資源簡介

章末素養提升
物理觀念 交變電流 的產生和 描述 （1）產生：閉合線圈在勻強磁場中繞　　　　　　　　　　勻速轉動 （2）交變電流的四值 ①瞬時值：e=　　　　　　　 i=　　　　　　　　（從線圈位于中性面開始計時） ②峰值：Em=　　　 ③有效值：U=，I=（只適用于正弦式交變電流） ④平均值：=n，=　　　
變壓器 =，I1n1=I2n2，P1=P2（只有一個副線圈時）
遠距離 輸電 1.輸電線路上的功率損耗：ΔP=I2R線，電壓損耗：ΔU=IR線，在輸電導線電阻不變的條件下，要減少電能損耗，可通過提高輸電　　　　以減小輸電　　　　 2.基本原理：先用升壓變壓器升壓到幾百千伏后再向遠距離輸送，到達用戶地區再通過降壓變壓器進行降壓
科學思維 1.會用右手定則和法拉第電磁感應定律得出正弦式交變電流的方向和大小 2.會根據電流的熱效應計算有效值 3.會推導理想變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系
科學探究 通過實驗，探究并了解變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系
科學態度 與責任 通過實驗，養成安全操作、嚴謹認真、實事求是的科學態度；通過高壓輸電的學習，了解我國電網事業的高速發展
例1　如圖（a）所示，兩個單匝矩形線圈分別放入勻強磁場中繞垂直磁場的軸OO'轉動，兩個線圈的轉速不同，穿過兩線圈的磁通量隨時間分別按圖（b）中圖線甲、乙的規律變化，則（　?。?br/>A.圖線甲對應線圈在t=0時產生的感應電動勢最大
B.圖線乙對應的線圈，1 s內交變電流的方向改變5次
C.圖線甲、乙對應的線圈在t=0.2 s時，線圈平面均垂直于磁感線
D.圖線甲、乙對應的線圈轉速之比為5∶4
例2　（2022·廣東卷）如圖是簡化的某種旋轉磁極式發電機原理圖。定子是僅匝數n不同的兩線圈，n1>n2，二者軸線在同一平面內且相互垂直，兩線圈到其軸線交點O的距離相等，且均連接阻值為R的電阻，轉子是中心在O點的條形磁鐵，繞O點在該平面內勻速轉動時，兩線圈輸出正弦式交變電流。不計線圈電阻、自感及兩線圈間的相互影響，下列說法正確的是（　　）
A.兩線圈產生的電動勢的有效值相等
B.兩線圈產生的交變電流頻率相等
C.兩線圈產生的電動勢同時達到最大值
D.兩電阻消耗的電功率相等
例3　如圖甲所示電路，已知電阻R1=R2=R，和R1并聯的D是理想二極管（正向電阻可視為零，反向電阻為無窮大），在A、B之間加一個如圖乙所示的交變電壓（電壓為正值時，UAB>0）。由此可知（　　）
A.在A、B之間所加的交變電壓的周期為2 s
B.在A、B之間所加的交變電壓的瞬時值表達式為u=20sin 50πt V
C.加在R1上的電壓的有效值為10 V
D.加在R2上的電壓的有效值為5 V
例4?。ǘ噙x）如圖甲所示，自耦變壓器的原線圈與N匝、半徑為r的圓形線圈（圖中未畫全）相連，副線圈與定值電阻R構成閉合回路，圖示位置副線圈的匝數為原線圈匝數的。圓形線圈內有垂直線圈平面的磁場，磁感應強度按圖乙所示規律變化（以垂直紙面向里為正方向）。不考慮電阻隨溫度的變化以及線圈的電阻，下列說法正確的是（　?。?br/>A.滑片P在圖甲所示位置時，定值電阻兩端的最大電壓為
B.滑片P在圖甲所示位置時，定值電阻消耗的電功率為
C.若磁感應強度的變化周期減小，則變壓器的輸出功率將增大
D.若自耦變壓器的滑片P順時針轉動，則通過原線圈的電流增大
例5　（多選）“西電東送”是我國實現經濟跨區域可持續快速發展的重要保證，如圖為模擬遠距離高壓輸電示意圖。已知升壓變壓器原、副線圈兩端的電壓分別為U1和U2，降壓變壓器原、副線圈兩端的電壓分別為U3和U4。在輸電線路的起始端接入兩個互感器，兩個互感器原、副線圈的匝數比分別為20∶1和1∶20，各互感器和電表均為理想狀態，則下列說法正確的是（　?。?br/>A.電壓互感器起降壓作用，電流互感器起減小電流作用
B.若電壓表的示數為200 V，電流表的示數為5 A，則線路輸送電功率為100 kW
C.若保持發電機輸出電壓U1和用戶數不變，僅將滑片Q下移，則輸電線損耗功率增大
D.若發電機輸出電壓U1一定，僅增加用戶數，為維持用戶電壓U4不變，可將滑片P上移
例6?。ǘ噙x）（2022·福建卷）某同學利用如圖所示電路模擬遠距離輸電。圖中交流電源電壓為6 V，定值電阻R1=R2=20 Ω，小燈泡L1、L2的規格均為“6 V　1.8 W”，理想變壓器T1、T2原、副線圈的匝數比分別為1∶3和3∶1。分別接通電路Ⅰ和電路Ⅱ，兩電路都穩定工作時（　?。?br/>A.L1與L2一樣亮
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
再現素養知識
垂直于磁場的軸　Emsin ωt　Imsin ωt　nBSω　　電壓　電流
提能綜合訓練
例1　D?。墼趖=0時刻，Φ甲最大，則產生的感應電動勢最小，故A錯誤；圖線乙對應的線圈的周期是0.2 s，一個周期內交變電流的方向改變2次，1 s內交變電流的方向改變10次，故B錯誤；在t=0.2 s時，圖線甲、乙對應的線圈的磁通量均為零，所以線圈平面均平行于磁感線，故C錯誤；由題圖可知甲、乙圖線對應線圈的周期之比為4∶5，而線圈的轉速n=，所以圖線甲、乙對應的線圈轉速之比為5∶4，故D正確。］
例2　B　［根據E=n，可知兩線圈中磁通量的變化率相等，但是匝數不同，則產生的感應電動勢平均值不相等，有效值也不相等，根據P=可知，兩電阻消耗的電功率也不相等，選項A、D錯誤；因兩線圈放在同一個旋轉磁鐵的旁邊，則兩線圈產生的交變電流的頻率相等，選項B正確；
當磁鐵的磁極到達線圈軸線時，磁通量變化率最大，感應電動勢最大，由題圖可知兩線圈產生的感應電動勢不可能同時達到最大值，選項C錯誤。］
例3　D　［由題圖乙可得交流電的周期T=0.02 s，故A錯誤；電壓最大值為Um=20 V，ω==100π rad/s，交變電壓的瞬時值表達式為u=Umsin ωt=20sin 100πt V，故B錯誤；因為電路中有二極管，所以應該分兩種情況考慮：當A點電勢高于B點電勢時二極管導通，即R1被短路，R2兩端電壓為電源電壓 V=20 V；當B點電勢高于A點電勢時二極管不導通，R1、R2串聯分壓，R1、R2兩端電壓均為10 V，設加在R1、R2上電壓有效值分別為U1、U2，對R1有·=T，解得U1=5 V，對R2有·+·=T，解得U2=5 V，故C錯誤，D正確。］
例4　BC?。塾深}圖乙可得磁場變化的角速度ω=，圓形線圈中產生的感應電動勢最大值Um=NB0Sω=，由=得定值電阻兩端的最大電壓U2m=，A錯誤；定值電阻消耗的電功率為P==，B正確；若磁感應強度的變化周期減小，則感應電動勢的最大值增大，有效值增大，副線圈兩端的電壓增大，定值電阻消耗的電功率即變壓器的輸出功率將增大，C正確；自耦變壓器的滑片P順時針轉動，副線圈的匝數減少，副線圈兩端的電壓減小，通過副線圈的電流減小，由n1I1=n2I2可知通過原線圈的電流減小，D錯誤。］
例5　ACD?。垭妷夯ジ衅髌鸾祲鹤饔?，電流互感器起減小電流作用，故A正確；電壓互感器原線圈兩端電壓U2=U=×200 V=4 000 V，電流互感器原線圈中的電流I2=I=×5 A=100 A，對于理想變壓器，線路輸送電功率P=P2=U2I2=4 000×100 W=400 kW，故B錯誤；僅將滑片Q下移，相當于增加了升壓變壓器副線圈的匝數n2，根據理想變壓器的規律U2=U1，升壓變壓器副線圈兩端的電壓增大，回路等效電阻不變，所以I3增大，根據ΔP=r，則輸電線上損耗功率增大，故C正確；僅增加用戶數，即負載總電阻R減小，若降壓變壓器副線圈兩端電壓U4不變，則通過副線圈的電流I4=U4，增大，降壓變壓器原線圈中的電流增大，輸電線上的電壓損失ΔU=I3r，增大；原線圈兩端電壓U3=U2-ΔU減小，根據U4=U3可知，當U3減小時，減小n3可以使U4不變，所以要將降壓變壓器的滑片P上移，故D正確。］
例6　BC　［若開關接cd端，則若電源電壓為U0，理想變壓器T1、T2的匝數比為==k
用戶電阻為R負載，定值電阻等效為輸電線電阻為R導線，由變壓器工作原理和歐姆定律。升壓變壓器輸出電壓U2=kU0
降壓變壓器原線圈兩端電壓U3=U2-I2R導線
降壓變壓器副線圈兩端電壓U4=
I4= ，=k，I3=I2
可得升壓變壓器輸出功率為
P輸=U2I2=
輸電線上損耗的電功率為
P導線=R導線
=R導線
用戶得到的電功率為
P負載=·k2R負載
若開關接ab端，則負載得到的功率
P負載'=·R負載
輸電線上損耗的電功率為
P導線'=R導線
將R導線=R1=R2=20 Ω，
R負載= Ω=20 Ω ，k=3
代入可得P負載>P負載'
即L2比L1更亮；P導線R1上消耗的功率比R2的大，故選B、C。］(共24張PPT)
DISANZHANG
第三章
章末素養提升
再現
素養知識
物理觀念 交變電流的產生和描述 (1)產生：閉合線圈在勻強磁場中繞 勻速轉動
(2)交變電流的四值
①瞬時值：e=_________
i= (從線圈位于中性面開始計時)
②峰值：Em=______
③有效值：U=，I=(只適用于正弦式交變電流)
④平均值：=n，=_____
垂直于磁場的軸
Emsin ωt
Imsin ωt
nBSω
物理觀念 變壓器 =，I1n1=I2n2，P1=P2(只有一個副線圈時)
遠距離輸電 1.輸電線路上的功率損耗：ΔP=I2R線，電壓損耗：ΔU=IR線，在輸電導線電阻不變的條件下，要減少電能損耗，可通過提高輸電 以減小輸電_____
2.基本原理：先用升壓變壓器升壓到幾百千伏后再向遠距離輸送，到達用戶地區再通過降壓變壓器進行降壓
電壓
電流
科學思維 1.會用右手定則和法拉第電磁感應定律得出正弦式交變電流的方向和大小
2.會根據電流的熱效應計算有效值
3.會推導理想變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系
科學探究 通過實驗，探究并了解變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系
科學態度與責任 通過實驗，養成安全操作、嚴謹認真、實事求是的科學態度；通過高壓輸電的學習，了解我國電網事業的高速發展
　如圖(a)所示，兩個單匝矩形線圈分別放入勻強磁場中繞垂直磁場的軸OO'轉動，兩個線圈的轉速不同，穿過兩線圈的磁通量隨時間分別按圖(b)中圖線甲、乙的規律變化，則
A.圖線甲對應線圈在t=0時產生的感應
電動勢最大
B.圖線乙對應的線圈，1 s內交變電流
的方向改變5次
C.圖線甲、乙對應的線圈在t=0.2 s時，線圈平面均垂直于磁感線
D.圖線甲、乙對應的線圈轉速之比為5∶4
例1
√
提能
綜合訓練
在t=0時刻，Φ甲最大，則產生的感應
電動勢最小，故A錯誤；
圖線乙對應的線圈的周期是0.2 s，一
個周期內交變電流的方向改變2次，
1 s內交變電流的方向改變10次，故B錯誤；
在t=0.2 s時，圖線甲、乙對應的線圈的磁通量均為零，所以線圈平面均平行于磁感線，故C錯誤；
由題圖可知甲、乙圖線對應線圈的周期之比為4∶5，而線圈的轉速n
=，所以圖線甲、乙對應的線圈轉速之比為5∶4，故D正確。
　(2022·廣東卷)如圖是簡化的某種旋轉磁極式發電機原理圖。定子是僅匝數n不同的兩線圈，n1>n2，二者軸線在同一平面內且相互垂直，兩線圈到其軸線交點O的距離相等，且均連接阻值為R的電阻，轉子是中心在O點的條形磁鐵，繞O點在該平面內勻速轉動時，兩線圈輸出正弦式交變電流。不計線圈電阻、自感及兩線圈間的相互影響，下列說法正確的是
A.兩線圈產生的電動勢的有效值相等
B.兩線圈產生的交變電流頻率相等
C.兩線圈產生的電動勢同時達到最大值
D.兩電阻消耗的電功率相等
例2
√
根據E=n，可知兩線圈中磁通量的變化率相等，但
是匝數不同，則產生的感應電動勢平均值不相等，有
效值也不相等，根據P=可知，兩電阻消耗的電功率
也不相等，選項A、D錯誤；
因兩線圈放在同一個旋轉磁鐵的旁邊，則兩線圈產生的交變電流的頻率相等，選項B正確；
當磁鐵的磁極到達線圈軸線時，磁通量變化率最大，感應電動勢最大，由題圖可知兩線圈產生的感應電動勢不可能同時達到最大值，選項C錯誤。
　如圖甲所示電路，已知電阻R1=R2=R，和R1并聯的D是理想二極管(正向電阻可視為零，反向電阻為無窮大)，在A、B之間加一個如圖乙所示的交變電壓(電壓為正值時，UAB>0)。由此可知
A.在A、B之間所加的交變電壓的周期為2 s
B.在A、B之間所加的交變電壓的瞬時值表
達式為u=20sin 50πt V
C.加在R1上的電壓的有效值為10 V
D.加在R2上的電壓的有效值為5 V
例3
√
由題圖乙可得交流電的周期T=0.02 s，故A錯誤；
電壓最大值為Um=20 V，ω==100π rad/s，交變電壓的瞬時值表達式為u=Umsin ωt=20sin 100πt V，故B錯誤；
因為電路中有二極管，所以應該分兩種情況考慮：當A點電勢高于B點電
勢時二極管導通，即R1被短路，R2兩端電壓為電源電壓 V=20 V；當B
點電勢高于A點電勢時二極管不導通，R1、R2串聯分壓，R1、R2兩端電壓
均為10 V，設加在R1、R2上電壓有效值分別為U1、U2，對R1有·=
T，解得U1=5 V，對R2有·+·=T，解得U2=5 V，故
C錯誤，D正確。
　(多選)如圖甲所示，自耦變壓器的原線圈與N匝、半徑為r的圓形線圈(圖中未畫全)相連，副線圈與定值電阻R構成閉合回路，圖示位置副線圈的匝數為原線圈匝數的。圓形線圈內有垂直線圈平面的磁場，磁感應強度按圖乙所示規律變化(以垂直紙面向里為正方向)。不考慮電阻隨溫度的變化以及線圈的電阻，下列說法正確的是
例4
A.滑片P在圖甲所示位置時，定值電阻兩端的最大電壓為
B.滑片P在圖甲所示位置時，定值電阻消耗的電功率為
C.若磁感應強度的變化周期減小，則變壓器的輸出功率將增大
D.若自耦變壓器的滑片P順時針轉動，則通過原線圈的電流增大
√
√
由題圖乙可得磁場變化的角速度ω
=，圓形線圈中產生的感應電動
勢最大值Um=NB0Sω=
=得定值電阻兩端的最大電壓U2m=，A錯誤；
定值電阻消耗的電功率為P==，B正確；
若磁感應強度的變化周期減小，則
感應電動勢的最大值增大，有效值
增大，副線圈兩端的電壓增大，定
值電阻消耗的電功率即變壓器的輸出功率將增大，C正確；
自耦變壓器的滑片P順時針轉動，副線圈的匝數減少，副線圈兩端的電壓減小，通過副線圈的電流減小，由n1I1=n2I2可知通過原線圈的電流減小，D錯誤。
　(多選)“西電東送”是我國實現經濟跨
區域可持續快速發展的重要保證，如圖為
模擬遠距離高壓輸電示意圖。已知升壓變
壓器原、副線圈兩端的電壓分別為U1和U2，降壓變壓器原、副線圈兩端的電壓分別為U3和U4。在輸電線路的起始端接入兩個互感器，兩個互感器原、副線圈的匝數比分別為20∶1和1∶20，各互感器和電表均為理想狀態，則下列說法正確的是
例5
A.電壓互感器起降壓作用，電流互感器起減小電流作用
B.若電壓表的示數為200 V，電流表的示數為5 A，則線路輸送電功率為
100 kW
C.若保持發電機輸出電壓U1和用戶數不變，僅將滑片Q下移，則輸電線
損耗功率增大
D.若發電機輸出電壓U1一定，僅增加用戶數，為維持用戶電壓U4不變，
可將滑片P上移
√
√
√
電壓互感器起降壓作用，電流互感器起減小電流作用，故A正確；
電壓互感器原線圈兩端電壓U2=U=×200 V=4 000 V，電流互感器原線圈中的電流I2=I=×5 A=100 A，對于理想變壓器，線路輸送
電功率P=P2=U2I2=4 000×100 W=400 kW，故B錯誤；
僅將滑片Q下移，相當于增加了升壓變壓器副線圈的匝數n2，根據理想變壓器的規律U2=U1，升壓變壓器副線圈兩端的電壓增大，回路等效電阻不變，所以I3增大，根據ΔP=r，則輸電線上損耗功率增大，故C正確；
僅增加用戶數，即負載總電阻R減小，若降壓變壓器副線圈兩端電壓
U4不變，則通過副線圈的電流I4=U4，增大，降壓變壓器原線圈中
的電流增大，輸電線上的電壓損失ΔU=I3r，增大；原線圈兩端電壓
U3=U2-ΔU減小，根據U4=U3可知，當U3減小時，減小n3可以使U4不
變，所以要將降壓變壓器的滑片P上移，故D正確。
　(多選)(2022·福建卷)某同學利用如圖所示電路模擬遠距離輸電。圖中交流電源電壓為6 V，定值電阻R1=R2=20 Ω，小燈泡L1、L2的規格均為“6 V　1.8 W”，理想變壓器T1、T2原、副線圈的匝數比分別為1∶3和3∶1。分別接通電路Ⅰ和電路Ⅱ，兩電路都穩定工作時
A.L1與L2一樣亮
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
√
√
若開關接cd端，則若電源電壓為U0，
理想變壓器T1、T2的匝數比為==k
用戶電阻為R負載，定值電阻等效為輸
電線電阻為R導線，由變壓器工作原理
和歐姆定律。升壓變壓器輸出電壓U2=kU0
降壓變壓器原線圈兩端電壓U3=U2-I2R導線
降壓變壓器副線圈兩端電壓U4=
I4==k，I3=I2
可得升壓變壓器輸出功率為
P輸=U2I2=
輸電線上損耗的電功率為
P導線=R導線=R導線
用戶得到的電功率為
P負載=·k2R負載
若開關接ab端，則負載得到的功率
P負載'=·R負載
輸電線上損耗的電功率為
P導線'=R導線
將R導線=R1=R2=20 Ω，R負載= Ω=20 Ω ，k=3代入可得P負載>P負載'
即L2比L1更亮；P導線R1上消耗的功率比R2的大，故選B、C。

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