第三章 交变电流 章末素养提升（配套教参Word）-【步步高】2025-2026学年高二物理选择性必修第二册学习笔记（人教版 浙江专版）

本高中物理讲义聚焦交变电流的产生与描述、变压器原理及电能输送核心知识点，系统梳理交变电流四值（瞬时值、峰值、有效值、平均值）的物理意义，衔接变压器电压与匝数关系、功率守恒规律，延伸至电能输送中的损耗分析及远距离输电原理，构建完整知识支架。 特色在于以核心素养为导向，通过“素养再现”模块强化物理观念建构与科学思维训练，如推导变压器电流关系培养科学推理能力，实验探究变压器电压与匝数关系落实科学探究素养。“提能训练”精选6道典型例题，涵盖交变电流瞬时值计算（例1）、变压器动态分析（例2）等，课中辅助教师突破重难点，课后助力学生查漏补缺，巩固知识应用。

章末素养提升 素养再现 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垂直于磁场的轴匀速转动 (2)交变电流的四值 ①瞬时值：e＝Emsin ωt i＝Imsin ωt(从线圈位于中性面开始计时) ②峰值：Em＝NBSω ③有效值：U＝，I＝(只适用于正弦式或余弦式交变电流) ④平均值：＝N， 变压器 ，I1n1＝I2n2(只有一个副线圈时)；P1＝P2(只有一个副线圈时) 电能的输送 (1)输电线路上的功率损失：ΔP＝I2R线，电压损失：ΔU＝IR线，在线路电阻R线一定时，要减少输电损耗，需要减小输电电流，提高输电电压 (2)远距离输电的基本原理：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大小和方向 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、副线圈电流与匝数的关系 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 提能训练 例1　(2024·杭州市高二期末)如图所示，匝数为N、面积为S的导线框abcd在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω匀速转动，通过理想变压器给小灯泡供电。变压器原、副线圈匝数比为k，熔断器的熔断电流为I0，不计导线框的内阻。从图示位置开始计时，则(　　) A.t＝0时，穿过线框的磁通量为零 B.t＝时，线框产生的感应电动势最大 C.导线框产生的感应电动势的瞬时值表达式为e＝NBSωcos ωt D.灯泡工作的电流最大值为Im＝ 答案　B 解析　t＝0时，线框位于中性面，穿过线框的磁通量为最大，故A错误；根据T＝，可得t＝，此时线框位于与中性面垂直的位置，产生的感应电动势最大，故B正确；依题意，导线框产生的感应电动势的瞬时值表达式为e＝NBSωsin ωt，故C错误；熔断器的熔断电流为电流的有效值，即I1有效＝I0，灯泡工作的电流最大值为Im＝I2有效，又，联立解得Im＝kI0，故D错误。 例2　(2024·浙江6月选考改编)理想变压器的原线圈通过a或b与频率为f、电压为u的交流电源连接，副线圈接有三个支路，如图所示。光敏电阻RG受到的光照增强时，阻值减小。当S接a时，三个灯泡均发光，若(　　) A.电容C增大，L1灯泡变亮 B.频率f增大，L2灯泡变亮 C.RG上光照增强，L3灯泡变暗 D.S接到b时，三个灯泡均变暗 答案　A 解析　电容增大，对交流电的阻碍作用减小，则L1灯泡变亮，故A正确； 频率f增大，则电感的阻碍作用增大，则L2灯泡变暗，故B错误； 光照增强，光敏电阻阻值减小，由于各支路两端电压不变，则通过L3灯泡的电流增大，L3灯泡变亮，故C错误； S接到b时，根据变压比可知，副线圈电压增大，则三个灯泡均变亮，故D错误。 例3　(2024·慈溪市高二期末)变压器是日常生活中必不可少的重要元器件，小明同学从功率放大器中拆解出一个如图甲所示的环形变压器，该变压器可视为理想变压器，铭牌上显示该变压器原线圈的匝数为220，当原线圈接入220 V的交流电时，副线圈两端的电压为22 V。小明同学在环形变压器原线圈中串联接入一个理想交流电流表，在副线圈两端接一个铭牌为“2.5 V　0.25 A”的小灯泡，如图乙所示。当原线圈两端接如图丙所示的余弦式交流电压时，小灯泡恰好能正常发光，电压表为理想交流电压表，下列说法正确的是(　　) A.变压器副线圈的匝数为20匝 B.图丙中交流电的频率为0.5 Hz C.小灯泡正常发光时电流表的示数为0.025 A D.图丙中余弦式交流电压的峰值Um＝25 V 答案　C 解析　该变压器可视为理想变压器，则由电压与匝数的关系知，代入得n2＝n1＝220×匝＝22匝，A错误；由题图丙知，交流电的周期为T＝2×10－2 s，则频率为f＝ Hz＝50 Hz，B错误；由电流与匝数的关系知，代入得I1＝I2＝0.25× A＝0.025 A，C正确；由电压与匝数的关系知，代入得U1'＝U2'＝×2.5 V＝25 V，Um＝U1'＝25 V，D错误。 例4　如图所示为某小型电站高压输电示意图。发电机输出功率恒定，变压器均为理想变压器。在输电线路的起始端接入A、B两个理想互感器，互感器原、副线圈的匝数比分别为100∶1和1∶10，理想交流电压表的示数为220 V，理想交流电流表的示数为5 A，输电线路总电阻r＝10 Ω，则下列说法正确的是(　　) A.输电线路上损耗的功率为250 W B.发电机输出的电功率为1 100 kW C.互感器A是电流互感器，互感器B是电压互感器 D.用户使用的用电设备增多，降压变压器输出电压U4大小不会改变 答案　B 解析　互感器A并联接入电路是电压互感器，互感器B串联接入电路是电流互感器，故C错误；根据，代入数据得I＝50 A，线路上损耗功率P损＝I2r＝25 000 W，故A错误；根据变压器原理可知，代入数据得U2＝22 000 V，发电机输出电功率P发＝U2I＝22 000×50 W＝1 100 kW，故B正确；用户使用的用电设备增多，降压变压器副线圈总电阻减小，电流增大，输电电流增大，输电线损失电压增大，降压变压器输入电压减小，降压变压器输出电压减小，故D错误。 例5　(2024·舟山市高二期末)如图所示为某条高速铁路牵引供电系统的示意图，其中牵引变电所利用变压器将220 kV或110 kV的电网电压降至27.5 kV输送给高铁牵引网，再通过接触网上的电线与车顶上的受电弓使机车获得25 kV工作电压，若将牵引变电所的变压器视为理想变压器，原、副线圈匝数分别为n1和n2，则下列说法正确的是(　　) A.若电网的电压为110 kV，则n1∶n2＝22∶5 B.若高铁机车运行功率增大，则牵引变电所至机车间的热损耗功率也会随之增大 C.若高铁机车运行功率增大，则机车工作电压将会高于25 kV D.如果高铁机车的电动机输出功率为9 000 kW，机械效率为90%，则牵引变电所到机车间的等效电阻为62.5 Ω 答案　B 解析　若电网的电压为110 kV，则n1∶n2＝U1∶U2＝110∶27.5＝4∶1，A错误；若高铁机车的运行功率增大，则牵引变电所副线圈输入功率增大，而副线圈电压不变，所以牵引变电所至机车间的电流增大，热损耗功率也会随之增大，导线电阻分压增大，机车工作电压将会低于25 kV，B正确，C错误；若高铁机车电动机输出功率为P＝9 000 kW＝9×106 W，根据功率关系可得P＝90%UI，其中U＝25 kV＝25 000 V，则电流I＝400 A，牵引变电所至机车间的等效电阻R＝ Ω＝6.25 Ω，故D错误。 例6　(2024·宁波市高二期末)如图甲所示，一圆形线圈面积S＝π＝100 cm2，匝数N＝100，电阻不计，处于匀强磁场中，磁感应强度B随时间t正弦变化的图像如图乙所示(取垂直纸面向里为正方向)。圆形线圈右边与理想变压器的原线圈连接，已知变压器的原、副线圈的匝数比为1∶10，与副线圈连接的电阻R1＝200 Ω，R2＝200 Ω，D为理想二极管，下列说法正确的是(　　) A.t＝0.01 s时，圆形线圈中有逆时针方向的电流 B.t＝0.005 s时，圆形线圈中有最大电流 C.0~0.005 s内，流过R1的电荷量为0.01 C D.1 s内原线圈输入的能量为600 π2 J 答案　C 解析　0.005~0.01 s时间内，分析题图乙可知，垂直纸面向里的磁感应强度逐渐减小，根据楞次定律可知，圆形线圈中产生顺时针方向的感应电流，故A错误；t＝0.005 s时，磁感应强度的变化率为零，根据法拉第电磁感应定律可知，圆形线圈中的感应电流为零，故B错误；根据Φ＝BS可知穿过圆形线圈的最大磁通量为Φm＝0.2×100×10－4 Wb＝2×10－3 Wb，在0~0.005 s内穿过圆形线圈的磁通量的变化量为ΔΦ＝Φm 圆形线圈产生的平均感应电动势为＝N＝100× V＝40 V 设变压器的输出电压的平均值为U，根据，解得U＝400 V，通过R1的平均电流为 A＝2 A 所以0~0.005 s内，流过R1的电荷量为q＝t＝2×0.005 C＝0.01 C，故C正确； 根据图乙可知ω＝ rad/s＝100π rad/s 圆形线圈产生的感应电动势的最大值为 Em＝NBSω＝NΦmω＝100×2×10－3×100π V＝20π V 所以变压器输出电压的有效值为 U'＝E＝10×10π V＝100π V 电阻R1的功率P1＝ W＝100π2 W 因为二极管的存在，所以电阻R2两端电压的有效值 U2＝U'＝×100π V＝100π V 则电阻R2的功率为P2＝ W＝50π2 W 变压器的输入功率为P＝P1＋P2＝100π2 W＋50π2 W＝150π2 W，故D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $