第十一章 交变电流 讲义 -2027届高考物理一轮复习重点题型知识点归纳及典型案例

该高中物理高考复习讲义聚焦交变电流核心考点，涵盖交变电流定义、正弦交流电特点、变压器原理及远距离输电等内容，按“考点必记-典型案例-题型突破”逻辑架构梳理知识内在联系。通过考点梳理明确本质，方法指导提炼规律，真题训练强化应用，助力学生系统构建知识网络，突破重难点。 资料以科学思维和物理观念为引领，创新采用分层题型设计（高频题、重点题、易错题），如在交变电流有效值计算中，通过方波与正弦交流电对比，引导学生用“三同原则”进行科学推理。设置“知识点-题型-解析”闭环教学，配合即时反馈，高效提升学生解题能力，为教师把控复习节奏提供精准指导。

高中物理高考重点题型知识点归纳及典型案例 第十一章 交变电流 考点必记 1.交变电流的定义 (1)交变电流：大小和方向都随着时间做周期性变化的电流。 (2)正(余)弦交流电：按正(余)弦规律变化的电动势、电流称为正(余)弦交流电。 2.正弦交流电的特点 (1)产生：在匀强磁场里，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。 (2)中性面 ①定义：与磁场方向垂直的平面。 ②特点：线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零。线圈每经过中性面一次，电流的方向就改变一次。 (3)图像：用以描述交变电流随时间变化的规律。如果线圈从中性面位置开始计时，其图像为正弦曲线。 (4)数学表达式 如图所示，当线圈 abcd从经过中性面开始计时，ab和 cd边产生的电动势均为 其中S为线圈的面积，设 则此时整个线圈的电动势为( 3.变压器的工作原理 变压器的变压原理是电磁感应。当原线圈加交变电压U₁时，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中都要产生感应电动势。如果原副线圈是闭合的，则副线圈中将产生交变的感应电流，它也在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中同样要引起感应电动势。由于这种互感现象，原、副线圈虽然不相连，电能却可以通过磁场从原线圈传递到副线圈。其能量转换方式为原线圈电能→磁场能→副线圈电能。 4.理想变压器的规律 (1)理想变压器的特点：变压器铁芯内无漏磁；原、副线圈不计内阻，即不产生焦耳热。 (2)电动势关系：由于互感现象，变压器没有漏磁，原、副线圈中每一匝线圈都具有相同的 根据法拉第电磁感应定律有 所以 (3)电压关系：由于不计原、副线圈的电阻，因此原线圈两端的电压 副线圈两端的电压 所以 (4)电流关系：由于不计各种电、磁能量的损失，输入功率等于输出功率，即 因为 则 所以 由 得 典型案例1 交变电流的有效值问题 知识点 1.理论计算表明，在正弦交流电中，有效值I、U与峰值 之间有如下关系： 2.有效值的计算方法 (1)结论法：按正(余)弦变化的交流电，可以用交变电流的有效值与峰值之间的关系求解，即 (2)定义法：按其他规律变化的交流电可以从有效值的定义出发，根据热效应的“三同原则”(同电阻、同时间、同热量)求解。 对于非正弦交流电的有效值，采用方均根法计算： (1)根据交变电流的特点将其分段 (2) 找到各个部分电流有效值的大小I₁、I₂、I₃、I₄、I₅⋯⋯ (3)计算有效值 题型1 高频题 一电阻接到如图甲所示的方波交流电源上，在一个周期内产生的热量为( 若该电阻接到如图乙所示的正弦交变电源上，在一个周期内产生的热量为( 则 等于( ) A. B. C. 1:2 D. 2:1 参考答案解析 【答案】D 【解析】由图甲可知，方波交流电的有效值为u₀，故电阻在一周期内产生的热量为 正弦式交流电的有效值 故电阻在一周期内产生的热量 故 D正确,A、B、C错误。 题型2 高频题 如图所示，甲图为正弦交流电；乙图正值部分电流按正弦规律变化，负值部分电流恒定；丙图为方波式交流电；三个图中的I₀和周期T相同。三种交流电的有效值之比为( ) A. B. C. D. 参考答案解析 【答案】A 【解析】图甲是正弦交流电，有效值为 图乙中，根据电流的热效应，有 解得 图丙是方波式交流电，电流大小不变，仅方向改变，有效值为 故三种交流电的有效值之比为 故A 正确,B、C、D错误。 典型案例2 变压器的动态分析 知识点 1.变压器的动态分析的出题情境：一般典型案例分为两种，一种是原、副线圈匝数比不变，各物理量随负载的变化而变化；另一种是负载不变，各物理量随原、副线圈匝数比的变化而变化。 2.变压器动态分析的解题方法 (1)对于匝数比不变，负载变化的典型案例： ①原、副线圈匝数不变，原线圈两端的电压 不变，所以副线圈两端的电压 也不变。 ②根据电阻变化判断副线圈中电流变化。 ③通过电流和电压判断电功率变化情况。 ④根据电功率判断原线圈电流变化。 (2)对于负载不变，原、副线圈匝数比变化的典型案例： ①一般认为原线圈输入电压U₁和原线圈匝数n₁不变。 ②根据副线圈匝数变化，判断副线圈两端的电压( 的变化。 ③根据副线圈两端的电压变化判断副线圈中电流. 变化。 ④由副线圈中电流变化判断电功率变化及原线圈中电流变化。 题型3 重点题(多选) 如图所示的变压器电路中，原、副线圈的匝数比为10∶1，电流表和电压表都是理想电表，在原线圈的输入端输入 的交流电，则 A.两电流表的示数之比为1：10 B.电压表的示数为22 V C.只增大原线圈输入交流电的频率，电流表Ⓐ和Ⓐ的示数均增大 D.滑片 P 向下移时，电流表Ⓐ和Ⓐ的示数均增大 参考答案解析 【答案】B D 【解析】原、副线圈的匝数比为10∶1，根据变压器的变流比可知，原、副线圈总的电流之比为1∶10，由于电容器能通交流，因此电流表Ⓐ中的电流小于副线圈中的干路电流，A项错误；由变压器变压比可知，副线圈两端的电压为22V，B项正确；增大交流电的频率，则通过电容器的电流增大，但副线圈两端电压不变，因此电流表Ⓐ的示数不变，C项错误；滑片P向下移时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，Ⓐ中的电流增大，副线圈中的干路电流增大，原线圈中的电流即电流表Ⓐ示数也增大，D项正确。 题型4 易错题 如图所示，理想变压器的原线圈接有交变电压U，副线圈接有光敏电阻R₁(光敏电阻随光照强度增大而减小)、定值电阻R₂。则( ) A.仅增强光照时，原线圈的输入功率减小 B.仅向下滑片时，R₂两端的电压增大 C.仅向下滑片时，R₂消耗的功率减小 D.仅增大U时，R₂消耗的功率减小 参考答案解析 【答案】B 【解析】当光照增强时，光敏电阻的阻值减小，故变压器的输出功率增大，故输入功率也增大，A错误；当滑动触头P向下滑动时，原线圈匝数减小，根据电压与匝数成正比知变压器的输出电压增大，根据功率表达式 知，R₂消耗的功率增大，故 B 正确，C错误；当U增大时，根据电压与匝数成正比知变压器的输出电压增大，根据功率表达式 知R₂消耗的功率增大，故D错误。 典型案例3 变压器多副线圈问题 知识点 1.变压器多副线圈问题的出题情境：多组副线圈问题通常考查原、副线圈上电压和电流的关系，考查学生对变压器变压原理认知，对各个物理量间决定关系的理解及综合分析推理能力。 2.变压器多副线圈问题的解题方法：由多组副线圈下原副线圈的电压、电流关系。 (1)电压关系： (正比关系仍然成立)。 (2)电流关系： (由功率关系 推导而来) 题型5 易错题 如图所示，理想变压器原线圈的匝数 两个副线圈的匝数分别为 和 是“6V 2W”的小灯泡, 是“12V 4W”的小灯泡。当原线圈接上交变电压时， 都正常发光，那么，原线圈中的电流为 B. C. D. 参考答案解析 【答案】C 【解析】对多个副线圈电路，其电压关系有 由于输入功率和输出功率相等，有 本题两灯正常发光，对L₁有 对L₂有 原线圈上的电压 副线圈上总的输出功率 原线圈上的输入功率 原线圈中的电流 故C正确。 题型6 易错题 在如图所示的电路中，理想变压器原、副线圈的匝数比 电流表均为理想交流电流表，两电阻的阻值相同。当在原线圈两端加上大小为U的交变电压时，三个电流表的示数之比. 为( ) A. 1:2:3 B. 1:2 :1 C. 1: 3: 6 D. 5:9:3 参考答案解析 【答案】D 【解析】由理想变压器变压比可知 解得 设电流表A₃的示数为I，即 则 理想变压器的输入功率与输出功率相等，即 解得 则 故D正确, A、B、C错误。 典型案例4 原线圈有负载的变压器 知识点 原线圈有负载的变压器解题方法 (1)对于电阻与原线圈并联的典型案例： 重点注意原线圈上电阻电压与原线圈输入电压相同，综合分析变压器原、副线圈两端电压、电流及电功率之间的关系。一般原线圈中电流由副线圈中电流决定，副线圈两端电压由原线圈两端电压决定，同时原线圈并联的电阻上电压与输入电压相同。 一般解这类问题需要综合列式，包括如下关系。 ①副线圈欧姆定律 ②原、副线圈电压、电流间的关系 ③原线圈电压关系： ④原线圈功率关系： (2)对于电阻与原线圈串联的典型案例： 此类典型案例重点是原线圈电压不固定，其大小随着原线圈中电流的变化而变化，同时原线圈电流又与副线圈的电流相关，而副线圈电流受到原、副线圈电压及副线圈电阻影响。所以解这类问题，需要列多个方程。 ①副线圈欧姆定律： ②原、副线圈电压、电流间的关系 ③原线圈电压关系： ④原线圈欧姆定律： 题型7 重点题 如图所示，电路中有四个完全相同的灯泡，它们的额定电压均为U、额定功率均为P。变压器为理想变压器。现在四个灯泡都正常发光，则变压器的匝数比 和电源电压U₁分别为( ) A. 1:2 2U B. 1:2 4U C. 2:1 4U D. 2:1 2U 参考答案解析 【答案】C 【解析】设灯泡正常发光时，额定电流为I₀。由题图可知，原线圈中电流 副线圈中两灯泡并联，副线圈中电流 根据理想变压器的基本规律： 得 得 所以 故C正确。 题型8 高频题 如图所示，两种情况下灯泡L₂、L₃的功率均为P，且 为相同的灯泡， 则图(a)中L₁的功率和图(b)中L₁的功率分别为( ) A. P、P B. 9P、P C. P、9P D. C. 参考答案解析 【答案】B 【解析】在图(a)中，由于两灯泡L₂、L₃的功率均为P，设L₂、L₃的额定电流均为I，电压均为U，则输入电压为3U，灯泡L₁的功率为 在图(b)中，设输入电压为U₁，由输入功率等于输出功率可知 则灯泡L₁的功率为 题型9 重点题 一 含有理想变压器的电路如图所示，图中电阻R₁、R₂和R₃的阻值分别为3Ω、1Ω和4Ω，电流表为理想交流电流表，U为正弦交流电源，输出电压的有效值恒定。当开关S断开时，电流表的示数为I；当S闭合时，电流表的示数为4I。该变压器原、副线圈的匝数比为( ) A. 2 B. 3 C. 4 D. 5 参考答案解析 【答案】B 【解析】设该变压器原、副线圈匝数比为k，当开关S断开时，原线圈两端电压 原线圈中电流 副线圈两端的电压 根据欧姆定律得 当开关S闭合时，原线圈两端电压 原线圈中电流为 副线圈两端的电压 根据欧姆定律得 综上解得k=3,故A、C、D错误,B正确。 典型案例5 远距离输电问题 知识点 远距离输电的解题方法 (1)计算远距离输电的核心是找好整个线路中电流、电压和功率的关系，它们的关系如下。 ①电流关系： ②电压关系： ③功率关系： (2)输电导线功率损失计算 设输电电流为I，输电线电阻为R，则输电线上的功率损失 设输电功率为P，输电电压为U，输电线的总长度为L，横截面积为S，电阻率为ρ，则输电电流 输电线电阻 所以输电线上的功率损失可表示为 (3)减少损耗的方法 据 可知，减少输电线路上功率损失的方法主要有两种： ①较少输电线的电阻R； ②减小输电电流I。 题型10 重点题(多选) 特高压输电可使输送中的电能损耗和电压损失大幅降低。我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术。假设从A处采用550kV的超高压向B处输电，输电线上损耗的电功率为△P，到达B处时电压下降了△U。在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下，改用1100kV特高压输电，输电线上损耗的电功率变为△P'，到达B处时电压下降了△U'。不考虑其他因素的影响，则( ) A. B. C. D. 参考答案解析 【答案】AD 【解析】开始输电线上损失的功率 输电线上损失的电压 当输送电压变为原来的2倍时，输电线上损失的功率变为原来的 即 输电线上损失的电压变为原来的 即 题型11 高频题 远距离输电的原理图如图所示，升压变压器原、副线圈的匝数分别为 电压分别为 电流分别为 ，输电线上的电阻为r线；降压变压器原、副线圈的匝数分别为n₃、n₄，电压分别为( 电流分别为 变压器均为理想变压器，则下列关系式中正确的是 A. B.输入用户的电功率为 C.夜间用户用电量增大时，I₃会变小 D. 参考答案解析 【答案】B 【解析】升压变压器原副线圈中电流之比等于匝数的反比，有 故A错误；升压变压器输出的功率等于输电线上消耗的功率及降压变压器消耗的功率之和，降压变压器的功率等于用户消耗的功率，即 故B正确；夜间用户用电量增大，用户端的功率增大，升压变压器的功率 增大，由于U₁不变，I₁增大，由 得 增大，故C错误；由于输电线路中有电能损失，故 D错误。 题型12 模拟题 如图所示，某小型水电站发电机的输出功率P=100kW，发电机的电压 发电机经变压器升压后向远处输电，输电线总电阻 在用户端用降压变压器把电压降为 已知输电线上损失的功率 假设两个变压器均是理想变压器，下列说法正确的是( ) A.发电机输出的电流 B.输电线上的电流 C.降压变压器的匝数比 D.用户得到的电流 参考答案解析 【答案】C 【解析】根据电功率公式P=UI，发电机输出电流 A错误；输电线上损失的功率为5kW，由 可得 B 错误；根据理想变压器原、副线圈中电流与线圈匝数成反比关系，可得 C正确；用户得到的功率为95kW，用户得到的电流 D错误。 — 3 — 学科网（北京）股份有限公司 $