單元09交變電流和變壓器交流電與變壓器是高考的必考內(nèi)容，高考涉及交變電流的產(chǎn)生規(guī)律、圖像及變壓器的工作原理，難度中等或者中等偏下，以選擇題居多，以“物理觀念”素養(yǎng)為主。重點(diǎn)考查：交變電流產(chǎn)生的原理、圖像表達(dá)式及有效值的計(jì)算；變壓器原理中的電壓比、電流比、功率關(guān)系及輸電過(guò)程中的能量損耗，主要為“科學(xué)思維”素養(yǎng)。1．交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式的求解步驟2．變壓器與遠(yuǎn)距離輸電的常見(jiàn)模型3．遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題的分析方法對(duì)高壓輸電問(wèn)題，應(yīng)按“發(fā)電機(jī)→升壓變壓器→遠(yuǎn)距離輸電線→降壓變壓器→用電器”這樣的順序，或從“用電器”倒推到“發(fā)電機(jī)”一步一步進(jìn)行分析。4．含變壓器電路的動(dòng)態(tài)分析的常見(jiàn)模型5．含變壓器電路的動(dòng)態(tài)分析的步驟【典例1】（變壓器原理）一理想變壓器的初級(jí)線圈為n1＝100匝，次級(jí)線圈n2＝30匝，n3＝20匝，一個(gè)電阻為48.4Ω的小燈泡接在副線圈n2與n3上，如圖所示。當(dāng)原線圈與e＝220eq\r(2)sinωtV的交流電源連接后，變壓器的輸入功率是A．10W B．20W C．250W D．500W【答案】A

【解析】A。根據(jù)副線圈的接法知道，副線圈2和3的接法相反，電動(dòng)勢(shì)抵消一部分，相當(dāng)于燈泡接在10匝的副線圈上，根據(jù)電源電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式知原線圈電壓有效值為220V，根據(jù)電壓與匝數(shù)成正比知燈泡兩端的電壓為22V，燈泡功率P＝eq\f(U2,R)＝eq\f(222,48.4)W＝10W，故變壓器的輸入功率是10W，則A正確，B、C、D錯(cuò)誤?！镜淅?】（交變電流的產(chǎn)生）（多選）一個(gè)電阻為R的單匝閉合矩形線框，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞與磁感線垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過(guò)線框的磁通量Φ與時(shí)間t的關(guān)系如圖所示，下列說(shuō)法正確的是A.t=0時(shí)刻，線框平面與磁感線垂直B.t=TC.轉(zhuǎn)一個(gè)周期線框的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值為2D.從t=0時(shí)刻轉(zhuǎn)過(guò)60°的過(guò)程中，通過(guò)線框某截面的電荷量為3【答案】CD

【解析】A.t=0時(shí)刻，由圖可知，磁通為零，此時(shí)線圈平面與磁場(chǎng)平行，故A錯(cuò)誤；B.由圖可知在T2時(shí)刻，線框的磁通量最小為零，磁通量的變化率最大，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，線框中的電流最大，故B錯(cuò)誤；C.由圖可得磁通量的最大值為Φm，周期為T，所以角速度為ω=2πT，可知線框感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為Em=NBSω=2πΦmT，由于此線框在磁場(chǎng)繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電流為正弦交流電，故其電動(dòng)勢(shì)的有效值為E=Em2=2【典例3】（交變電流的表達(dá)式及圖象）如圖甲所示，一個(gè)矩形導(dǎo)線框放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，并繞過(guò)ab、cd中點(diǎn)的固定軸OO′以角速度ω＝eq\f(π,2)rad/s順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。若以線框平面與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)(如圖乙)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，并規(guī)定bc邊中電流i的方向由b流向c時(shí)為正，則圖中所示的四幅i-t圖像正確的是【答案】A

【解析】以線框平面與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，計(jì)時(shí)時(shí)刻電流等于零，所以是正弦函數(shù)。由楞次定律可判斷，以后電流方向?yàn)閎到c，為正值。根據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)可知，A正確，B、C、D錯(cuò)誤。【典例4】（電感和電容對(duì)交變電流的影響）（多選）如圖所示，單匝線圈abcd在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的bc邊以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，其線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值為Em，閉合回路中兩只燈泡均能正常發(fā)光。則A.從圖中位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e=EB.增大線圈轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值E??C.減小電容器C兩極板間的距離時(shí)，燈泡A1D.抽去電感器L的鐵芯時(shí)，燈泡A2【答案】AD

【解析】A.題圖位置即中性面，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e=Emsinωt，A正確；B.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值Em=BSω，增大線圈轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值Em將增大，B錯(cuò)誤；C.增大電容器C兩極板間的正對(duì)面積時(shí)，電容增大，容抗減小，燈泡A1變亮，C錯(cuò)誤；DA．磁鐵的轉(zhuǎn)速為5r/sB．線圈兩端電壓的有效值為6eq\r(2)VC．交流電壓的表達(dá)式為u＝12sin5πt(V)D．該交變電流可以直接加在擊穿電壓為9V的電容器上【答案】BC

【解析】該交變電流的周期為T＝0.4s，故磁鐵的轉(zhuǎn)速為n＝eq\f(1,T)＝eq\f(1,0.4)r/s＝2.5r/s，故A錯(cuò)誤；由題圖乙可知電壓的最大值為12V，有效值U＝eq\f(Um,\r(2))＝eq\f(12,\r(2))V＝6eq\r(2)V，故B正確；周期T＝0.4s，故ω＝eq\f(2π,T)＝eq\f(2π,0.4)rad/s＝5πrad/s，故交流電壓的表達(dá)式為u＝12sin5πt(V)，故C正確；該交變電流電壓的最大值大于電容器的擊穿電壓，故該交變電流不能直接加在擊穿電壓為9V的電容器上，故D錯(cuò)誤?！镜淅?】（遠(yuǎn)距離輸電）2021年7月20日至7月21日，河南省出現(xiàn)大暴雨，造成大面積停電。某通訊公司準(zhǔn)備的應(yīng)急供電系統(tǒng)如圖所示，圖中T1、T2分別為理想的升壓變壓器和降壓變壓器，R表示輸電線電阻，I表示電流，U表示線圈兩端電壓，n表示線圈的匝數(shù)，下列說(shuō)法正確的是A．如果發(fā)電機(jī)的輸出功率為P，則P＝U1I1＝U2I2＝U4I4B．若n1∶n2＝n4∶n3，則有U1＝U4C．用戶消耗的功率越大，輸電線上消耗的功率越小D．如果發(fā)電機(jī)的輸出功率為P，則輸電線上消耗的功率為eq\f(P2,Ueq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(2)))R【答案】D

【解析】如果發(fā)電機(jī)的輸出功率為P，因理想變壓器沒(méi)有能量損失，故有P＝U1I1＝U2I2，但輸電線上消耗功率，故P>U4I4，A錯(cuò)誤；因?yàn)檩旊娋€上有電壓損失，所以U2≠U3，若n1∶n2＝n4∶n3，則U1≠U4，B錯(cuò)誤；用戶消耗的功率越大，三個(gè)回路中的電流越大，輸電線上消耗的功率也越大，C錯(cuò)誤；如果發(fā)電機(jī)的輸出功率為P，則輸電線中的電流為eq\f(P,U2)，輸電線上消耗的功率為eq\f(P2,Ueq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(2)))R，D正確?！镜淅?】（動(dòng)態(tài)分析）如圖所示，一自耦變壓器接在交流電源上，V1、V2為理想電壓表，下列說(shuō)法正確的是A．若P不動(dòng)，滑片F(xiàn)向下滑動(dòng)時(shí)，V1示數(shù)不變，V2示數(shù)變小B．若P不動(dòng)，滑片F(xiàn)向下滑動(dòng)時(shí)，燈泡消耗的功率變大C．若F不動(dòng)，滑片P向上滑動(dòng)時(shí)，V1示數(shù)不變，V2示數(shù)變大D．若F不動(dòng)，滑片P向上滑動(dòng)時(shí)，燈泡消耗的功率變小【答案】A

【解析】設(shè)變壓器的輸入電壓為U1，輸出電壓為U2；若P不動(dòng)，滑片F(xiàn)向下移動(dòng)時(shí)，輸入電壓U1不變，根據(jù)變壓比公式eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，由于n2減小，故輸出電壓U2也減小，副線圈中電流減小，故燈泡消耗的功率減小，V2的示數(shù)也變小，故A正確，B錯(cuò)誤；若F不動(dòng)，根據(jù)變壓比公式eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，輸入電壓U1不變，則輸出電壓U2也不變，滑片P向上滑動(dòng)時(shí)，電阻R減小，根據(jù)閉合電路歐姆定律，副線圈中電流增大，小燈泡中電流、電壓都增大，燈泡消耗的功率變大，由U＝U2－UL可知，電壓表V2示數(shù)減小，故C、D錯(cuò)誤?！镜淅?】（變壓器與電路的綜合應(yīng)用）（多選）如圖為模擬遠(yuǎn)距離輸電的部分測(cè)試電路。a、b端接電壓穩(wěn)定的正弦交變電源，定值電阻阻值分別為R1、R2，且R1<R2，理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)比為k且k<1，電流表、電壓表均