文档内容
第十二章 交变电流和传感器
近5年考情分析
考题统计
等级
考点要求 2022 2021 2020 2019 2018
要求
辽宁卷·T5
交变电流的产生和 浙江6月卷·T5
Ⅱ 浙江6月卷 Ⅲ卷·T16
描述 浙江1月卷·T9
·T5
理想变压器和远距 湖南卷·T6 河北卷·T8 Ⅱ卷·T19
Ⅱ
离输电 山东卷·T4 湖南卷·T6 Ⅲ卷·T20
实验十三：传感器 Ⅱ卷·T23
广东卷·T12 Ⅲ卷·T23 Ⅰ卷·T23
的简单应用
物理观念：1.理解磁通量、电磁感应、自感等概念；2.掌握右手定则、楞次定律、法拉
第电磁感应定律等规律；3.培养电磁相互作用观念和能量观念．
科学思维：综合应用楞次定律、法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、焦耳定律、
牛顿第二定律、动能定理、能量守恒定律、动量定理、动量守恒定律分析问题的能力．
核心素养
科学探究：通过实验探究影响感应电流方向的因素，探究法拉第电磁感应定律、探究自
感现象和涡流现象，提高定性和定量分析问题的能力．
科学态度与责任：了解生活中电磁感应的应用，体会学习物理的乐趣，培养学习物理的
兴趣．
本章高考考查内容主要有:(1)交变电流的产生及变化规律；(2)交变电流的四值及应用；
(3)理想变压器的工作原理与规律；(4)理想变压器的动态电路分析；远距离输电的模式
命题规律 以及电压和功率的损耗；(6)传感器的简单应用.题型主要为选择题.物理核心素养上面主
要考查学生的“模型建构和科学推理”要素.能力主要考查理解与推理能力.整体难度中
偏易。
复习时要重点关注:(1)交变电流的产生过程；(2)交变电流的图象和交变电流的四值；
(3)理想变压器电路中原、副线圈与各物理量之间的制约关系；(4)理想变压器的工作原
备考策略 理；(5)远距离输电的特点.远距离输电技术处于世界领先水平，与之相关的信息给予题
应多训练.随着现代技术与人工智能的发展，传感器的应用越来越广泛，与传感器有关的
信息题和实验题应增加关注.变压器的动态变化问题应作为本章的重点和难点.
【网络构建】专题 12.2 理想变压器和远距离输电
【网络构建】
考点一 理想变压器基本规律的应用
理想变压器以及原、副线圈基本量的关系
理想变压器 没有能量损失(铜损、铁损)，没有磁通量损失(磁通量全部集中在铁芯中)
功率关系 原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，P ＝P
入 出
基 电压关系 原、副线圈的电压比等于匝数比，U∶U＝n∶n，与负载的多少无关
1 2 1 2
本
关 电流关系 只有一个副线圈时，I 1 ∶I 2 ＝n 2 ∶n 1 ；有多个副线圈时，由P 入 ＝P 出 得I 1 U 1 ＝I 2 U 2
系 ＋I 3 U 3 ＋…＋I n U n 或I 1 n 1 ＝I 2 n 2 ＋I 3 n 3 ＋…＋I n n n
频率关系 f＝f(变压器不改变交流电的频率)
1 2
考点二 理想变压器的动态分析
1．常见的理想变压器的动态分析问题一般有两种：匝数比不变的情况和负载电阻不变的情况．
匝数比不变的情况 负载电阻不变的情况(1)U 不变，根据＝，输入电压U 决定输出电
1 1
压U，可以得出不论负载电阻R如何变化，
2
U 不变． (1)U 不变，发生变化，U 变化．
2 1 2
(2)当负载电阻发生变化时，I 变化，根据输 (2)R不变，U 变化，I 发生变化．
2 2 2
出电流I 决定输入电流I，可以判断I 的变
2 1 1 (3)根据P＝和P＝P，可以判断P 变化时，
化． 2 1 2 2
P 发生变化，U 不变时，I 发生变化
1 1 1
(3)I 变化引起P 变化，根据P＝P，可以判
2 2 1 2
断P 的变化
1
2.含有变压器的动态电路问题的解题思路
考点三 远距离输电模型
远距离输电问题的“三二二”
1．理清三个回路
2．抓住两个联系
(1)理想的升压变压器联系着回路1和回路2，由变压器原理可得：线圈1(匝数为n)和线圈2(匝数为n)中各
1 2
个量间的关系是＝，＝，P＝P.
1 2
(2)理想的降压变压器联系着回路2和回路3，由变压器原理可得：线圈3(匝数为n)和线圈4(匝数为n)中各
3 4
个量间的关系是＝，＝，P＝P.
3 43．掌握两种损耗
(1)电压损耗：输电线上的电阻导致的电压损耗，ΔU＝U－U＝I R
2 3 线 线．
(2)功率损耗：输电线上的电阻发热的功率损耗，ΔP＝P－P＝IR 输电线上能量损耗是热损耗，计算功率
2 3 线．
损耗时用公式ΔP＝IR 或ΔP＝.
线
高频考点一 理想变压器基本规律的应用
只有一个副线圈
例1、一含有理想变压器的电路如图所示，图中电阻R、R 和R 的阻值分别为3 Ω、1 Ω和4 Ω，Ⓐ 为理
1 2 3
想交流电流表，U为正弦交流电压源，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、副线圈匝数比为 ( )
A．2 B．3 C．4 D．5
【答案】 B
【解析】 设原、副线圈的匝数比为k，根据变压器匝数比与电流成反比的关系，则原线圈电流为I时，副
线圈电流为kI；原线圈电流为4I时，副线圈电流为4kI.
根据变压器的输入功率等于输出功率得 UI－I2R＝(kI)2(R＋R)
1 2 3
4UI－(4I)2R＝(4kI)2R
1 2
联立两式代入数据解得k＝3选项B正确．
【变式训练】如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为 10∶1，原线圈两端连接正弦交流电源 u＝
220sin314t(V)，副线圈接电阻R，同时接有理想电压表和理想电流表。下列判断正确的是( )
A．电压表读数约为31.1 V
B．若仅将副线圈匝数增加到原来的2倍，则电流表的读数增大到原来的2倍C．若仅将R的阻值增加到原来的2倍，则输入功率也增加到原来的2倍
D．若R的阻值和副线圈匝数同时增加到原来的2倍，则输出功率增加到原来的4倍
【答案】 B
【解析】 根据u＝220sin314t(V)可知，原线圈的电压有效值为U ＝220 V，电压表的读数为变压器输出电
1
压的有效值，由＝得，电压表读数为U ＝22 V，A错误；若仅将副线圈匝数增加到原来的 2倍，根据＝可
2
知，U 增大到原来的2倍，由I＝可知，电流表的读数增大到原来的2倍，B正确；输入电压和匝数比不变，
2 2
则输出电压U 不变，若仅将R的阻值增加到原来的2倍，由I ＝可知，副线圈电流变为原来的一半，输出
2 2
功率变为原来的一半，由输入功率等于输出功率可知，输入功率也变为原来的一半，C错误；若副线圈匝
数增加到原来的2倍，则U 增加到原来的2倍，若R的阻值也增加到原来的2倍，输出功率P ＝变为原来
2 2
的2倍，D错误。
有多个副线圈
例2、如图所示，两种情况下灯泡L 、L 的功率均为P，且L 、L 、L 为相同的灯泡，匝数比为n∶n ＝
2 3 1 2 3 1 2
3∶1，则图甲中L 的功率和图乙中L 的功率分别为 ( )
1 1
A．P、P B．9P、P
C.P、9P D.P、9P
【答案】B
【解析】由题意可知，两种情况下变压器输入功率均为 2P.设灯泡L 、L 两端的电压为U，电流为I，电阻
2 3
为R，则有P＝＝I2R.根据电压与匝数成正比可知，两种情况下变压器的输入电压均为3U，根据输入功率和
输出功率相等可知，变压器输入电流为I.所以图甲中L 的功率为P ＝＝9P；图乙中L 的功率为P ＝2R＝
1 甲 1 乙
P，选项B正确．
【变式训练】如图所示，电路中变压器原线圈匝数n ＝1 000，两个副线圈匝数分别为n ＝500、n ＝200，
1 2 3
分别接一个R＝55 Ω的电阻，在原线圈上接入U ＝220 V的交流电源．则两副线圈输出电功率之比和原线
1
圈中的电流I 分别是( )
1
A．＝，I＝2.8 A B．＝，I＝2.8 A
1 1C．＝，I＝1.16 A D．＝，I＝1.16 A
1 1
【答案】C.
【解析】对两个副线圈有＝、＝，所以U ＝110 V，U ＝44 V，又因为P＝，所以＝＝；由欧姆定律得I ＝
2 3 2
＝2 A，I＝＝0.8 A，对有两个副线圈的变压器有nI＝nI＋nI，得I＝1.16 A，故C正确．
3 1 1 2 2 3 3 1
高频考点二 理想变压器的动态分析
匝数不变时的动态分析
例3、如图所示，一理想变压器的原、副线圈匝数之比为n∶n＝55∶1，原线圈接电压u＝220·sin 100πt
1 2
(V)的交流电源，电表均为理想电表．闭合开关后，在滑动变阻器的滑片P从最上端滑到最下端的过程中，
下列说法正确的是 ( )
A．副线圈交变电流的频率是100 Hz B．电压表的示数为4 V
C．滑动变阻器两端的电压先变大后变小 D．电流表的示数变大
【答案】BD
【解析】由电压公式知交变电流的角速度为 ω＝100π rad/s，则频率f＝＝50 Hz，变压器不改变电流的频率，
故副线圈交变电流的频率是50 Hz，选项A错误；原线圈两端的输入电压有效值为220 V，由＝知，副线圈
两端电压为U ＝4 V，即为电压表的读数，故选项B正确；在滑动变阻器的滑片P从最上端滑到最下端的
2
过程中，电路中的总电阻减小，根据欧姆定律可知，变压器的输出电流增大，则输入的电流也增大，即电
流表的示数变大，故选项D正确；定值电阻R两端的电压变大，副线圈两端电压不变，所以滑动变阻器两
端电压变小，故选项C错误．
【变式训练】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．下列说法正确的
是( )
A．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R 消耗的功率变大
1
B．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变大
C．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电流表A 示数变大
1
D．若闭合开关S，则电流表A 示数变大，A 示数变大
1 2【答案】B.
【解析】当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻增大，变压器副线圈的总负
载的等效电阻增大，R 中电流减小，R 两端电压减小，电压表示数变大，R 消耗的电功率变小，选项A错
1 1 1
误，B正确；当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，变压器副线圈输出电流减小，输出功率减小，根据
变压器输入功率等于输出功率，变压器输入功率减小，电流表A 示数变小，选项C错误；若闭合开关S，
1
变压器副线圈的总负载的等效电阻减小，则R 中电流增大，R 两端电压增大，电压表示数减小，电流表A
1 1 2
示数减小，电流表A 示数变大，选项D错误．
1
负载电阻不变时的动态分析
例4、如图所示，接在家庭电路上的理想降压变压器给小灯泡L供电，如果将原、副线圈减少相同匝数，
其他条件不变，则( )
A．小灯泡变亮 B．小灯泡变暗
C．原、副线圈两端电压的比值不变 D．通过原、副线圈电流的比值不变
【答案】B
【解析】.由＝得U＝U ①
2 1
由＝得
U′＝U ②
2 1
由得：＝＝，因为n＜n，所以＜1，即U′＜U，故小灯泡变暗，B正确，A错误；由以上分析过程可以看
2 1 2 2
出，C错误；由＝和＝可见，D错误．
【变式训练】如图所示，电源输出电压不变，要使电路中电流表示数变大，可采用的方( )
A．将R上的滑片向上移动 B．将R上的滑片向下移动
C．将开关S掷向1 D．将开关S掷向2
【答案】AD
【解析】输入的电压和匝数比不变，输出的电压也不变，当滑片向上移动时，副线圈所在电路的电阻变小，
所以电流要增加，电流表示数增大，故选项A正确；当滑片向下移动时，副线圈所在电路的电阻变大，所
以电流要变小，故选项B错误；将开关S掷向1，原线圈的匝数变大，由电压与匝数成正比可得，副线圈的输出电压要减小，副线圈所在电路的电阻不变，所以电流要减小，故选项C错误；将开关S掷向2时，
原线圈的匝数减小，副线圈的输出电压要变大，副线圈所在电路的电阻不变，所以电流要增大，故选项D
正确．
变压器副线圈接有二极管
例5、图乙中，理想变压器原、副线圈匝数比n∶n ＝5∶1.原线圈接入如图甲所示的正弦交流电．电路中
1 2
电表均为理想电表，定值电阻R ＝R ＝4 Ω，D为理想二极管(该二极管的正向电阻为零，反向电阻为无穷
1 2
大)，则( )
A．电阻R 两端的电压频率为50 Hz B．电流表的示数为5 A
2
C．原线圈的输入功率为150 W D．将R 摘掉，电压表的示数不变
1
【答案】ACD
【解析】由题图甲可知，交流电的周期为0.02 s，故频率为50 Hz，而变压器及二极管均不会改变交流电的
频率，故电阻R 两端的电压频率为50 Hz，故A正确；经变压器后，输出电压为＝20 V，因二极管的单向
2
导电性，只有一半时间内有电压加在R 两端，则由有效值的定义可得U＝10 V，则电流表的示数为2.5 A，
2
故B错误；原线圈输入功率等于副线圈输出的功率，输出功率P＝ W＋(2.5)2×4 W＝150 W，故C正确；因
输出电压由输入电压决定，故将R 摘掉，电压表的示数不变，故D正确．
1
【变式训练】如图所示的电路中，理想变压器原、副线圈的匝数比n∶n ＝22∶5，原线圈接u＝220sin
1 2
100πt V的交流电，电阻R ＝R ＝ 25 Ω，D 、D 为两只理想二极管，假设两二极管的正向电阻为零，反向
1 2 1 2
电阻为无穷大，则副线圈电路中理想交流电流表的读数为( B )
A．1 A B．2 A
C． A D．2 A
【答案】B
【解析】 由于二极管具有单向导电性，在一个周期内相当于只有一个电阻能够正常工作，由理想变压器
变压规律＝可知，输出电压U＝50 V，所以电流表读数I＝ A＝2 A，选项B正确．
2高频考点三 远距离输电模型
例6、如图所示，一个小型水电站，其交流发电机的输出电压U 一定，通过理想升压变压器T 和理想降压
1 1
变压器T 向远处用户供电，输电线的总电阻为R。T 的输入电压和输入功率分别为U 和P ，它的输出电压
2 1 1 1
和输出功率分别为U 和P ，T 的输入电压和输入功率分别为U 和P ，它的输出电压和输出功率分别为U
2 2 2 3 3 4
和P。下列说法正确的是( )
4
A．当用户的用电器增加时，U、U、U 均变小
2 3 4
B．输电线的总电阻R两端的电压等于U＋U，且随用户的用电器增加而增大
2 3
C．输电线上损失的功率为，且随用户的用电器增加而增大
D．要减小输电线路的损耗，应增大升压变压器的匝数比，同时应增大降压变压器的匝数比
【答案】 CD
【解析】 交流发电机的输出电压U 一定，匝数没变，根据＝，知U 不变，A错误；输电线的总电阻R两
1 2
端的电压等于U －U ，且随着用户的用电器增加，输电线上的电流会增大，则输电线的总电阻 R两端的电
2 3
压增大，B错误；输电线上的电流I＝，则输电线上损失的功率为P ＝I2R＝，且随着用户的用电器增加，
损
输电线上的电流会增大，则输电线上损失的功率增大，C正确；输送功率一定时，根据P＝UI和P ＝I2R
损
知，要减小输电线路的损耗，应增大输送电压，又因为U 一定，根据＝知，应增大升压变压器的匝数比，
1
而U＝U－IR，U 增大，I减小，所以U 增大，要使用户所用电压U 不变，根据＝知，应增大降压变压器
3 2 2 3 4
的匝数比，D正确。
【变式训练】如图为远距离输电示意图，发电机的输出电压U 和输电线的电阻和理想变压
1
器匝数均不变，且n∶n＝ n∶n，当用户消耗的功率增大时，下列表述正确的是 ( )
1 2 4 3
A．用户的总电阻增大 B．用户端的电压U 减小
4
C．U∶U＝ U∶U D．用户端增加的功率等于升压变压器多输入的功率
1 2 4 3
【答案】 BC
【解析】 U∶U ＝n∶n ，U∶U ＝n∶n ，又n∶n ＝n∶n ，所以U∶U ＝U∶U ，选项C正确；当
1 2 1 2 4 3 4 3 1 2 4 3 1 2 4 3用户消耗的功率增大时，用户中电流一定增大，输电线中电流一定增大，输电线上损失的电压增大，降压
变压器输入电压减小，用户两端的电压U 减小，选项B正确；当用户消耗的功率增大时，用户中电流一定
4
增大，根据欧姆定律，用户的总电阻减小，选项A错误；用户消耗的功率增大时，输电线中电流增大，输
电线损失功率增大，用户端增加的功率加上输电线损失的功率等于升压变压器多输入的功率，选项D错误．
