第三章 交变电流 章末素养提升 学案（学生版+教师版）—2024年春高中物理人教版选择性必修二
文档属性
| 名称 | 第三章 交变电流 章末素养提升 学案（学生版+教师版）—2024年春高中物理人教版选择性必修二 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 609.3KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-03-10 19:23:46 | ||
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文档简介
第三章 交变电流 章末素养提升
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__________________匀速转动 (2)交变电流的四值 ①瞬时值：e＝________________________ i＝____________________(从线圈位于中性面开始计时) ②峰值：Em＝________ ③有效值：U＝，I＝(只适用于正弦式交变电流) ④平均值：＝N，＝____________
变压器 ＝，I1n1＝I2n2(只有一个副线圈时)；P1＝P2
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________，提高输电________. (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
例1 (2023·浙江6月选考)我国1 100 kV特高压直流输电工程的送电端用“整流”设备将交流变换成直流，用户端用“逆变”设备再将直流变换成交流。下列说法正确的是( )
A．送电端先升压再整流
B．用户端先降压再变交流
C．1 100 kV是指交流电的最大值
D．输电功率由送电端电压决定
例2 如图(a)所示，两个单匝矩形线圈分别放入匀强磁场中绕垂直磁场的轴OO′转动，两个线圈的转速不同，穿过两线圈的磁通量随时间分别按图(b)中图线甲、乙的规律变化，则( )
A．图线甲对应线圈在t＝0时产生的感应电动势最大
B．图线乙对应的线圈，1 s内交变电流的方向改变5次
C．图线甲、乙对应的线圈在t＝0.2 s时，线圈平面均垂直于磁感线
D．图线甲、乙对应的线圈转速之比为5∶4
例3 (2023·苏州市高二期中)如图甲，交流发电机与一理想变压器连接，给“220 V，1 100 W”的电饭煲和“220 V,220 W”的抽油烟机正常供电，交流发电机的两磁极间视为匀强磁场，内阻不计的线圈绕垂直于匀强磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从中性面开始计时，产生的电动势如图乙所示。所有导线的电阻均不计，交流电流表是理想电表，下列说法正确的是( )
A．变压器原线圈两端电压的瞬时值表达式为u＝1 100sin 50πt(V)
B．正常工作时，电饭煲和抽油烟机的发热功率之比为5∶1
C．t＝0.015 s时，穿过发电机线圈的磁通量为零
D．电饭煲和抽油烟机同时正常工作时，电流表示数为30 A
例4 (2023·南京市第一中学期中)如图所示为某小型发电站高压输电示意图。发电机输出功率恒定，升、降压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，电压表的示数为220 V，电流表的示数为5 A，线路总电阻r＝10 Ω，则下列说法正确的是( )
A．发电机输出的电功率为1 100 kW
B．线路上损耗的功率为2 500 W
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变多，降压变压器输出电压U4大小不会改变
例5 如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数之比为10∶1，B是原线圈的中心接头，原线圈输入电压如图乙所示，副线圈电路中R1、R3为定值电阻，R2为热敏电阻(阻值随温度升高而减小)，C为耐压值为50 V的电容器，所有电表均为理想电表。下列判断正确的是( )
A．当单刀双掷开关与B连接，副线圈两端电压的频率变为10 Hz
B．当单刀双掷开关由A→B时，电容器C会被击穿
C．当单刀双掷开关与A连接，R2所在处温度升高，A1的示数变大，A2的示数不变
D．其他条件不变，单刀双掷开关由A→B时，变压器的输出功率变为原来的0.5倍
例6 如图所示，作为北京奥运会主场馆之一的国家体育场“鸟巢”拥有9.1万个座位，其扇形屋面和大面积的玻璃幕墙不仅给人以赏心悦目之感，还隐藏着一座年发电量约为98 550 kW·
h的太阳能光伏发电系统，供给体育场内的照明灯等使用。假如该发电系统的输出功率为1×105 W。
(1)按平均每天太阳照射6小时，该发电系统一年(365)天能输出多少电能？
(2)假如输出电压为250 V，现准备向远处输电。所用输电线的总电阻为8 Ω，要求输电时在输电线上损失的电功率为输送电功率的5%，用户获得220 V电压，应选用匝数比多大的升压变压器和降压变压器？
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例7 (2023·宿迁市月考)地球是个巨大的磁体，它周围空间存在的磁场叫地磁场，但地磁场看不到，摸不着。为了研究地磁场，赵老师指导的一个学习小组在空旷的场地上做“摇绳发电实验”，等效示意图如图。他们将一铜芯线像甩跳绳一样匀速摇动，铜芯线的两端分别通过细铜线与灵敏交流电流表相连。摇绳的两位同学的连线与所在处的地磁场(可视为匀强磁场)垂直。摇动时，转动的铜芯线所围成区域近似半圆，面积为S，转动角速度为ω，用电流表测得电路中电流为I，电路总电阻为R。(已知S＝5 m2、ω＝10 rad/s、I＝20 μA、R＝100 Ω，取＝2.25)
(1)求该处地磁场的磁感应强度B的大小；
(2)从铜芯线所在平面与该处地磁场垂直开始计时，求其转过半圈的过程中，通过电流表的电荷量q；
(3)求铜芯线转动100圈过程中，电路产生的焦耳热Q。
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章末素养提升
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＝(只适用于正弦式交变电流) ④平均值：＝N，＝
变压器 ＝，I1n1＝I2n2(只有一个副线圈时)；P1＝P2
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
例1 (2023·浙江6月选考)我国1 100 kV特高压直流输电工程的送电端用“整流”设备将交流变换成直流，用户端用“逆变”设备再将直流变换成交流。下列说法正确的是( )
A．送电端先升压再整流
B．用户端先降压再变交流
C．1 100 kV是指交流电的最大值
D．输电功率由送电端电压决定
答案 A
解析 升压和降压都需要在交流的时候才能进行，故送电端应该先升压再整流，用户端应该先变交流再降压，故A正确，B错误；1 100 kV指的是直流电的电压，故C错误；输电的功率是由用户端负载的总功率来决定的，故D错误。
例2 如图(a)所示，两个单匝矩形线圈分别放入匀强磁场中绕垂直磁场的轴OO′转动，两个线圈的转速不同，穿过两线圈的磁通量随时间分别按图(b)中图线甲、乙的规律变化，则( )
A．图线甲对应线圈在t＝0时产生的感应电动势最大
B．图线乙对应的线圈，1 s内交变电流的方向改变5次
C．图线甲、乙对应的线圈在t＝0.2 s时，线圈平面均垂直于磁感线
D．图线甲、乙对应的线圈转速之比为5∶4
答案 D
解析 在t＝0时刻，Φ甲最大，则产生的感应电动势最小，故A错误；图线乙对应的线圈的周期是0.2 s，一个周期内交变电流的方向改变2次，1 s内交变电流的方向改变10次，故B错误；在t＝0.2 s时，图线甲、乙对应的线圈的磁通量均为零，所以线圈平面均平行于磁感线，故C错误；由题图可知甲、乙图线对应线圈的周期为4∶5，而线圈的转速n＝，所以图线甲、乙对应的线圈转速之比为5∶4，故D正确。
例3 (2023·苏州市高二期中)如图甲，交流发电机与一理想变压器连接，给“220 V,1 100 W”的电饭煲和“220 V,220 W”的抽油烟机正常供电，交流发电机的两磁极间视为匀强磁场，内阻不计的线圈绕垂直于匀强磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从中性面开始计时，产生的电动势如图乙所示。所有导线的电阻均不计，交流电流表是理想电表，下列说法正确的是( )
A．变压器原线圈两端电压的瞬时值表达式为u＝1 100sin 50πt(V)
B．正常工作时，电饭煲和抽油烟机的发热功率之比为5∶1
C．t＝0.015 s时，穿过发电机线圈的磁通量为零
D．电饭煲和抽油烟机同时正常工作时，电流表示数为30 A
答案 C
解析 由题图乙可知，该发电机产生的交流电的周期为0.02 s，则ω＝＝100π rad/s，发电机的电压最大值为1 100 V，所以其瞬时值表达式为e＝1 100sin 100πt(V)，即变压器原线圈两端的电压瞬时值表达式为u＝1 100sin 100πt(V)，故A错误；抽油烟机消耗的电能大部分转化为机械能，所以正常工作时，电饭煲的发热功率大于抽油烟机发热功率的5倍，故B错误；t＝0.015 s时，变压器原线圈两端电压的瞬时值最大，穿过发电机线圈的磁通量为零，故C正确；电饭煲和抽油烟机正常工作时，变压器的输出功率P出＝1 100 W＋220 W＝1 320 W，所以P入＝P出＝1 320 W，发电机电压的有效值U1＝＝1 100 V
所以电流表的示数I＝＝ A＝1.2 A，故D错误。
例4 (2023·南京市第一中学期中)如图所示为某小型发电站高压输电示意图。发电机输出功率恒定，升、降压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，电压表的示数为220 V，电流表的示数为5 A，线路总电阻r＝10 Ω，则下列说法正确的是( )
A．发电机输出的电功率为1 100 kW
B．线路上损耗的功率为2 500 W
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变多，降压变压器输出电压U4大小不会改变
答案 A
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B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出＝U2I＝22 000×50 W＝1 100 kW，故A正确；用户使用的用电设备增多，降压变压器副线圈中的电流I4增大，输电电流和升压变压器的原线圈的电流均会增大，发电机输出功率恒定，则U1、U2均减小，由U3＝U2－I3r可得，降压变压器输入电压U3减小，降压变压器输出电压U4减小，故D错误。
例5 如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数之比为10∶1，B是原线圈的中心接头，原线圈输入电压如图乙所示，副线圈电路中R1、R3为定值电阻，R2为热敏电阻(阻值随温度升高而减小)，C为耐压值为50 V的电容器，所有电表均为理想电表。下列判断正确的是( )
A．当单刀双掷开关与B连接，副线圈两端电压的频率变为10 Hz
B．当单刀双掷开关由A→B时，电容器C会被击穿
C．当单刀双掷开关与A连接，R2所在处温度升高，A1的示数变大，A2的示数不变
D．其他条件不变，单刀双掷开关由A→B时，变压器的输出功率变为原来的0.5倍
答案 B
解析 变压器不会改变交流电的频率，因此副线圈两端电压的频率仍为50 Hz，故A错误；根据＝可知，当单刀双掷开关由A→B时，副线圈两端电压的最大值为Um＝44 V>50 V，因此电容器C会被击穿，故B正确；若R2所在处温度升高，电阻减小，副线圈干路电流增大，原线圈电流增大，A1的示数变大；R3两端的电压升高，而副线圈两端电压不变，R1两端的电压减小，因此电流表A2的示数减小，故C错误；其他条件不变，单刀双掷开关由A→B时，变压器的输出电压加倍，电容器被击穿，形成短路，通过副线圈的电流变大，从而变压器的输出功率增加，故D错误。
例6 如图所示，作为北京奥运会主场馆之一的国家体育场“鸟巢”拥有9.1万个座位，其扇形屋面和大面积的玻璃幕墙不仅给人以赏心悦目之感，还隐藏着一座年发电量约为98 550 kW·h的太阳能光伏发电系统，供给体育场内的照明灯等使用。假如该发电系统的输出功率为1×105 W。
(1)按平均每天太阳照射6小时，该发电系统一年(365)天能输出多少电能？
(2)假如输出电压为250 V，现准备向远处输电。所用输电线的总电阻为8 Ω，要求输电时在输电线上损失的电功率为输送电功率的5%，用户获得220 V电压，应选用匝数比多大的升压变压器和降压变压器？
答案 (1)7.884×1011 J (2)1∶16 190∶11
解析 (1)设该发电系统一年能输出的电能为E，
P＝1×105 W，t＝365×6×3 600 s，E＝Pt
解得E＝7.884×1011 J
(2)依题意作出如图所示的输电示意图
升压变压器原线圈中的电流
I1＝＝ A＝400 A
当输电线上损失的电功率为输送电功率的5%时，设输电线中的电流为I2，则I22R线＝5%×P
解得I2＝25 A，则升压变压器T1原、副线圈的匝数比为＝＝＝
设降压变压器T2副线圈中的电流为I4，即提供给所有用户的总电流I总，用户获得的总功率为
P用＝P－5%×P
又P用＝U4I总＝U4I4
解得I4＝ A
又I3＝I2＝25 A
则降压变压器原、副线圈的匝数比为＝＝。
例7 (2023·宿迁市月考)地球是个巨大的磁体，它周围空间存在的磁场叫地磁场，但地磁场看不到，摸不着。为了研究地磁场，赵老师指导的一个学习小组在空旷的场地上做“摇绳发电实验”，等效示意图如图。他们将一铜芯线像甩跳绳一样匀速摇动，铜芯线的两端分别通过细铜线与灵敏交流电流表相连。摇绳的两位同学的连线与所在处的地磁场(可视为匀强磁场)垂直。摇动时，转动的铜芯线所围成区域近似半圆，面积为S，转动角速度为ω，用电流表测得电路中电流为I，电路总电阻为R。(已知S＝5 m2、ω＝10 rad/s、I＝20 μA、R＝100 Ω，取＝2.25)
(1)求该处地磁场的磁感应强度B的大小；
(2)从铜芯线所在平面与该处地磁场垂直开始计时，求其转过半圈的过程中，通过电流表的电荷量q；
(3)求铜芯线转动100圈过程中，电路产生的焦耳热Q。
答案 (1)4×10－5 T (2)4×10－6 C (3)1.8×10－6 J
解析 (1)铜芯线中产生的是正弦式交流电，电流表测量的是电流的有效值，因此，电流的最大值
Imax＝I
感应电动势的最大值Emax＝ImaxR
又因为感应电动势的最大值Emax＝BSω，
解得B＝4×10－5 T
(2)从铜芯线所在平面与该处地磁场垂直开始计时，其转过半圈的过程中，根据法拉第电磁感应定律得＝＝
根据闭合电路欧姆定律有＝
根据电流定义式有＝
解得q＝4×10－6 C
(3)铜芯线转动100圈过程经历的时间
t＝100×＝45 s
电路中产生的焦耳热Q＝I2Rt
解得Q＝1.8×10－6 J。
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__________________匀速转动 (2)交变电流的四值 ①瞬时值：e＝________________________ i＝____________________(从线圈位于中性面开始计时) ②峰值：Em＝________ ③有效值：U＝，I＝(只适用于正弦式交变电流) ④平均值：＝N，＝____________
变压器 ＝，I1n1＝I2n2(只有一个副线圈时)；P1＝P2
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________，提高输电________. (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
例1 (2023·浙江6月选考)我国1 100 kV特高压直流输电工程的送电端用“整流”设备将交流变换成直流，用户端用“逆变”设备再将直流变换成交流。下列说法正确的是( )
A．送电端先升压再整流
B．用户端先降压再变交流
C．1 100 kV是指交流电的最大值
D．输电功率由送电端电压决定
例2 如图(a)所示，两个单匝矩形线圈分别放入匀强磁场中绕垂直磁场的轴OO′转动，两个线圈的转速不同，穿过两线圈的磁通量随时间分别按图(b)中图线甲、乙的规律变化，则( )
A．图线甲对应线圈在t＝0时产生的感应电动势最大
B．图线乙对应的线圈，1 s内交变电流的方向改变5次
C．图线甲、乙对应的线圈在t＝0.2 s时，线圈平面均垂直于磁感线
D．图线甲、乙对应的线圈转速之比为5∶4
例3 (2023·苏州市高二期中)如图甲，交流发电机与一理想变压器连接，给“220 V，1 100 W”的电饭煲和“220 V,220 W”的抽油烟机正常供电，交流发电机的两磁极间视为匀强磁场，内阻不计的线圈绕垂直于匀强磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从中性面开始计时，产生的电动势如图乙所示。所有导线的电阻均不计，交流电流表是理想电表，下列说法正确的是( )
A．变压器原线圈两端电压的瞬时值表达式为u＝1 100sin 50πt(V)
B．正常工作时，电饭煲和抽油烟机的发热功率之比为5∶1
C．t＝0.015 s时，穿过发电机线圈的磁通量为零
D．电饭煲和抽油烟机同时正常工作时，电流表示数为30 A
例4 (2023·南京市第一中学期中)如图所示为某小型发电站高压输电示意图。发电机输出功率恒定，升、降压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，电压表的示数为220 V，电流表的示数为5 A，线路总电阻r＝10 Ω，则下列说法正确的是( )
A．发电机输出的电功率为1 100 kW
B．线路上损耗的功率为2 500 W
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变多，降压变压器输出电压U4大小不会改变
例5 如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数之比为10∶1，B是原线圈的中心接头，原线圈输入电压如图乙所示，副线圈电路中R1、R3为定值电阻，R2为热敏电阻(阻值随温度升高而减小)，C为耐压值为50 V的电容器，所有电表均为理想电表。下列判断正确的是( )
A．当单刀双掷开关与B连接，副线圈两端电压的频率变为10 Hz
B．当单刀双掷开关由A→B时，电容器C会被击穿
C．当单刀双掷开关与A连接，R2所在处温度升高，A1的示数变大，A2的示数不变
D．其他条件不变，单刀双掷开关由A→B时，变压器的输出功率变为原来的0.5倍
例6 如图所示，作为北京奥运会主场馆之一的国家体育场“鸟巢”拥有9.1万个座位，其扇形屋面和大面积的玻璃幕墙不仅给人以赏心悦目之感，还隐藏着一座年发电量约为98 550 kW·
h的太阳能光伏发电系统，供给体育场内的照明灯等使用。假如该发电系统的输出功率为1×105 W。
(1)按平均每天太阳照射6小时，该发电系统一年(365)天能输出多少电能？
(2)假如输出电压为250 V，现准备向远处输电。所用输电线的总电阻为8 Ω，要求输电时在输电线上损失的电功率为输送电功率的5%，用户获得220 V电压，应选用匝数比多大的升压变压器和降压变压器？
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例7 (2023·宿迁市月考)地球是个巨大的磁体，它周围空间存在的磁场叫地磁场，但地磁场看不到，摸不着。为了研究地磁场，赵老师指导的一个学习小组在空旷的场地上做“摇绳发电实验”，等效示意图如图。他们将一铜芯线像甩跳绳一样匀速摇动，铜芯线的两端分别通过细铜线与灵敏交流电流表相连。摇绳的两位同学的连线与所在处的地磁场(可视为匀强磁场)垂直。摇动时，转动的铜芯线所围成区域近似半圆，面积为S，转动角速度为ω，用电流表测得电路中电流为I，电路总电阻为R。(已知S＝5 m2、ω＝10 rad/s、I＝20 μA、R＝100 Ω，取＝2.25)
(1)求该处地磁场的磁感应强度B的大小；
(2)从铜芯线所在平面与该处地磁场垂直开始计时，求其转过半圈的过程中，通过电流表的电荷量q；
(3)求铜芯线转动100圈过程中，电路产生的焦耳热Q。
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章末素养提升
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＝(只适用于正弦式交变电流) ④平均值：＝N，＝
变压器 ＝，I1n1＝I2n2(只有一个副线圈时)；P1＝P2
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
例1 (2023·浙江6月选考)我国1 100 kV特高压直流输电工程的送电端用“整流”设备将交流变换成直流，用户端用“逆变”设备再将直流变换成交流。下列说法正确的是( )
A．送电端先升压再整流
B．用户端先降压再变交流
C．1 100 kV是指交流电的最大值
D．输电功率由送电端电压决定
答案 A
解析 升压和降压都需要在交流的时候才能进行，故送电端应该先升压再整流，用户端应该先变交流再降压，故A正确，B错误；1 100 kV指的是直流电的电压，故C错误；输电的功率是由用户端负载的总功率来决定的，故D错误。
例2 如图(a)所示，两个单匝矩形线圈分别放入匀强磁场中绕垂直磁场的轴OO′转动，两个线圈的转速不同，穿过两线圈的磁通量随时间分别按图(b)中图线甲、乙的规律变化，则( )
A．图线甲对应线圈在t＝0时产生的感应电动势最大
B．图线乙对应的线圈，1 s内交变电流的方向改变5次
C．图线甲、乙对应的线圈在t＝0.2 s时，线圈平面均垂直于磁感线
D．图线甲、乙对应的线圈转速之比为5∶4
答案 D
解析 在t＝0时刻，Φ甲最大，则产生的感应电动势最小，故A错误；图线乙对应的线圈的周期是0.2 s，一个周期内交变电流的方向改变2次，1 s内交变电流的方向改变10次，故B错误；在t＝0.2 s时，图线甲、乙对应的线圈的磁通量均为零，所以线圈平面均平行于磁感线，故C错误；由题图可知甲、乙图线对应线圈的周期为4∶5，而线圈的转速n＝，所以图线甲、乙对应的线圈转速之比为5∶4，故D正确。
例3 (2023·苏州市高二期中)如图甲，交流发电机与一理想变压器连接，给“220 V,1 100 W”的电饭煲和“220 V,220 W”的抽油烟机正常供电，交流发电机的两磁极间视为匀强磁场，内阻不计的线圈绕垂直于匀强磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从中性面开始计时，产生的电动势如图乙所示。所有导线的电阻均不计，交流电流表是理想电表，下列说法正确的是( )
A．变压器原线圈两端电压的瞬时值表达式为u＝1 100sin 50πt(V)
B．正常工作时，电饭煲和抽油烟机的发热功率之比为5∶1
C．t＝0.015 s时，穿过发电机线圈的磁通量为零
D．电饭煲和抽油烟机同时正常工作时，电流表示数为30 A
答案 C
解析 由题图乙可知，该发电机产生的交流电的周期为0.02 s，则ω＝＝100π rad/s，发电机的电压最大值为1 100 V，所以其瞬时值表达式为e＝1 100sin 100πt(V)，即变压器原线圈两端的电压瞬时值表达式为u＝1 100sin 100πt(V)，故A错误；抽油烟机消耗的电能大部分转化为机械能，所以正常工作时，电饭煲的发热功率大于抽油烟机发热功率的5倍，故B错误；t＝0.015 s时，变压器原线圈两端电压的瞬时值最大，穿过发电机线圈的磁通量为零，故C正确；电饭煲和抽油烟机正常工作时，变压器的输出功率P出＝1 100 W＋220 W＝1 320 W，所以P入＝P出＝1 320 W，发电机电压的有效值U1＝＝1 100 V
所以电流表的示数I＝＝ A＝1.2 A，故D错误。
例4 (2023·南京市第一中学期中)如图所示为某小型发电站高压输电示意图。发电机输出功率恒定，升、降压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，电压表的示数为220 V，电流表的示数为5 A，线路总电阻r＝10 Ω，则下列说法正确的是( )
A．发电机输出的电功率为1 100 kW
B．线路上损耗的功率为2 500 W
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变多，降压变压器输出电压U4大小不会改变
答案 A
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B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出＝U2I＝22 000×50 W＝1 100 kW，故A正确；用户使用的用电设备增多，降压变压器副线圈中的电流I4增大，输电电流和升压变压器的原线圈的电流均会增大，发电机输出功率恒定，则U1、U2均减小，由U3＝U2－I3r可得，降压变压器输入电压U3减小，降压变压器输出电压U4减小，故D错误。
例5 如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数之比为10∶1，B是原线圈的中心接头，原线圈输入电压如图乙所示，副线圈电路中R1、R3为定值电阻，R2为热敏电阻(阻值随温度升高而减小)，C为耐压值为50 V的电容器，所有电表均为理想电表。下列判断正确的是( )
A．当单刀双掷开关与B连接，副线圈两端电压的频率变为10 Hz
B．当单刀双掷开关由A→B时，电容器C会被击穿
C．当单刀双掷开关与A连接，R2所在处温度升高，A1的示数变大，A2的示数不变
D．其他条件不变，单刀双掷开关由A→B时，变压器的输出功率变为原来的0.5倍
答案 B
解析 变压器不会改变交流电的频率，因此副线圈两端电压的频率仍为50 Hz，故A错误；根据＝可知，当单刀双掷开关由A→B时，副线圈两端电压的最大值为Um＝44 V>50 V，因此电容器C会被击穿，故B正确；若R2所在处温度升高，电阻减小，副线圈干路电流增大，原线圈电流增大，A1的示数变大；R3两端的电压升高，而副线圈两端电压不变，R1两端的电压减小，因此电流表A2的示数减小，故C错误；其他条件不变，单刀双掷开关由A→B时，变压器的输出电压加倍，电容器被击穿，形成短路，通过副线圈的电流变大，从而变压器的输出功率增加，故D错误。
例6 如图所示，作为北京奥运会主场馆之一的国家体育场“鸟巢”拥有9.1万个座位，其扇形屋面和大面积的玻璃幕墙不仅给人以赏心悦目之感，还隐藏着一座年发电量约为98 550 kW·h的太阳能光伏发电系统，供给体育场内的照明灯等使用。假如该发电系统的输出功率为1×105 W。
(1)按平均每天太阳照射6小时，该发电系统一年(365)天能输出多少电能？
(2)假如输出电压为250 V，现准备向远处输电。所用输电线的总电阻为8 Ω，要求输电时在输电线上损失的电功率为输送电功率的5%，用户获得220 V电压，应选用匝数比多大的升压变压器和降压变压器？
答案 (1)7.884×1011 J (2)1∶16 190∶11
解析 (1)设该发电系统一年能输出的电能为E，
P＝1×105 W，t＝365×6×3 600 s，E＝Pt
解得E＝7.884×1011 J
(2)依题意作出如图所示的输电示意图
升压变压器原线圈中的电流
I1＝＝ A＝400 A
当输电线上损失的电功率为输送电功率的5%时，设输电线中的电流为I2，则I22R线＝5%×P
解得I2＝25 A，则升压变压器T1原、副线圈的匝数比为＝＝＝
设降压变压器T2副线圈中的电流为I4，即提供给所有用户的总电流I总，用户获得的总功率为
P用＝P－5%×P
又P用＝U4I总＝U4I4
解得I4＝ A
又I3＝I2＝25 A
则降压变压器原、副线圈的匝数比为＝＝。
例7 (2023·宿迁市月考)地球是个巨大的磁体，它周围空间存在的磁场叫地磁场，但地磁场看不到，摸不着。为了研究地磁场，赵老师指导的一个学习小组在空旷的场地上做“摇绳发电实验”，等效示意图如图。他们将一铜芯线像甩跳绳一样匀速摇动，铜芯线的两端分别通过细铜线与灵敏交流电流表相连。摇绳的两位同学的连线与所在处的地磁场(可视为匀强磁场)垂直。摇动时，转动的铜芯线所围成区域近似半圆，面积为S，转动角速度为ω，用电流表测得电路中电流为I，电路总电阻为R。(已知S＝5 m2、ω＝10 rad/s、I＝20 μA、R＝100 Ω，取＝2.25)
(1)求该处地磁场的磁感应强度B的大小；
(2)从铜芯线所在平面与该处地磁场垂直开始计时，求其转过半圈的过程中，通过电流表的电荷量q；
(3)求铜芯线转动100圈过程中，电路产生的焦耳热Q。
答案 (1)4×10－5 T (2)4×10－6 C (3)1.8×10－6 J
解析 (1)铜芯线中产生的是正弦式交流电，电流表测量的是电流的有效值，因此，电流的最大值
Imax＝I
感应电动势的最大值Emax＝ImaxR
又因为感应电动势的最大值Emax＝BSω，
解得B＝4×10－5 T
(2)从铜芯线所在平面与该处地磁场垂直开始计时，其转过半圈的过程中，根据法拉第电磁感应定律得＝＝
根据闭合电路欧姆定律有＝
根据电流定义式有＝
解得q＝4×10－6 C
(3)铜芯线转动100圈过程经历的时间
t＝100×＝45 s
电路中产生的焦耳热Q＝I2Rt
解得Q＝1.8×10－6 J。