆形线圈(图中未画全)相连，副线圈与定值电阻R构成闭合回路，图示位置副线圈的匝数为原线圈匝数的。圆形线圈内有垂直线圈平面的磁场，磁感应强度按图乙所示规律变化(以垂直纸面向里为正方向)。不考虑电阻随温度的变化以及线圈的电阻，下列说法正确的是
例4
A.滑片P在图甲所示位置时，定值电阻两端的最大电压为
B.滑片P在图甲所示位置时，定值电阻消耗的电功率为
C.若磁感应强度的变化周期减小，则变压器的输出功率将增大
D.若自耦变压器的滑片P顺时针转动，则通过原线圈的电流增大
√
√
由题图乙可得磁场变化的角速度ω
=，圆形线圈中产生的感应电动
势最大值Um=NB0Sω=
=得定值电阻两端的最大电压U2m=，A错误；
定值电阻消耗的电功率为P==，B正确；
若磁感应强度的变化周期减小，则
感应电动势的最大值增大，有效值
增大，副线圈两端的电压增大，定
值电阻消耗的电功率即变压器的输出功率将增大，C正确；
自耦变压器的滑片P顺时针转动，副线圈的匝数减少，副线圈两端的电压减小，通过副线圈的电流减小，由n1I1=n2I2可知通过原线圈的电流减小，D错误。
　(多选)“西电东送”是我国实现经济跨
区域可持续快速发展的重要保证，如图为
模拟远距离高压输电示意图。已知升压变
压器原、副线圈两端的电压分别为U1和U2，降压变压器原、副线圈两端的电压分别为U3和U4。在输电线路的起始端接入两个互感器，两个互感器原、副线圈的匝数比分别为20∶1和1∶20，各互感器和电表均为理想状态，则下列说法正确的是
例5
A.电压互感器起降压作用，电流互感器起减小电流作用
B.若电压表的示数为200 V，电流表的示数为5 A，则线路输送电功率为
100 kW
C.若保持发电机输出电压U1和用户数不变，仅将滑片Q下移，则输电线
损耗功率增大
D.若发电机输出电压U1一定，仅增加用户数，为维持用户电压U4不变，
可将滑片P上移
√
√
√
电压互感器起降压作用，电流互感器起减小电流作用，故A正确；
电压互感器原线圈两端电压U2=U=×200 V=4 000 V，电流互感器原线圈中的电流I2=I=×5 A=100 A，对于理想变压器，线路输送
电功率P=P2=U2I2=4 000×100 W=400 kW，故B错误；
仅将滑片Q下移，相当于增加了升压变压器副线圈的匝数n2，根据理想变压器的规律U2=U1，升压变压器副线圈两端的电压增大，回路等效电阻不变，所以I3增大，根据ΔP=r，则输电线上损耗功率增大，故C正确；
仅增加用户数，即负载总电阻R减小，若降压变压器副线圈两端电压
U4不变，则通过副线圈的电流I4=U4，增大，降压变压器原线圈中
的电流增大，输电线上的电压损失ΔU=I3r，增大；原线圈两端电压
U3=U2-ΔU减小，根据U4=U3可知，当U3减小时，减小n3可以使U4不
变，所以要将降压变压器的滑片P上移，故D正确。
　(多选)(2022·福建卷)某同学利用如图所示电路模拟远距离输电。图中交流电源电压为6 V，定值电阻R1=R2=20 Ω，小灯泡L1、L2的规格均为“6 V　1.8 W”，理想变压器T1、T2原、副线圈的匝数比分别为1∶3和3∶1。分别接通电路Ⅰ和电路Ⅱ，两电路都稳定工作时
A.L1与L2一样亮
B.L2比L1更亮
C.R1上消耗的功率比R2的大
D.R1上消耗的功率比R2的小
例6
√
√
若开关接cd端，则若电源电压为U0，
理想变压器T1、T2的匝数比为==k
用户电阻为R负载，定值电阻等效为输
电线电阻为R导线，由变压器工作原理
和欧姆定律。升压变压器输出电压U2=kU0
降压变压器原线圈两端电压U3=U2-I2R导线
降压变压器副线圈两端电压U4=
I4==k，I3=I2
可得升压变压器输出功率为
P输=U2I2=
输电线上损耗的电功率为
P导线=R导线=R导线
用户得到的电功率为
P负载=·k2R负载
若开关接ab端，则负载得到的功率
P负载'=·R负载
输电线上损耗的电功率为
P导线'=R导线
将R导线=R1=R2=20 Ω，R负载= Ω=20 Ω ，k=3代入可得P负载>P负载'
即L2比L1更亮；P导线R1上消耗的功率比R2的大，故选B、C。

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