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第35 讲 交变电流、变压器、传感器、电磁振荡与电磁波 内容导航 01 命题透视·考情前瞻 对标素养，研判高考命题趋势 02 思维建模·脉络梳理 搭建知识框架，构建系统思维 03 考点精讲·靶向突破 拆解核心考点，归纳解题范式 04 考点一 交变电流的产生及变化规律 知识点1 交变电流的产生及变化规律 考向1 交变电流的表达式和图像 考点二 交变电流“四值”的理解和应用 知识点1 交变电流“四值”的比较 考向1 交变电流的四值 考向2 交变电流的有效值的计算 考点三 理想变压器 知识点1 理想变压器的基本规律的应用 考向1 理想变压器的简单计算 考向2 原线圈含电阻的计算 考向3 含二极管的变压器的计算 考向4 理想变压器的动态分析 考点四 远距离输电问题 知识点1 远距离输电的原理 考向1 输电原理及功率损失 考向2 用户端功率改变对电路的影响 考点五 传感器 知识点1 传感器 考向1 传感器 考点六 电磁振荡与电磁波 知识点1 电磁振荡与电磁波 考向1 电磁振荡与电磁波 04 真题溯源·考向感知 溯源真题逻辑，感知高考考向 命题透视·考情前瞻 ——对标素养，研判高考命题趋势 核心考点 2026 年 2025 年 2024 年 交变电流的产生和表达式 黑吉辽蒙联考卷6T,4 分 考情分析 题型与考向：该知识点多以选择题形式出现，属于高频基础考点，整体难 度中等，是物理试卷中性价比很高的得分点。核心考查内容包括交变电流 基础，理想变压器核心规律，动态分析题型以及远距离输电方面。 情境与立意： 1.工业生产情境：结合三峡水电站、变电站高压输电线路等真实工程场 景。引出“如何实现远距离低损耗输电”的问题，关联变压器升压、降压 的实际应用逻辑。 2.课堂探究情境：通过“两个无导线连接的线圈套在闭合铁芯上，接交流 电源后小灯泡发光”的小实验，引发学生思考能量传递的原理，直观呈现 互感现象的作用。 3.生活应用情境：结合家用220V 市电、不同用电设备的适配电压需求，解 释变压器如何灵活调整电压等级，贴合日常用电认知。 复习目标 1.基础目标：系统掌握交变电流的核心概念，包括正弦式交变电流的产生 规律、中性面的特殊性质，熟练区分并计算交变电流的瞬时值、峰值、有 效值、平均值这“四值”。 2.核心目标：透彻理解变压器的工作原理与结构功能，熟练运用理想变压 器的电压比、电流比、功率守恒三大规律，能独立完成变压器的两类动态 分析题型，突破该模块的高频考点。 3.拓展目标：掌握远距离输电的“三个回路、两个联系”分析逻辑，能准 确计算输电线路的电压损失与功率损耗，结合生活中的变压器应用场景， 具备用相关规律解决实际问题的能力。 思维建模·脉络梳理 考点精讲·靶向突破 ——拆解核心考点，归纳解题范式 考点一 交变电流的产生及变化规律 知识点1 交变电流的产生及变化规律 知●识●解●构 一、交变电流 1.定义：大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫作交变电流。 2.图像：如图所示 图甲、乙、丙、丁所示电流都属于交变电流，图戊所示电流属于恒定电流。 二、正弦式交变电流的产生和变化规律 1.产生：如图所示，在匀强磁场里，线圈绕垂直磁场方向的轴匀速转动时，可产生正弦式交变电流。 注意：交变电流的种类有很多，但同时具备这三个条件才会产生正弦式交变电流：匀强磁场；线圈 转轴和磁场垂直；匀速转动。 2.中性面及其特点 （1）定义：与磁场方向垂直的平面。 （2）特点 ①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。 ②线圈转动一周，2 次经过中性面，线圈每经过中性面一次，电流的方向就改变一次。 3.变化规律（线圈从中性面位置开始计时） （1）电动势e 随时间变化的规律： e＝E msin ωt. （2）电压u 随时间变化的规律： u＝U msin ωt. （3）电流i 随时间变化的规律：i＝ I msin ωt。 其中ω 是线圈转动的角速度，E m＝nBSω。 三、描述交变电流的物理量 1.周期和频率 （1）周期（T）：交变电流完成一次周期性变化，即线圈转一周所需要的时间，单位是秒（s），公 式T＝。 （2）频率（f）：交变电流在1 s 内完成周期性变化的次数，单位是赫兹（Hz）。 （3）周期和频率的关系：T＝或 f＝。 四、描述交变电流的解析式和图像 1.正弦式交变电流的变化规律（线圈在中性面位置开始计时） 规律 物理量 函数表达式 图像 磁通量 Φ=Φmcos ωt＝BScos ωt 电动势 e＝E msin ωt＝nBSωsin ωt 电压 u＝U msin ωt＝sin ωt 电流 i＝I msin ωt＝sin ωt 2.正弦式交变电流产生过程中的两个特殊位置 图示 特点 B⊥S B∥S Φ＝BS，最大 Φ＝0，最小 e＝n＝0，最小 e＝n＝nBSω，最大 电流为零，方向改变 电流最大，方向不变 3.书写交变电流瞬时值表达式的基本思路 （1）求出角速度，ω＝＝2πf。 （2）根据公式Em＝nBSω 求出相应峰值。 （3）明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式。 ①开始计时线圈与中性面重合，则i－t 函数式为i＝Imsin ωt； ②开始计时线圈与中性面垂直，则i－t 函数式为i＝Imcos ωt； ③开始计时线圈与中性面夹角为θ，则i－t 函数式为i＝Imsin(ωt＋θ）。 考●向●破●译 考向1 交变电流的表达式和图像 例1 （25-26 高二下·黑龙江哈尔滨）一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动。穿过线 圈的磁通量随时间变化的图像如甲图所示，则以下说法中正确的是（ ） A．t =0.03s时刻，交变电流的电动势达到最大 B．t =0.01s时刻，交变电流的电动势为零 C．t =0.03s时刻，线圈平面位于中性面 D．该线圈产生的交变电流的电动势随时间变化的图像如图乙 【变式训练1·变情境】（2025·辽宁·一模）如图甲所示，在匀强磁场中，闭合线框绕垂直于磁场方向的轴 匀速转动。线框产生的交变电流i 随时间t 变化的图像如图乙所示。下列说法正确的是（ ） A．该交变电流可将熔断电流为3A 的保险丝熔断 B．交变电流的周期为0.03s C．在t =0.01s时穿过线框的磁通量为零 D．线框匀速转动的角速度为100 π rad/s 【变式训练2·变考法】（25-26 高二上·吉林四平）如图甲所示，在匀强磁场中一匝数n=10的矩形金属线 圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，线圈中产生的感应电动势随时间的变化规律如图乙所示，下列说法 正确的是（ ） A．t =1.5s时，线圈平面与磁场方向垂直 B．t =2.5s时，线圈平面和中性面重合 C．t =3s时，线圈中磁通量变化率为零 D．穿过线圈磁通量的最大值为3 ❑√2 2π Wb 考点二 交变电流“四值”的理解和应用 知识点1 交变电流“四值”的比较 知●识●解●构 1.交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较 物理量 物理含义 重要关系 适用情况及说明 瞬时值 交变电流某 一时刻的值 e＝E msin ωt i＝I msin ωt 计算线圈某时刻的受力情况 峰值 最大的瞬时 值 E m＝nBSω I m= 讨论电容器的击穿电压 有效值 跟交变电流 的热效应等 效的恒定电 流的值 E＝ U= I= （只适用于正弦式交变 电流） （1）计算与电流的热效应有关 的量（如电功、电功率、电热 等） （2）电气设备“铭牌”上所标 的一般是指有效值 （3）保险丝的熔断电流为有效 值 （4）交流电压表和电流表的读 数为有效值 平均值 某段时间内 感应电动势 或电流的平 均值大小 =BL ＝n ＝ 计算通过电路截面的电荷量 2.最大值和有效值 （1）峰值：交变电流的电流或电压所能达到的最大值。 （2）有效值：让交变电流与恒定电流分别通过相同的电阻，如果它们在交变电流的一个周期内产生 的热量相等，则这个恒定电流I、恒定电压U 就是这个交变电流的有效值。 3. 交变电流解题方法 （1）有效值的“等效热量法” 对于任何形式的交变电流，都可以根据有效值的定义，计算其在一个周期内通过电阻产生的热量， 再让恒定电流通过相同电阻，在相同时间内产生相同热量，从而求出有效值，这是计算有效值的通用方 法。 （2）瞬时值表达式的“三要素法” 确定正弦式交变电流瞬时值表达式的三个要素：峰值、角速度、初始相位，其中峰值由计算，角速 度由计算，初始相位由线圈的初始位置确定。 4. 交变电流易错点 （1）有效值与峰值的混淆 很多同学会在计算电功、电功率时误用峰值代替有效值，只有在计算电容器的击穿电压等特定场景 下才使用峰值，其余涉及能量、功率的计算均需用有效值 （2）非正弦式交变电流的有效值计算错误 非正弦式交变电流的有效值不能直接套用正弦式的峰值与有效值关系，必须根据热效应定义，通过 计算一个周期内的热量来推导 考●向●破●译 考向1 交变电流的四值 例1 （25-26 高二上·辽宁大连）如图所示，图线a 是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦交流电的 图像，当调整线圈转速后，所产生正弦交流电的图像如图线b 所示，以下关于这两个正弦交流电的说法 正确的是（ ） A．交流电a 的电压瞬时值为u=10sin0.4 πt （V ） B．线圈先后两次转速之比为2：3 C．在图中t=0 时刻穿过线圈的磁通量为零 D．交流电b 电压的最大值为20 3 V 【变式训练1·变情境】（24-25 高二下·黑龙江大庆）闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动， 线圈中产生的感应电动势e 随时间t 变化的规律如图甲所示，同时把此线圈作为电源接入如图乙所示的电 路中。则（ ） A．理想电压表V的示数为220 ❑√2V B．t =0.005s时穿过闭合线圈的磁通量最大 C．e的瞬时表达式为e =220 ❑√2sin100πt (V) D．定值电阻R上的电流方向每秒钟改变50 次 【变式训练2·变考法】（2025·辽宁丹东·一模）图甲为风力发电的简易模型，绕有线圈的 形铁芯开口处 装有磁铁，风叶转动时带动磁铁一起转动，从而使铁芯中磁通量发生变化。当风叶匀速转动时，发电机 输出电压视为正弦式交流电。发电机与一变压器的原线圈相连，变压器原、副线圈匝数比为n1:n2=10:1， 当风速为某一恒定值时，变压器原线圈两端的电压随时间变化的关系图像如图乙所示。此时，若风速减 小，导致风叶转速变为原来的1 2，此过程中小灯泡阻值不变，所有线圈均为理想线圈，不计内阻。则下列 说法中正确的是（ ） A．变压器原线圈电压的瞬时值表达式变为u=15 ❑√2cos(100 πt )V B．电压表V2的示数为3 ❑√2V C．小灯泡的功率变为原来的1 2 D．发电机产生的交变电流的周期变为0.04s 考向2 交变电流的有效值的计算 例2 （25-26 高三下·辽宁抚顺）如图所示，a、b 间接正弦交流电源，输出电压u=20sin(100 πt )V，电 路中的定值电阻阻值R=10Ω，电压表为理想交流电表。下列说法正确的是（ ） A．电阻中电流的有效值为2A B．t=0.01s 时，电压表的示数为0 C．1min 内，电阻产生的焦耳热为2400J D．0~0.01s 内，通过电阻的电荷量为1 25 π C 【变式训练1·变情境】（25-26 高三上·辽宁葫芦岛）如图所示交变电流图像中，时间轴上方曲线为正弦交 流电半个周期所形成的图线，则该交变电流的有效值为（ ） A．I 0 B．❑√2 I 0 C． ❑√3 I 0 2 D． ❑√6 I 0 2 【变式训练2·变考法】（25-26 高三上·辽宁丹东）中国“探海工程”中研发的深海电磁发电装置，可利用 海底洋流带动线圈在强磁场中转动实现发电。图示为该装置的工作原理简化图，核心部件是N=200 匝的 矩形线圈，面积S=0.5m2，线圈在磁感应强度B=0.8T 的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以角速度ω=5 π rad/s 匀速转动，线圈总电阻r=5Ω，在其输出端与一个含有R=5Ω 的电阻的电路相连，电压表为理想电表， 从图示位置开始计时，则下列说法正确的是（ ） A．t=0.05s 时，穿过线圈的磁通量为0.2❑√2Wb B．理想电压表示数为200 ❑√2πV C．一个周期内线圈产生的焦耳热为3.2π 2×10 4J D．转过60°角过程中，通过电阻R 的电荷量为4C 考点三 理想变压器 知识点1 理想变压器的基本规律的应用 知●识●解●构 1. 构造和原理 （1）构造：如图所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。 （2）原理：电磁感应的互感现象。 2. 基本关系式 （1）功率关系： P 入＝P 出。 （2）电压关系：①有一个副线圈时，＝。 ②有多个副线圈时＝ ＝＝…。 （3）电流关系： ①有一个副线圈时＝，且I2决定I1。 ②有多个副线圈时，由P 入＝P 出得U1I1＝U2I2＋U3I3＋…＋UnIn或I1n1＝I2n2＋I3n3＋…＋Innn，输 出决定输入。 （4）频率关系：f1＝f2，变压器不改变交变电流的频率。 3. 电压互感器和电流互感器 （1）电压互感器：把高电压变成低电压，如图A 所示。 （2）电流互感器：把大电流变成小电流，如图B 所示。 4. 理想变压器的基本特点 （1）无漏磁，故原、副线圈中的Φ、相同。 （2）线圈无电阻，因此无电压损失，U＝E＝n。 （3）根据＝得，套在同一铁芯上的线圈，无论是原线圈，还是副线圈，该比例都成立，则有＝＝ ＝… 5. 关于理想变压器的四点说明 （1）变压器不能改变直流电压。 （2）变压器只能改变交变电流的电压和电流，不能改变交变电流的频率。 （3）理想变压器本身不消耗能量。 （4）理想变压器基本关系中的U1、U2、I1、I2均为有效值。 6. 分析变压器电路的两个难点 （1）分析原线圈有串联负载的变压器电路问题时要注意：变压器的输入电压不等于电源的电压，而 是等于电源电压减去串联负载的电压，即U1＝U 源－U 串。 （2）分析含有二极管的变压器电路问题时要注意：理想二极管具有单向导电性，正弦式交变电流通 过二极管后会变成半波直流电流，对应的有效值会发生变化。 7. 两种特殊的变压器模型 （1）自耦变压器 自耦变压器（又称调压器），它只有一个线圈，其中的一部分作为另一个线圈，当交流电源接不同 的端点时，它可以升压也可以降压，变压器的基本关系对自耦变压器均适用，如图所示。 （2）互感器 电压互感器 电流互感器 将高电压变为低电压 将大电流变成小电流 ＝ I1n1＝I2n2 8. 变压器易错点 （1）变压器变流规律的适用条件混淆 变流规律仅适用于理想变压器且只有一个副线圈的情况，若有多个副线圈，需根据输入功率等于输 出总功率来推导电流关系 （2）认为变压器能改变直流电压 变压器的工作原理是互感现象，只有当原线圈输入交变电流时，才能产生变化的磁场，使副线圈产 生感应电动势，输入直流电流时，磁场不变，副线圈无感应电动势，无法变压 考●向●破●译 考向1 理想变压器的简单计算 例1 （2026 高三·黑龙江辽宁）如图所示为家用燃气灶点火装置的电路原理图，直流电经转换器输出 u=5sin100πt（V）的交流电，再加在理想变压器的原线圈上，设变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2。 闭合开关S，当两点火针间电压瞬时值大于5000V 就会产生电火花进而点燃燃气，下列说法正确的是（ ） A．理想变压器原线圈中交流电的周期为T=0.01s B．图中交流电压表读数为5V C．要使燃气灶能正常点火，n1 n2 > 1 1000
