第三章 交变电流与远距离输电 章末总结课件 -2025-2026学年高二下学期物理鲁科版选择性必修第二册

该高中物理单元复习课件系统梳理了电磁学核心公式、交变电流“四值”、变压器动态分析及远距离输电等知识，通过公式分类汇总与专题模块串联，构建起从基础公式到综合应用的知识网络，帮助学生明晰知识点内在逻辑。 其亮点在于采用“专题研析-规律总结-真题训练”模式，如通过交流发电机感应电动势计算培养科学推理能力，选用2024山东卷等真题强化科学探究，分层达标训练满足个性化复习需求，有效巩固知识，助力教师精准教学。

章末总结 专题研析·拓展提升 专题一　对交变电流“四值”的理解与计算 [例1] 如图为一个小型旋转电枢式交流发电机结构示意图,其矩形线圈的长度为L1,宽度为L2,共有n匝,总电阻为r,与线圈两端相接触的集流环上接有一个阻值为R的定值电阻,线圈以角速度ω在磁感应强度为B的匀强磁场中绕与磁场方向垂直的对称轴OO′匀速转动,沿转轴OO′方向看去,线圈沿逆时针方向转动,t=0时刻线圈平面与磁感线垂直。 (1)求线圈经过图示位置时,通过电阻R的感应电流的方向; 【答案】 (1)自下而上 【解析】 (1)根据右手定则判断可知,线圈中的电流方向是 d→c→b→a,故通过电阻R的感应电流方向是自下而上。 (2)写出线圈转动过程中感应电动势的瞬时值表达式; 【答案】 (2)e=nBL1L2ωsin ωt 【解析】 (2)从中性面开始计时,感应电动势随时间按正弦规律变化,且最大值Em=nBL1L2ω,所以感应电动势的瞬时值表达式e=nBL1L2ωsin ωt。 (3)求线圈从t=0时所处的位置开始到转过90°的过程中的平均感应电动势; (4)求线圈从t=0时所处的位置开始转过60°时电路中的瞬时电流; (5)求线圈转动一个周期内电阻R上产生的热量。 (1)瞬时值:它反映不同时刻交变电流的大小和方向,表达式e=Emsin ωt, u=Umsin ωt,i=Imsin ωt,对应线圈从中性面开始计时。 (2)最大值:电动势、电压或电流变化过程中的最大值,它表示交变电流大小的变化范围,当线圈平面跟磁感线平行时,交流电动势最大且为Em=nBSω。电容器接在交流电路中,则交变电压的最大值不能超过电容器的耐压值。 ·规律总结· ·规律总结· ·规律总结· [针对训练1] (2024·山东卷)如图甲所示,在 -d≤x≤d,-d ≤y≤d的区域中存在垂直于xOy平面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场(用阴影表示磁场的区域),边长为2d的正方形线圈与磁场边界重合。线圈以y轴为转轴匀速转动时,线圈中产生的交变电动势如图乙所示。 若仅磁场的区域发生了变化,线圈中产生的电动势变为图丙所示实线部分,则变化后磁场的区域可能为(　　) C A B C D 专题二　含变压器电路的动态分析 [例2] 如图所示,理想变压器原线圈接在交流电源上,图中各电表均为理想电表,开关S断开。下列说法正确的是(　　) A.当滑动变阻器的滑片P向上滑动时,R1消耗的功率变大 B.当滑动变阻器的滑片P向上滑动时,电压表V示数变大 C.当滑动变阻器的滑片P向上滑动时,电流表A1示数变大 D.若闭合开关S,则电流表A1、A2示数均变大 B 【解析】 当滑动变阻器的滑片P向上滑动时,接入电路的阻值变大,而变压器副线圈两端电压不变,则副线圈中的电流减小,变压器的输出功率变小,输入功率减小,电流表A1示数变小,R1消耗的功率及其两端电压均变小,故电压表的示数变大,选项A、C错误,B正确;若闭合开关S,副线圈电路中总电阻减小,副线圈中的电流变大,R1两端电压变大,R2两端电压减小,电流表A2示数变小,原线圈中的电流变大,电流表A1示数变大,选项D错误。 (1)匝数比不变、负载电阻改变的情况(如图甲所示)。 ·规律方法· ·规律方法· ·规律方法· (2)匝数比改变(如n2变化)、负载电阻不变的情况(如图乙所示)。 [针对训练2] (双选)(2024·重庆卷)小明设计了台灯的两种调光方案,电路图分别如图甲、乙所示,图中额定电压为6 V的灯泡电阻恒定,R为滑动变阻器,理想变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2。原线圈两端接电压为220 V的交流电;滑片P可调节灯泡L的亮度,P在R最左端时,甲、乙图中灯泡L均在额定功率下工作,则(　 　) A.n1∶n2=110∶3 B.当P滑到R中点时,图甲中L功率比图乙中的小 C.当P滑到R最左端时,图甲所示电路比图乙更节能 D.图甲中L两端电压的可调范围比图乙中的大 AC 专题三　远距离输电线路的分析与计算 (1)线框转动角速度大小; 【答案】 (1)100π rad/s　 (2)降压变压器原、副线圈匝数之比。 解决远距离输电问题的方法 (1)画出输电示意图,包括发电机、升压变压器、输电线、降压变压器、负载等,在图中标出相应物理量符号。 (2)分别在“三个回路”以及“两个变压器”上找各物理量之间的关系,特别注意由升压变压器的副线圈、输电线、降压变压器的原线圈组成的回路。 ·规律方法· [针对训练3] (2025·广东卷)如图所示,某光伏电站输出功率1 000 kW、电压400 V的交流电,经理想变压器升压至10 kV后,通过输电线输送到变电站,输电线的等效电阻R为5 Ω。下列说法正确的是(　　) A.变压器原、副线圈匝数比为1∶100 B.输电线上由R造成的电压损失为500 V C.变压器原线圈中的电流为100 A D.变压器原、副线圈中电流的频率不同 B 达标训练·检测效果 1.(双选)在一小型交流发电机中,矩形金属线圈abcd的面积为S,匝数为n,线圈总电阻为r,在磁感应强度为B的匀强磁场中,绕轴OO′以角速度ω匀速转动(从上往下看沿逆时针方向),以如图甲所示的位置作为计时的起点,产生的感应电动势随时间的变化关系如图乙所示,矩形线圈与阻值为R的电阻构成闭合电路,下列说法正确的是(　 　) AD 2.(双选)泉州水力资源丰富,现利用市内某条流量Q=2 m3/s、落差h=5 m的河流发电并进行远距离输电。如图所示,若发电机输出功率为 4×104 W,输出电压恒为240 V,输电线路总电阻 R线=24 Ω,允许损失功率为输出功率的6%,要 满足居民220 V的用电需求。重力加速度g取 10 m/s2,水的密度ρ=1.0× 103 kg/m3,则(　 　) A.发电机的效率为45% B.该输电线路所使用的理想升压变压器的匝数比是3∶50 C.该输电线路所使用的理想降压变压器的匝数比是180∶11 D.若用户区消耗的功率增大,则用户区获得的电压U4将变小 BD 3.如图所示,变压器为理想变压器,电流表A1内阻不可忽略,其余的均为理想的电流表和电压表。a、b之间接有电压有效值不变的交流电源,R0为定值电阻, R为滑动变阻器。现将滑动变阻器的滑片沿c→d的方向滑动时,则下列说法正确的是(　　) A.电流表A1、A2的示数都变大 B.电流表A1的示数变小,A2的示数变大 C.电压表V1、V2示数不变,V3示数变小 D.电压表V1、V2示数变小,V3示数变大 A 【解析】 a、b之间接有电压有效值不变的交流电源,滑动变阻器的滑片沿c→d的方向滑动时,滑动变阻器接入电路的阻值变小,故电流表A2示数增大,根据输出电流决定输入电流,电流表A1示数也增大,故A正确,B错误;由于电流表A1内阻不可忽略,故Uab=I1r+U1,Uab不变,I1变大,则U1变小,即电压表V1示数变小,根据电压与匝数成正比,电压表V2示数也变小,U3=U2-I2R0,I2变大, U2变小,故U3变小,即V3示数变小,故C、D错误。 AD CD 4 11 44 7.如图所示,某小型水电站发电机的输出功率为 10 kW,输出电压为400 V,向距离较远的用户供电,为了减少电能损失,使用4 kV高压输电,最后用户得到“220 V　9.5 kW”的电力,求: (1)水电站升压变压器原、副线圈匝数比n1∶n2; (2)输电线路的导线总电阻r; 【答案】 (2)80 Ω (3)用户降压变压器原、副线圈匝数比n3∶n4。 感谢观看 【答案】 (3)　 【解析】 (3)线圈转过90°过程中,磁通量的改变量ΔΦ=BL1L2,时间为Δt=×=, 由法拉第电磁感应定律有=n==。 【答案】 (4)　　 【解析】 (4)根据闭合电路欧姆定律,电流随时间的变化关系式为i===sin ωt, 而ωt=60°,则i=·=。 【答案】 (5)　　 【解析】 (5)电动势的有效值E==, 电流的有效值I==,而周期 T=, 则线圈转动一个周期内电阻R上产生的热量 Q=I2RT=。 (3)有效值:正弦式交变电流的有效值跟最大值之间的关系是U=Um,I=Im。对于非正弦式交变电流,应根据电流的热效应计算。通常用电压表、电流表所测的交流电压、电流的值都是有效值。用电器上所标电压、电流值也是有效值。在计算交变电流通过导体产生的热量、电功以及确定保险丝的熔断电流时,需要用有效值。 (4)平均值:在由=n计算某一过程线圈中产生的平均感应电动势时,ΔΦ为该过程中磁通量的改变量。计算平均值切忌用算术平均法,≠,也不同于有效值。 【解析】 根据题意可知,磁场区域变化前线圈产生的感应电动势为e=Esin ωt,由题图丙可知,磁场区域变化后,当Esin ωt=时,线圈的侧边开始切割磁感线,即当线圈旋转时开始切割磁感线,由几何关系可知磁场区域平行于x轴的边长变为d′=2dcos =d,C正确。 ①U1不变,根据=,输入电压U1决定输出电压U2,不论负载电阻R如何变化,U2不变。 ②当负载电阻发生变化时,I2变化,输出电流I2决定输入电流I1,故I1发生 变化。 ③I2变化引起P2变化,P1=P2,故P1发生变化。 ①U1不变,发生变化,故U2变化。 ②R不变,U2变化,故I2发生变化。 ③U2变化,根据P2=,P2发生变化,再根据P1=P2,故P1变化,U1不变,故I1发生变化。 【解析】 滑片P在最左端时,题图甲、乙中变压器输出电压均为灯泡的额定电压6 V,由题图知 ==,A正确;当P滑到R中点时,题图甲中总电阻为P左端电阻与灯泡电阻之和,题图乙中总电阻为灯泡电阻与P右端电阻并联后的总电阻与P左端电阻之和,由于并联电阻小于灯泡电阻,则题图甲中灯泡两端电压大于题图乙中灯泡两端电压,故题图甲中灯泡功率比题图乙中灯泡功率大,B错误;当P滑到R最左端时,题图甲中电路只有灯泡接入,题图乙中R与灯泡并联,总电阻更小,输出功率更大,故题图甲所示电路比题图乙更节能,C正确;题图乙中的灯泡两端电压在0到6 V间变化,题图甲中灯泡两端电压最高为 6 V,最低达不到0,则题图乙中灯泡两端电压的可调范围更大,D错误。 [例3] 供电部门为医院设计的供电系统输电电路简图如图所示,发电机的矩形线框ABCD 处于磁感应强度大小B= T的水平匀强磁场中,线框面积S=0.25 m2,匝数n=100,电阻不计。线框绕垂直于磁场的轴OO′以一定的角速度匀速转动,并与升压变压器的原线圈相连,升压变压器原、副线圈的匝数之比为1∶20,降压变压器的副线圈接入到医院供电,两变压器间的输电线等效电阻R=40 Ω,变压器均为理想变压器。当发电机输出功率P=5×104 W时,电压表的示数为250 V,额定电压为220 V的医疗设备正常工作。求: 【解析】 (1)发电机产生的最大感应电动势Em=nBSω, 电压表的示数U1=,解得ω=100π rad/s。 【答案】(2) 【解析】 (2)升压变压器的输出电压U2=U1=5 000 V, 输送电流I==10 A, 降压变压器的输入电压U3=U2-IR=4 600 V, 对降压变压器有==。 (3)利用输电电流I=,输电线上损失电压 U损=IR线,输电线损失功率P损= I2R线=()2R线,P入=P出,=及其相关知识解答。 【解析】 根据理想变压器原、副线圈电压比等于匝数比,可得===,A错误;原、副线圈两端的功率相等,流过副线圈的电流I2== A=100 A,输电线上由R造成的电压损失为ΔU=I2R=100×5 V=500 V,B正确;变压器原线圈中的电流为 I1== A=2 500 A,C错误;变压器不改变交变电流的频率,变压器原、副线圈中电流的频率相同,D错误。 A.在t1～t3时间内,通过电阻R电流方向始终向上 B.在t2～t4时间内,通过电阻R的电荷量为 C.t2时刻穿过线圈的磁通量变化率最大,大小为E0 D.在0～t4时间内电阻R上产生的热量为t4 【解析】 根据右手定则可知,在t1～t3时间内,线圈中的电流方向为c→b→a→d,则通过电阻R电流方向不变,始终向上,故A正确;通过电阻的电荷量 q=,所以t2到t4这段时间通过电阻R的电荷量为q=,又E0=nBSω,故q=,故B错误;t2时刻产生的电动势最大为E0,根据法拉第电磁感应定律E0=n,所以磁通量的变化率为=,故C错误;计算热量应该用有效值,在0～t4时间内电阻R上产生的热量为Q=Rt4=t4,故D正确。 【解析】 发电机的效率为η=×100%=×100%=40%,故A错误;升压变压器原线圈中的电流为I1== A,根据P损=R线=6%P出,解得输电线中的电流为I2=10 A,则该输电线路所使用的理想升压变压器的匝数比为==,故B正确;升压变压器副线圈的输出电压为 U2=U1=4 000 V,降压变压器原线圈的输入电压为U3=U2-I2R线=3 760 V,则该输电线路所使用的理想降压变压器的匝数比为==,故C错误; 若用户区消耗的功率增大,则电源输出总功率变大,因为总电压不变,由I=,可知升压变压器原线圈电流变大,输电线中的电流变大,则输电线上的损耗电压变大,降压变压器原线圈电压变小,则降压变压器副线圈电压也变小,故D 正确。 4.(双选)如图所示是自耦变压器(可视为理想变压器)的原理图,线圈AB绕在一个圆形的铁芯上,A、B端加上u=220sin 100πt V 的交流电压,通过移动滑动触头P来调节C、D端输出电压。当P处于图示位置时,原、副线圈的匝数比 n1∶n2=2∶1,现想将一个“38 V　19 W”的灯泡接到输出端C、D,下列操作可使灯泡正常发光的是(　 　) A.仅将P顺时针旋转到合适位置 B.仅将P逆时针旋转到合适位置 C.仅将灯泡并联一个阻值为144 Ω的电阻 D.仅将灯泡串联一个阻值为144 Ω的电阻 【解析】 输入电压的有效值为U1==220 V,根据变压器两端的电压与匝数的关系可知U2=U1=110 V,灯泡的额定电压为38 V,可知若将一个“38 V　19 W”的灯泡接到输出端C、D,并使灯泡正常发光,可以仅将P顺时针旋转到合适位置减小副线圈的匝数,也可串联一个电阻,根据RL∶R=UL∶UR,又RL=,UL+UR=110 V,联立解得需要串联的电阻阻值为R=144 Ω,故A、D正确,B、C错误。 5.(双选)某实验小组利用如图所示的电路模拟研究远距离输电。图中交流电源电压为U=6 V,定值电阻为R=20 Ω,小灯泡L的规格为“6 V　3.6 W”,接通电路调节两个变压器,使小灯泡始终以额定功率工作,此时理想变压器T1原、副线圈的匝数比为=k1,理想变压器T2原、副线圈的匝数比为=k2。则下列说法正确的是(　 　) A.k1和k2的乘积大于1 B.k1越大,电路的输电效率越高 C.若k2=6,则R上消耗的电功率为0.2 W D.若k2=6,则变压器T1的输出电压为38 V 【解析】 由于两个变压器之间的电阻R上会有电压,理想变压器T1输出电压U2等于T2对应的输入电压U3与R上电压UR之和,则有匝数比满足==k1,===k2,由于U1=U4=6 V,则有k1k2=·=<1,A错误;k1越大,T1输出的电压U2越低,T2输出电压U4越低,要使灯泡以额定功率正常工作,则需要输电线上的电流越大,则输电线损失的电功率越大,电路的输电效率越低,B错误;对变压器T2,输出电流与输入电流的比值满足=k2,对灯泡则有I4== A=0.6 A,若k2=6,则R上电流 I3=0.1 A,其消耗的电功率PR=R=0.12×20 W=0.2 W,C正确;若k2=6,则有==k2,U3=U4=6×6 V=36 V,则变压器T1的输出电压为U2=U3+I3R=36 V+0.1×20 V=38 V,D正确。 6.如图所示,一理想变压器的原、副线圈匝数分别为2 200和110,将原线圈接在输出电压u=220sin 100πt V的交流电源两端。副线圈上只接有一个电阻R,与原线圈串联的理想交流电流表的示数为 0.20 A。变压器副线圈中电流的有效值为　　　　 A,电阻R两端的电压有效值为　　　　V,电阻R的电功率为　　　　 W。  【解析】 由u=220sin 100πt V知,原线圈两端电压有效值为220 V,由 = 得U2=11 V,即电阻R两端的电压有效值为11 V,由于交流电流表示数为 0.20 A,根据P入=P出,有U1I1=U2I2,I2== A=4 A,即变压器副线圈中电流有效值为4 A;电阻R的电功率为P=U2I2=11×4 W=44 W。 【答案】 (1) 【解析】 (1)升压变压器原、副线圈匝数比为===。 【解析】 (2)导线总电阻r与输送电流和输电线上损失的电功率有关,有P损= r,又有I2=,P1=P2,则I2=2.5 A,所以r== Ω=80 Ω。 【答案】 (3) 【解析】 (3)设降压变压器原线圈上电压为U3, U3=U2-I2r=(4 000-2.5×80) V=3 800 V, 所以降压变压器原、副线圈匝数比为===。 $