2025年高考物理押题预测考前冲刺--交变电流（有解析）
文档属性
| 名称 | 2025年高考物理押题预测考前冲刺--交变电流（有解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 2.4MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 通用版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2025-05-18 19:08:02 | ||
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文档简介
2025年高考物理押题预测考前冲刺--交变电流
一．选择题（共10小题）
1．（2025 安徽模拟）如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为n，电源的输出电压有效值恒定，定值电阻R1＝5Ω、R2＝2Ω、R3＝6Ω、R4＝3Ω。闭合开关S，通过定值电阻R1和R3的电流均为1A，电流表为理想电表，导线电阻不计。现将开关S断开，则下列说法中正确的是（ ）
A．原、副线圈的匝数比n＝2
B．电流表示数一定增大
C．电源输出电压的有效值为41V
D．开关S断开前后，电源输出的电功率之比为3：5
2．（2025 南京二模）如图，某发电机的矩形线框处在竖直向下的匀强磁场中，绕对称轴OO′以角速度ω匀速转动。取通过电阻R向右的电流为正，从图示位置计时，则R中的电流i随时间t变化的图像是（ ）
A． B．
C． D．
3．（2025 红桥区二模）图甲为小型发电机与理想变压器变压输电过程的示意图，图乙为该发电机产生的电动势随时间的变化规律。理想变压器的匝数比n1：n2：n3＝4：2：1，电阻R1阻值未知，电阻R2＝5Ω，灯泡的额定电压为10V，额定功率为5W。不计发电机线圈内阻及交流电表A的内阻。若灯泡正常发光，下列说法正确的是（ ）
A．t＝0.02s时，通过发电机线圈的磁通量为零，磁通量变化率最大
B．电流表A的示数为
C．电阻R1＝4Ω
D．发电机的输出功率为22W
4．（2025 福州校级模拟）电蚊拍利用高压电击网来击杀飞近的蚊虫，原理如题图所示，将锂电池的4V电压通过转换器转变为交变电压u＝4sin10000πt（V），再将其加在理想变压器的原线圈上，副线圈两端接电击网，电压峰值达到2800V时可击杀蚊虫。电蚊拍正常工作时，下列说法正确的是（ ）
A．交流电压表的示数为4V
B．电击网上的高频电压的频率为10000Hz
C．通过原线圈的电流大于通过副线圈的电流
D．副线圈与原线圈匝数之比需满足小于700
5．（2025 贵阳三模）2024年8月28日，新疆巴铁若（巴州—铁干里克—若羌）750kV输变电工程全线贯通。若该线路采用250kV高压输电，在输电总功率不变的条件下，输电线上单位时间内因发热损耗的电能将变为750kV时的（ ）
A．倍 B．倍 C．3倍 D．9倍
6．（2025 甘肃二模）小甘同学在学习了变压器的相关知识后自制了一个变压器。他将变压器的初级线圈接到交流电源上时，测得次级线圈两端的输出电压为8V。保持电源电压不变，将初级线圈和次级线圈对调，测得输出电压为2V，若变压器可看作理想变压器，则电源电压为（ ）
A．2V B．4V C．8V D．16V
7．（2025 浙江三模）火灾报警的工作原理图如图所示，理想变压器的原线圈接电压恒定的交流电，副线圈的电路中R为热敏电阻，R1为滑动变阻器，R2为定值电阻。当温度升高时，R的阻值变小，报警装置通过检测R2中的电流来实现报警。则（ ）
A．发生火灾时，原线圈中的电流在变小
B．发生火灾时，报警装置检测到电流变小
C．为了降低报警温度，R1的滑片P应向下滑动
D．R1的滑片P向上滑动时，副线圈两端的电压变大
8．（2025 湖州三模）某自行车的车灯发电机如图1所示，其结构如图2。绕有300匝线圈的匚形铁芯开口处装有磁铁。车轮转动时带动半径为2cm的摩擦小轮转动。摩擦小轮又通过传动轴带动磁铁一起转动，从而使铁芯中磁通量发生变化，其变化图像如图3所示，其中ω为摩擦小轮转动的角速度。线圈两端c、d作为发电机输出端与标有“12V，6W”的灯泡L相连。当自行车以速度v匀速行驶时，小灯泡恰好正常发光。假设灯泡阻值不变，线圈的总电阻为6Ω，摩擦小轮与轮胎间不打滑，发电机输出电压可视为正弦交流电压。则（ ）
A．自行车的速度v＝10m/s
B．小灯泡正常发光时ω＝250rad/s
C．若自行车的速度减半，则小灯泡的功率也减半
D．磁铁处于图2位置时，小灯泡两端的电压为
9．（2025 河南模拟）如图甲是实验室中的一款可拆卸的理想变压器，图中各接线柱对应的数字表示匝数，副线圈接线柱“0”“100”和“400”下方分别标有A、B、C。如图乙所示，在原线圈“200”和“1400”接线柱上（此时接入的匝数为1200）接入u＝Umcos100πt的交流电。单匝线圈绕过铁芯连接理想交流电压表，电压表的示数为0.1V。下列说法正确的是（ ）
A．Um为220V
B．A、B间电压的频率与B、C间电压的频率不同
C．若将阻值为12Ω的电阻R接在BC两端，R两端的电压有效值为30V
D．若将阻值为12Ω的电阻R接在AC两端，流过R的电流有效值为2.5A，周期为0.02s
10．（2025 未央区校级模拟）某中学有许多选课走班教室，有些教室的特种设备需要用可变电压为设备供电，小米同学设计了如图所示的变压器为某设备供电，理想变压器的原线圈连接一个r＝9Ω的电阻，且原线圈匝数n1可以通过滑动触头P来调节，在副线圈两端连接了R＝16Ω的电阻，副线圈匝数n2＝1000。在A、B间加上一输出电压恒定的正弦交流电，下列说法正确的是（ ）
A．若交流电的周期增大，则变压器的输出功率会增大
B．当n1＝750时，电阻R消耗的功率最大
C．若触头P向上移动，则电阻R消耗的功率一定减小
D．若触头P向下移动，则流过电阻r的电流一定减小
二．多选题（共5小题）
（多选）11．（2025 汕头二模）图为我国某远距离输电系统简化示意图。发电厂输出的交变电流经升压变压器后，通过高压输电线路传输，再经降压变压器降压后供给城市用户用电。已知发电厂输出电压为U1，输出功率为P，升压变压器原副线圈匝数比为1：k1，降压变压器原副线圈匝数比为k2：1，输电线路总电阻为R。U1保持不变，忽略变压器的能量损耗，以下说法正确的是（ ）
A．输电线路上损失的功率为
B．升压变压器的输入电流与降压变压器的输出电流之比为k1：k2
C．若仅减小k1，输电线路上的电压损失会增大
D．当发电厂输出频率增大，降压变压器的输出电压会减小
（多选）12．（2025 温州三模）有关下列四幅图的描述，正确的是（ ）
A．图1中，增大加速电压U，可以减小粒子在回旋加速器中运动的时间
B．图2中，线圈顺时针匀速转动，电路中A、B发光二极管会交替发光
C．图3中，在梁的自由端施力F，梁发生弯曲，上表面应变片的电阻变小
D．图4中，仅减小两极板的距离，则磁流体发电机的电动势会增大
（多选）13．（2025 雨花区校级一模）如图所示，在理想变压器a、b端输入电压为U0的正弦交流电，原副线圈匝数比，定值电阻R1、R2、R3的阻值分别为R1＝32Ω、R2＝2Ω、R3＝1Ω，滑动变阻器R的最大阻值为5Ω。初始时滑动变阻器滑片位于最左端，向右缓慢移动滑片至最右端过程中，记录理想电压表V的示数U与理想电流表A的示数I，描绘出如图乙所示的U﹣I图像。下列说法正确的是（ ）
A．通过R3的电流先增大后减小
B．电压表示数先增大后减小
C．U﹣I图像中纵截距，斜率绝对值为2Ω
D．R1消耗功率变大
（多选）14．（2025 天心区校级模拟）发电机的示意图如图甲所示，边长为L的正方形单匝金属框，阻值为R，在匀强磁场中以恒定角速度绕OO′轴转动，阻值为R的电阻两端的电压如图乙所示，其周期为T。图乙中的Um为已知量。则金属框转动一周（ ）
A．框内电流方向不变
B．磁通量的最大值为
C．流过电阻的电荷量为
D．电阻产生的焦耳热为
（多选）15．（2025 渝中区校级模拟）如图所示，一个边长为L＝5cm、匝数N＝40（匝）的正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO′匀速转动，磁感应强度为B＝5T，线圈转动的角速度ω＝10πrad/s，闭合回路中两只灯泡均能发光。下列说法正确的是（ ）
A．插入电感器L的铁芯时，灯泡L2变暗
B．增大电容器C两极板间的距离时，灯泡L1变亮
C．增大线圈转动的角速度ω时，灯泡L1变亮，灯泡L2变暗
D．从图中位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为e＝5πcos10πt（V）
三．解答题（共5小题）
16．（2025 宿迁三模）某压缩空气储能系统，在电网用电低谷时，将电能通过电动压缩机压缩空气储存起来。如图所示，理想变压器将电网电压U0降为压缩机工作电压U1，压缩机每天工作时间为t1，工作电流为I。
（1）求理想变压器原、副线圈的匝数比n1：n2；
（2）电网用电高峰时，储能系统用压缩的空气推动发电机发电，释放全部储能，发电机给电网供电的功率为P，每天工作时间为t2。求该储能系统的效率η。
17．（2025 闵行区二模）我国已经掌握世界上最先进的高压输电技术，并在西电东输工程上效果显著。
（1）如图示意图中的变压器能给电灯供电，且副线圈中电流比原线圈大的是哪一种 。
（2）如图（a）所示，交流发电机的矩形线圈在匀强磁场中顺时针匀速转动，穿过该线圈的磁通量中随时间t变化的规律如图（b）所示。已知线圈匝数为N＝20匝。
①该发电机线圈的角速度为 rad/s，产生电动势最大值为 V（结果保留3位有效数字）。
②图（a）中流经负载上电流方向为 。
A.a→b
B.b→a
③由图（b）可知，线圈中的感应电流改变方向的时刻为 。
A.0.01s
B.0.015s
④若发电机的最大电动势为Em，负载为最大阻值为RL的滑动变阻器，线圈总内阻为R0，且RL＜R0，则流经负载的电流有效值的最小值为IL＝ ，发电机的最大输出功率为Pmax＝ 。
（3）（计算）在图（a）中发电机输出功率为P＝200kW，输出电压为U1＝250V，每一根输电线阻值为r＝20Ω。若输电时输电线上损失的电功率恰好为2%，并向用户输送220V的电压，则所用升压变压器和降压变压器的原、副线圈的匝数比分别为多少？
18．（2025 上海模拟）（1）某种风力发电机的原理如图所示，发电机的线圈固定，磁体在叶片驱动下绕线圈对称轴转动，已知磁体间的磁场为匀强磁场，磁感应强度的大小为0.20T，线圈的匝数为10匝，面积为0.5m2，电阻为0.50Ω，若磁体转动的角速度为，线圈中产生的感应电流80A。
①线圈中感应电动势的有效值E＝ 。
②当叶片位于图示位置时，磁通量的变化率 （选填“最大”或“最小”），从这个位置开始转动90°的过程中，电流 （选填“一直变大”、“一直变小”、“先变大后变小”或“先变小后变大”）。
（2）（计算）有一种新型的粒子流发电机，与风力发电机工作原理类似。一束粒子流以近似光速的速度v向发电机的叶片射来，叶片的半径为L。由于工作环境近似于真空，则粒子携带的能量可全部用于发电，试求该粒子流发电机在Δt时间内的发电功率P。（已知粒子单个粒子的质量为m，粒子的密度为ρ，光速为c）
（3）有人想到用海浪来发电，设计了如图方案：浮筒通过长度不变的细绳与重锤相连，细绳上固定一根长为L的水平导体棒PQ；地磁场的水平分量视为匀强磁场，方向垂直纸面向里，磁感应强度大小为B。在限位装置（未画出）作用下整个系统始终只在竖直方向上近似作简谐振动，振动位移方程为x＝Asinωt。
①浮筒的速度随时间的变化关系式 。
②（论述）导体棒PQ两端产生的电压u为正弦交流电 。
19．（2025 江苏一模）如图所示，一单匝矩形线框面积为S，电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω绕OO′轴匀速转动。已知外电路电阻为R，求：
（1）该电路中电动势的最大值Em；
（2）电阻R的电功率P。
20．（2025 福州校级模拟）贯彻新发展理念，构建新发展格局，我国风力发电发展迅猛，截至2022年底我国风力发电装机容量达3.7亿千瓦，稳居世界第一。某种风力发电机的原理如图所示，发电机的线圈固定，风轮机叶片转动时，通过升速齿轮箱带动磁体绕线圈的对称轴高速转动。已知磁体间的磁场可视为匀强磁场，磁感应强度的大小为B，线圈的匝数为N，面积为S，磁体匀速转动的角速度为ω。求：
（1）线圈中感应电动势的有效值E；
（2）从图示位置（线圈与磁感线垂直）开始，到磁体转动90°的过程中，线圈中产生的感应电动势的平均值。
2025年高考物理押题预测考前冲刺--交变电流
参考答案与试题解析
一．选择题（共10小题）
1．（2025 安徽模拟）如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为n，电源的输出电压有效值恒定，定值电阻R1＝5Ω、R2＝2Ω、R3＝6Ω、R4＝3Ω。闭合开关S，通过定值电阻R1和R3的电流均为1A，电流表为理想电表，导线电阻不计。现将开关S断开，则下列说法中正确的是（ ）
A．原、副线圈的匝数比n＝2
B．电流表示数一定增大
C．电源输出电压的有效值为41V
D．开关S断开前后，电源输出的电功率之比为3：5
【分析】根据理想变压器电压、电流与匝数关系，结合闭合电路欧姆定律，综合功率表达式以及等效电阻法分析求解。
【解答】解：A．开关S闭合时，定值电阻R3、R4并联，可得通过R4的电流为2A，此时通过副线圈的电流I2＝I3+I4＝1A+2A＝3A
所以变压器原、副线圈的匝数之比
故A错误；
B．理想变压器原线圈等效电阻满足：
将开关S断开，则R副增大，R等效增大，设电源输出电压的有效值为U，由
可知原线圈电流减小，根据理想变压器电流与匝数关系：
可知副线圈电流减小，即电流表示数一定减小，故B错误；
C．开关S闭合时，副线圈的输出电压U2＝I2R2+I3R3
解得U2＝12V
原线圈的输入电压U1＝nU2
解得U1＝36V
所以电源输出电压的有效值U＝U1+I1R1
解得：U＝41V
故C正确；
D．开关S断开前，电源输出的电功率P＝UI1＝41×1W＝41W
开关S断开后，副线圈的总电阻R副＝R2+R4＝2Ω+3Ω＝5Ω
原线圈等效电阻满足：R等效＝n2R副
解得：R等效＝45Ω
此时电源输出的电功率P′
解得：P′＝33.62W
所以开关S断开前后，电源输出的电功率之比为P：P′＝50：41
故D错误。
故选：C。
【点评】本题考查了理想变压器相关知识，理解理想变压器电压、电流与匝数关系是解决此类问题的关键。
2．（2025 南京二模）如图，某发电机的矩形线框处在竖直向下的匀强磁场中，绕对称轴OO′以角速度ω匀速转动。取通过电阻R向右的电流为正，从图示位置计时，则R中的电流i随时间t变化的图像是（ ）
A． B．
C． D．
【分析】根据中性面的特点及电流方向分析判断。
【解答】解：由图可知线圈初始时刻处于中性面上，则线圈在图示位置所产生的瞬时电流为零；线圈转动开始时向下的磁通量减少，根据楞次定律可知，线圈产生的感应电流的方向为顺时针方向，电流从右向左流过电阻R，即电流的方向为负。当线圈转过周时，感应电流最大，流过线圈的电流方向不变，但电流通过转换器后流出的电流方向发生变化，所以流过电阻R的电流变成从左向右，则电流的方向变成正方向，此后每经过半个周期电流通过转换器后流出的电流方向发生变化，故A正确，BCD错误。
故选：A。
【点评】解决本题的关键知道正弦式交流电的特点。
3．（2025 红桥区二模）图甲为小型发电机与理想变压器变压输电过程的示意图，图乙为该发电机产生的电动势随时间的变化规律。理想变压器的匝数比n1：n2：n3＝4：2：1，电阻R1阻值未知，电阻R2＝5Ω，灯泡的额定电压为10V，额定功率为5W。不计发电机线圈内阻及交流电表A的内阻。若灯泡正常发光，下列说法正确的是（ ）
A．t＝0.02s时，通过发电机线圈的磁通量为零，磁通量变化率最大
B．电流表A的示数为
C．电阻R1＝4Ω
D．发电机的输出功率为22W
【分析】根据中性面的特点判断：根据变压器电压以及电流与线圈匝数关系结合欧姆定律求解电流以及电阻；根据功率公式求解发电机的输出功率。
【解答】解：A．由乙图可知，t＝0.02s时，感应电动势为0，磁通量的变化率为零，此时磁通量最大，故A错误；
BC．原副线圈满足U1：U2：U3＝n1：n2：n3，n1I1＝n2I2+n3I3
原线圈回路满足U1＝E﹣I1R1
其中，，U3＝I3R2
联立解得E＝22V，I1＝0.5A，I3＝1A，R1＝4Ω
故B错误，C正确；
D．发电机的输出功率为P＝I1E，解得P＝11W
故D错误。
故选：C。
【点评】解决本题的关键是知道峰值与有效值的关系，明确变压器原副线圈中的电流电压与线圈匝数间的关系。多个副线圈电流满足n1I1＝n2I2+n3I3。
4．（2025 福州校级模拟）电蚊拍利用高压电击网来击杀飞近的蚊虫，原理如题图所示，将锂电池的4V电压通过转换器转变为交变电压u＝4sin10000πt（V），再将其加在理想变压器的原线圈上，副线圈两端接电击网，电压峰值达到2800V时可击杀蚊虫。电蚊拍正常工作时，下列说法正确的是（ ）
A．交流电压表的示数为4V
B．电击网上的高频电压的频率为10000Hz
C．通过原线圈的电流大于通过副线圈的电流
D．副线圈与原线圈匝数之比需满足小于700
【分析】根据最大值和有效值的关系计算；根据频率和角速度的关系计算；计算出原、副线圈的匝数比，然后根据变流比分析即可。
【解答】解：A．交流电压表的示数等于正弦交变电压的有效值，为，故A错误；
B．交变电压的频率为，变压器不改变交变电压的频率，则电击网上的高频电压的频率为5000Hz，故B错误；
CD．有题可知，副线圈输出电压的最大值为Um≥2800V，根据理想变压器原副线圈电压与线圈匝数的关系，副线圈与原线圈匝数比需满足：，整理得：。解得：，根据理想变压器原副线圈电流与线圈匝数的关系：，可知通过原线圈的电流大于通过副线圈的电流，故C正确，D错误。
故选：C。
【点评】掌握变压器的变压规律和变流规律是解题的基础。
5．（2025 贵阳三模）2024年8月28日，新疆巴铁若（巴州—铁干里克—若羌）750kV输变电工程全线贯通。若该线路采用250kV高压输电，在输电总功率不变的条件下，输电线上单位时间内因发热损耗的电能将变为750kV时的（ ）
A．倍 B．倍 C．3倍 D．9倍
【分析】抓住功率不变，根据P＝UI得出输电线上的电流变化，结合ΔU＝IR求出电压损失的变化，根据得出电能的损失。
【解答】解：根据P＝UI，又功率不变，电压降低为原来的三分之一，输电电流变为原来的3倍，输电线路上损失的电功率ΔP＝I2r，变为原来的九倍，故ABC错误，D正确。
故选：D。
【点评】解决本题的关键掌握输送电功率公式P＝UI，以及输电线上损失的电功率ΔP＝I2R，要注意公式中各量应对应于同一段导体。
6．（2025 甘肃二模）小甘同学在学习了变压器的相关知识后自制了一个变压器。他将变压器的初级线圈接到交流电源上时，测得次级线圈两端的输出电压为8V。保持电源电压不变，将初级线圈和次级线圈对调，测得输出电压为2V，若变压器可看作理想变压器，则电源电压为（ ）
A．2V B．4V C．8V D．16V
【分析】根据电压和匝数关系结合电源电压不变分析。
【解答】解：设电源电压为U，初级线圈和次级线圈匝数分别为n1和n2，则由电压和匝数关系可知，线圈对调后，解得U＝4V，故B正确，ACD错误。
故选：B。
【点评】本题考查了变压器的构造和原理，解题的关键是明确变压器的变压比。
7．（2025 浙江三模）火灾报警的工作原理图如图所示，理想变压器的原线圈接电压恒定的交流电，副线圈的电路中R为热敏电阻，R1为滑动变阻器，R2为定值电阻。当温度升高时，R的阻值变小，报警装置通过检测R2中的电流来实现报警。则（ ）
A．发生火灾时，原线圈中的电流在变小
B．发生火灾时，报警装置检测到电流变小
C．为了降低报警温度，R1的滑片P应向下滑动
D．R1的滑片P向上滑动时，副线圈两端的电压变大
【分析】根据变压器原理以及副线圈的电路连接的特点分析。
【解答】解：AB.温度升高时，副线圈电流变大，原线圈电流也变大，故AB错误
C.P向下滑动时，接入电路的电阻减小，电流增大，与报警电流更接近，提高了灵敏度，降低了报警温度，故C正确；
D.副线圈电压由原线圈电压及匝数比决定，故D错误。
故选：C。
【点评】变压器的动态问题大致有两种情况：一是负载电阻不变，原、副线圈的电压U1，U2，电流I1，I2，输入和输出功率P1，P2随匝数比的变化而变化的情况；二是匝数比不变，电流和功率随负载电阻的变化而变化的情况。不论哪种情况，处理这类问题的关键在于分清变量和不变量，弄清楚“谁决定谁”的制约关系。
8．（2025 湖州三模）某自行车的车灯发电机如图1所示，其结构如图2。绕有300匝线圈的匚形铁芯开口处装有磁铁。车轮转动时带动半径为2cm的摩擦小轮转动。摩擦小轮又通过传动轴带动磁铁一起转动，从而使铁芯中磁通量发生变化，其变化图像如图3所示，其中ω为摩擦小轮转动的角速度。线圈两端c、d作为发电机输出端与标有“12V，6W”的灯泡L相连。当自行车以速度v匀速行驶时，小灯泡恰好正常发光。假设灯泡阻值不变，线圈的总电阻为6Ω，摩擦小轮与轮胎间不打滑，发电机输出电压可视为正弦交流电压。则（ ）
A．自行车的速度v＝10m/s
B．小灯泡正常发光时ω＝250rad/s
C．若自行车的速度减半，则小灯泡的功率也减半
D．磁铁处于图2位置时，小灯泡两端的电压为
【分析】根据灯泡的电压和功率计算出电路中的电流，进而计算出线圈上产生的最大感应电动势，根据Em＝NBSω计算线圈转动的角速度，然后可得线圈的速度；根据Em＝NBSω分析产生的感应电动势以及电流的变化，进而根据P＝I2R分析灯泡的功率变化；在中性面位置产生的感应电动势的瞬时值为零。
【解答】解：AB、小灯泡正常发光时，通过灯泡的电流为I，此时线圈上产生的感应电动势为E＝UL+Ir，（r为线圈电阻），解得E＝15V，则最大值为Em＝15V，又Em＝NBSω，由图可知Φm＝BS，解得ω＝500rad/s，v＝ωR＝500×0.02m/s＝10m/s，故A正确，B错误；
C、若自行车速度减半，由v＝ωR知，ω也减半，Em＝NBSω，Em也减半，则有效值E减半，由I得，电流I减半，小灯泡的功丝功率P＝I2R知，灯泡功率将变为原来的，故C错误；D、.磁铁处于图2位置时，此时穿过铁芯的磁通量最大，此时感应电动势为零，小灯泡两端的电压为零，故D错误。
故选：A。
【点评】能够根据题给条件解得线圈产生的感应电动势的最大值是解题的关键，知道自行车的速度和摩擦小轮之间的速度关系是解题的基础。
9．（2025 河南模拟）如图甲是实验室中的一款可拆卸的理想变压器，图中各接线柱对应的数字表示匝数，副线圈接线柱“0”“100”和“400”下方分别标有A、B、C。如图乙所示，在原线圈“200”和“1400”接线柱上（此时接入的匝数为1200）接入u＝Umcos100πt的交流电。单匝线圈绕过铁芯连接理想交流电压表，电压表的示数为0.1V。下列说法正确的是（ ）
A．Um为220V
B．A、B间电压的频率与B、C间电压的频率不同
C．若将阻值为12Ω的电阻R接在BC两端，R两端的电压有效值为30V
D．若将阻值为12Ω的电阻R接在AC两端，流过R的电流有效值为2.5A，周期为0.02s
【分析】题目给出理想变压器的工作情况，原线圈接入交流电，副线圈有不同匝数接线柱。解题关键在于理解理想变压器的变压规律和频率特性。通过单匝线圈电压表读数可推算出原线圈电压最大值。变压器不改变频率，副线圈各接线柱间电压频率相同。根据匝数比计算副线圈不同接线柱间的电压，再结合欧姆定律分析电阻接入时的电流和电压情况。
【解答】解：A、根据理想变压器的变压规律有，代入n1＝1200，得 U＝120V，，A错误；
B、变压器不改变交流电的频率，故，A、B间和B、C间电压的频率均为50Hz，故B错误；
CD、根据理想变压器的变压规律有，代入数据，解得UBC＝30V；同理可知UAC＝40V，由欧姆定律得，周期，故C正确，D错误。
故选：C。
【点评】本题考查理想变压器的基本规律和交变电流的性质。题目通过多组接线柱的设置，考查匝数比与电压比关系的灵活应用，同时涉及交变电流有效值与峰值的转换。计算量适中，需注意副线圈不同抽头对应的匝数选取。亮点在于通过单匝线圈的电压表巧妙引出原线圈电压的求解，并检验学生对频率不变原理的理解。易错点在于容易混淆不同接线方式对应的匝数关系，需仔细审题。
10．（2025 未央区校级模拟）某中学有许多选课走班教室，有些教室的特种设备需要用可变电压为设备供电，小米同学设计了如图所示的变压器为某设备供电，理想变压器的原线圈连接一个r＝9Ω的电阻，且原线圈匝数n1可以通过滑动触头P来调节，在副线圈两端连接了R＝16Ω的电阻，副线圈匝数n2＝1000。在A、B间加上一输出电压恒定的正弦交流电，下列说法正确的是（ ）
A．若交流电的周期增大，则变压器的输出功率会增大
B．当n1＝750时，电阻R消耗的功率最大
C．若触头P向上移动，则电阻R消耗的功率一定减小
D．若触头P向下移动，则流过电阻r的电流一定减小
【分析】保持P位置不动，则输出电压不变，变压器的电压与匝数成正比，电流与匝数成反比，输入功率等于输出功率，结合欧姆定律分析。
【解答】解：A、若交流电的周期增大，则角速度较小，根据最大值公式可知：Em＝NBSω，最大值较小，有效值减小，变压器的输出功率减小，故A错误；
BC、R消耗的功率为：，电压和匝数成正比，则功率与匝数的平方成正比，即为：n1＝n2，解得n1＝750匝时，电阻R消耗功率最大，若触头P向上移动，电阻R消耗的功率可能增大可能减小，故B正确，C错误；
D、若触头P向下移动，原线圈匝数变小，副线圈两端电压增大，输出电流增大，根据输出电流和输入电流的制约关系可知，则流过电阻r的电流增大，故D错误。
故选：B。
【点评】本题考查了变压器的构造和原理，掌握住理想变压器的电压、电流和匝数之间的关系是解题的关键。
二．多选题（共5小题）
（多选）11．（2025 汕头二模）图为我国某远距离输电系统简化示意图。发电厂输出的交变电流经升压变压器后，通过高压输电线路传输，再经降压变压器降压后供给城市用户用电。已知发电厂输出电压为U1，输出功率为P，升压变压器原副线圈匝数比为1：k1，降压变压器原副线圈匝数比为k2：1，输电线路总电阻为R。U1保持不变，忽略变压器的能量损耗，以下说法正确的是（ ）
A．输电线路上损失的功率为
B．升压变压器的输入电流与降压变压器的输出电流之比为k1：k2
C．若仅减小k1，输电线路上的电压损失会增大
D．当发电厂输出频率增大，降压变压器的输出电压会减小
【分析】求出输电导线电流，根据导线电功率公式求解输电线路上损失的功率，根据电流与匝数比的关系求解电流，根据欧姆定律分析输电线路上的电压损失，U1保持不变，改变频率，电路中电压电流等不会改变。
【解答】解：A．设升压变压器原线圈的电流为I1，副线圈的电流为I2；由题知发电厂输出电压为U1，输出功率为P，则有P＝U1I1
解得
根据
解得
故输电线路上损失的功率为
故A错误；
B．设降压变压器输出电流为I4，对升压变压器有
对降压变压器
联立可得I1：I4＝k1：k2
故B正确；
C．输电线路上的电压损失为
可知若仅减小k1，输电线路上的电压损失会增大，故C正确；
D．U1保持不变，忽略变压器的能量损耗，因为升压变压器的变压比和降压变压器的变压比不变，所以升压变压器副线圈的电压U2不变，又输出功率不变P，故升压变压器副线圈的电流不变I2，根据UR＝I2R
可知电阻R两端的电压UR不变，在中间输送回路中有U3＝U2﹣UR
所以降压变压器原线圈两端的电压U3不变，故降压变压器输出电压U4不变，与交流电的频率无关，所以当发电厂输出频率增大时，降压变压器的输出电压不变，故D错误。
故选：BC。
【点评】本题考查变压器基础规律及远距离输电相关计算，要求学生熟练掌握变压器的基础规律及其应用。
（多选）12．（2025 温州三模）有关下列四幅图的描述，正确的是（ ）
A．图1中，增大加速电压U，可以减小粒子在回旋加速器中运动的时间
B．图2中，线圈顺时针匀速转动，电路中A、B发光二极管会交替发光
C．图3中，在梁的自由端施力F，梁发生弯曲，上表面应变片的电阻变小
D．图4中，仅减小两极板的距离，则磁流体发电机的电动势会增大
【分析】增大加速电压，粒子经过加速后进入D形盒的速度变大，运动半径增大，因此离子会更早离开加速器；A、B两个二极管接入电路的极性方向不同，同时线圈转动时会产生不同方向的电流，因此两个二极管交替发光；上表面应变片被拉伸，电阻增大；极板间电压满足qvB，因此d减小时U随之减小。
【解答】解：A.在回旋加速器中，粒子在磁场中做圆周运动的周期为T（m为粒子质量，q为粒子电荷量，B为磁场强度 ），粒子加速获得的最大速度为vm，粒子的最大动能为Em，粒子经过加速电场的加速次数为n，所以粒子在加速器内的运动时间为t，综上可知，增大加速电压U，可以减小粒子在回旋加速器中运动的时间，故A正确；
B.线圈在磁场中顺时针匀速转动，产生交变电流。由于二极管具有单向导电性，当电流方向为某一方向时，A 二极管导通发光，B 二极管截止；当电流方向反向时，B 二极管导通发光，A 二极管截止，所以 A、B 发光二极管会交替发光，故B正确；
C.在梁的自由端施力F，梁发生弯曲，上表面受拉伸作用。根据应变片工作原理，应变片电阻丝受拉伸时，长度增加、横截面积减小，电阻增大，而不是变小，故C错误；
D.磁流体发电机稳定时，离子所受洛伦兹力和电场力平衡，qvB（E为电动势，d为两极板距离 ），由此可知仅减小两极板间距离E会减小，故D错误。
故选：AB。
【点评】本题需要利用带电粒子在电场、磁场中运动及发电机的相关知识求解。
（多选）13．（2025 雨花区校级一模）如图所示，在理想变压器a、b端输入电压为U0的正弦交流电，原副线圈匝数比，定值电阻R1、R2、R3的阻值分别为R1＝32Ω、R2＝2Ω、R3＝1Ω，滑动变阻器R的最大阻值为5Ω。初始时滑动变阻器滑片位于最左端，向右缓慢移动滑片至最右端过程中，记录理想电压表V的示数U与理想电流表A的示数I，描绘出如图乙所示的U﹣I图像。下列说法正确的是（ ）
A．通过R3的电流先增大后减小
B．电压表示数先增大后减小
C．U﹣I图像中纵截距，斜率绝对值为2Ω
D．R1消耗功率变大
【分析】根据等效电源和副线圈电路连接分析，.U﹣I图像中纵截距为E'，斜率绝对值为r'，结合等效电阻分析。
【解答】解：A.由等效电源可知，副线圈电压U2、电流I2满足U2＝E'﹣I2r'，其中，，，根据“串反并同”可知，随着滑片向右移动，流过R3电流增大，故A错误；
C.U﹣I图像中斜率绝对值为r'，纵截距为E'，所以，图像斜率绝对值为2Ω，故C正确；
B.设滑动变阻器滑片左端电阻为RR，滑片右端电阻为R右，则副线圈电路中R、R2R3总电阻为，
易知，当R2+R左＝R3+R右时，R副取最大值2Ω；当R左＝0，R右＝R时，R副为Ω。当R左＝R，R右＝0时，R副为。则在滑片自左向右移动过程中，R副由增至2Ω再减至Ω，电压表示数先增后减小，故B正确；
D.由等效电阻知识可知，副线圈中电阻等效至原线圈中后R'＝k2R副，则等效电阻同样先增后减小，原线圈中电流先减后增大，R1消耗功率先减后增大，故D错误。
故选：BC。
【点评】电路的动态变化的分析，总的原则就是由部分电路的变化确定总电路的变化的情况，再确定其他的电路的变化的情况，即先部分后整体再部分的方法。
（多选）14．（2025 天心区校级模拟）发电机的示意图如图甲所示，边长为L的正方形单匝金属框，阻值为R，在匀强磁场中以恒定角速度绕OO′轴转动，阻值为R的电阻两端的电压如图乙所示，其周期为T。图乙中的Um为已知量。则金属框转动一周（ ）
A．框内电流方向不变
B．磁通量的最大值为
C．流过电阻的电荷量为
D．电阻产生的焦耳热为
【分析】根据正弦交流电的电流方向变化周期和线圈转动周期结合最大值表达式，电荷量，焦耳热的计算公式列式解答。
【解答】解：A.当线框转动时，框内电流方向每经过中性面一次都要变化一次，而线圈和外电路接点处通过换向器，保证电流的方向不发生变化，从而使加在电阻两端的电压方向保持不变，故A错误；
B.由图乙可知，电阻两端电压的最大值为Um，则电动势的最大值为2Um，2Um＝1，解得磁通量的最大值为，故B正确；
C.线圈转过半周，则流过电阻的电荷量为q＝It，得，则金属框转过一周流过电阻的电荷量为q'＝2q，即，故C正确；
D.电阻产生的焦耳热为，故D错误。
故选：BC。
【点评】考查正弦交流电的相关知识，会根据题意进行准确分析解答。
（多选）15．（2025 渝中区校级模拟）如图所示，一个边长为L＝5cm、匝数N＝40（匝）的正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO′匀速转动，磁感应强度为B＝5T，线圈转动的角速度ω＝10πrad/s，闭合回路中两只灯泡均能发光。下列说法正确的是（ ）
A．插入电感器L的铁芯时，灯泡L2变暗
B．增大电容器C两极板间的距离时，灯泡L1变亮
C．增大线圈转动的角速度ω时，灯泡L1变亮，灯泡L2变暗
D．从图中位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为e＝5πcos10πt（V）
【分析】插入电感器L的铁芯时，电感器L的自感系数变大，感抗变大；增大电容器C两极板间的距离时，电容变小，容抗变大，交流电的频率变大，则电感器L的感抗变大，电容器C的容抗变小；先计算出感应电动势的最大值，然后可写出瞬时值表达式。
【解答】解：A、插入电感器L的铁芯时，电感器L的自感系数变大，感抗变大，则通过灯泡L2的电流变小，灯泡L2变暗，故A正确；
B、增大电容器C两极板间的距离时，根据C可知，电容变小，则容抗变大，对交流电的阻碍作用变大，所以通过灯泡L1的电流变小，灯泡L1变暗，故B错误；
C、增大线圈转动的角速度ω时，交流电的频率变大，则电感器L的感抗变大，电容器C的容抗变小，所以灯泡L1变亮，灯泡L2变暗，故C正确；
D、线圈产生的感应电动势的最大值为，从图中位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为e＝Emcosωt，代入数据得e＝5πcos10πt（V），故D正确。
故选：ACD。
【点评】知道电感器是通直流，阻交流；电容器是通交流，阻直流；且知道影响感抗和容抗大小的因素是解题的基础。
三．解答题（共5小题）
16．（2025 宿迁三模）某压缩空气储能系统，在电网用电低谷时，将电能通过电动压缩机压缩空气储存起来。如图所示，理想变压器将电网电压U0降为压缩机工作电压U1，压缩机每天工作时间为t1，工作电流为I。
（1）求理想变压器原、副线圈的匝数比n1：n2；
（2）电网用电高峰时，储能系统用压缩的空气推动发电机发电，释放全部储能，发电机给电网供电的功率为P，每天工作时间为t2。求该储能系统的效率η。
【分析】（1）根据变压器电压与匝数的关系求理想变压器原、副线圈的匝数比；
（2）根据发电机给电网供电的能量和储存的能量的关系求该储能系统的效率η。
【解答】解：（1）根据变压器电压与匝数的关系可知，原、副线圈的匝数比
（2）储存的能量
E1＝U1I
发电机给电网供电的能量
E2＝Pt2
效率
解得
答：（1）理想变压器原、副线圈的匝数比n1：n2为；
（2）该储能系统的效率η为。
【点评】本题考查了变压器的问题，解决本题的关键知道：原副线圈的电压与匝数比的关系，本题难度一般。
17．（2025 闵行区二模）我国已经掌握世界上最先进的高压输电技术，并在西电东输工程上效果显著。
（1）如图示意图中的变压器能给电灯供电，且副线圈中电流比原线圈大的是哪一种 B 。
（2）如图（a）所示，交流发电机的矩形线圈在匀强磁场中顺时针匀速转动，穿过该线圈的磁通量中随时间t变化的规律如图（b）所示。已知线圈匝数为N＝20匝。
①该发电机线圈的角速度为 314 rad/s，产生电动势最大值为 126 V（结果保留3位有效数字）。
②图（a）中流经负载上电流方向为 A 。
A.a→b
B.b→a
③由图（b）可知，线圈中的感应电流改变方向的时刻为 B 。
A.0.01s
B.0.015s
④若发电机的最大电动势为Em，负载为最大阻值为RL的滑动变阻器，线圈总内阻为R0，且RL＜R0，则流经负载的电流有效值的最小值为IL＝ ，发电机的最大输出功率为Pmax＝ 。
（3）（计算）在图（a）中发电机输出功率为P＝200kW，输出电压为U1＝250V，每一根输电线阻值为r＝20Ω。若输电时输电线上损失的电功率恰好为2%，并向用户输送220V的电压，则所用升压变压器和降压变压器的原、副线圈的匝数比分别为多少？
【分析】（1）根据变压器的原理和原副线圈匝数比与电流的关系分析；（2）根据发电机的工作原理分析；当外电阻等于电源内阻时，输出功率最大；（3）根据输电线上损失的功率求出 输送的电流，从而得出升压变压器的输出电压，结合电压之比等于匝数之比求出升压变压器的匝数比，根据输电线上的电压损失求出降压变压器的输入电压，从而结合用户需要的电压求出降压变压器的匝数比。
【解答】解：（1）只有交变电流才能通过变压器，所以输入电源应为交变电源；又因为副线圈中电流比原线圈大，根据
可知，副线圈匝数应小于原线圈匝数，故B正确，ACD错误。
故选：B。
（2）①由图（b）可知，线圈转动的周期为
T＝0.02s
所以，该发电机线圈的角速度为
产生电动势最大值为
②由图（a）所示，此时线圈的磁通量在减小，根据楞次定律可知，电流方向为a→b，故A正确，B错误。
故选：A。
③当线圈通过中心面时，电流方向改变，此时线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最小，即图（b）中线圈中的感应电流改变方向的时刻为0.005s和0.015s，故B正确，A错误。
故选：B。
④发电机电动势的有效值为
根据欧姆定律可知，当滑动变阻器接入电路中的阻值最大时，流经负载的电流有效值的最小值，为
联立，解得
当RL＝R0时，发电机的输出功率最大，因为RL＜R0，所以当滑动变阻器接入电路中的阻值最大时，发电机的输出功率最大，为
联立，解得
（3）升压变压器原线圈中的电流为
输电线上损耗的功率为
ΔP＝2%P＝2%×200kW＝4000W
根据可知，输电线上的电流大小为
I2＝10A
则升压变压器的匝数比为
输电线损失的电压为
ΔU＝I2×2r＝10×2×20V＝400V
升压变压器副线圈的电压为
则降压变压器的原线圈的电压为
U3＝U2﹣ΔU＝20000V﹣400V＝19600V
则降压变压器的匝数比为
故答案为：（1）B，（2）①314，126，②A，③B，④，，（3）升压变压器的原、副线圈的匝数比分别为1：80，降压变压器的原、副线圈的匝数比分别为980：11。
【点评】解决本题的关键知道变压器的电压比与匝数比的关系，以及知道发电机的原理，变压器的原理和输送功率与输送电压、电流的关系。
18．（2025 上海模拟）（1）某种风力发电机的原理如图所示，发电机的线圈固定，磁体在叶片驱动下绕线圈对称轴转动，已知磁体间的磁场为匀强磁场，磁感应强度的大小为0.20T，线圈的匝数为10匝，面积为0.5m2，电阻为0.50Ω，若磁体转动的角速度为，线圈中产生的感应电流80A。
①线圈中感应电动势的有效值E＝ 90V 。
②当叶片位于图示位置时，磁通量的变化率 最小 （选填“最大”或“最小”），从这个位置开始转动90°的过程中，电流 一直变大 （选填“一直变大”、“一直变小”、“先变大后变小”或“先变小后变大”）。
（2）（计算）有一种新型的粒子流发电机，与风力发电机工作原理类似。一束粒子流以近似光速的速度v向发电机的叶片射来，叶片的半径为L。由于工作环境近似于真空，则粒子携带的能量可全部用于发电，试求该粒子流发电机在Δt时间内的发电功率P。（已知粒子单个粒子的质量为m，粒子的密度为ρ，光速为c）
（3）有人想到用海浪来发电，设计了如图方案：浮筒通过长度不变的细绳与重锤相连，细绳上固定一根长为L的水平导体棒PQ；地磁场的水平分量视为匀强磁场，方向垂直纸面向里，磁感应强度大小为B。在限位装置（未画出）作用下整个系统始终只在竖直方向上近似作简谐振动，振动位移方程为x＝Asinωt。
①浮筒的速度随时间的变化关系式 v＝Aωcosωt 。
②（论述）导体棒PQ两端产生的电压u为正弦交流电 导体棒PQ两端产生的电压u＝BLv＝BLAωcosωt，所以是正弦式交流电 。
【分析】（1）①先根据Em＝NBSω计算出感应电动势的最大值，然后可得有效值；
②根据法拉第电磁感应定律分析；
（2）根据质能方程和功率公式计算；
（3）①根据位移方程计算；
②根据公式E＝BLv分析PQ两端的电压，根据表达式分析即可。
【解答】解：（1）①线圈中感应电动势的最大值为
线圈中感应电动势的有效值
②当叶片位于图示位置时，磁通量最大，磁通量的变化率最小；从这个位置开始转动90°的过程中，磁通量的变化率逐渐增大，根据可知感应电动势逐渐增大，感应电流一直变大。
（2）Δt时间内流过的粒子体积ΔV＝πL2vΔt
Δt时间内流过的粒子的质量为Δm＝πmL2vρΔt
则粒子携带的能量为E＝Δmc2＝πρL2vΔtc2
则该粒子流发电机Δt时间内的发电功率为
（3）①根据，对振动位移方程为x＝Asinωt，两边求导可得v＝Aωcosωt
②导体棒PQ两端产生的电压u＝BLv＝BLAωcosωt，所以是正弦交流电。
故答案为：（1）①90V；②最小，一直变大；
（2）该粒子流发电机在Δt时间内的发电功率P为πL2vρc2；
（3）①v＝Aωcosωt；②导体棒PQ两端产生的电压u＝BLv＝BLAωcosωt，所以是正弦式交流电。
【点评】本题考查了交流电感应电动势最大值的计算方法，对磁通量变化率和法拉第电磁感应定律的理解，简谐运动中速度的表达式计算方法，以及爱因斯坦质能方程的应用。
19．（2025 江苏一模）如图所示，一单匝矩形线框面积为S，电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω绕OO′轴匀速转动。已知外电路电阻为R，求：
（1）该电路中电动势的最大值Em；
（2）电阻R的电功率P。
【分析】（1）根据公式Em＝BSω求解作答；
（2）根据闭合电路的欧姆定律、功率公式求解作答。
【解答】解：（ 1）电动势最大值的大小Em＝BSω
（ 2）流过电阻R电流有效值大小
根据功率公式电阻R电功率的大小P＝I2R
联立解得电阻R电功率的大小。
答：（1）该电路中电动势的最大值为BSω；
（2）电阻R的电功率为。
【点评】本题考查了正弦交变电流的产生，有效值与最大值的关系；要掌握欧姆定律和功率公式的运用。
20．（2025 福州校级模拟）贯彻新发展理念，构建新发展格局，我国风力发电发展迅猛，截至2022年底我国风力发电装机容量达3.7亿千瓦，稳居世界第一。某种风力发电机的原理如图所示，发电机的线圈固定，风轮机叶片转动时，通过升速齿轮箱带动磁体绕线圈的对称轴高速转动。已知磁体间的磁场可视为匀强磁场，磁感应强度的大小为B，线圈的匝数为N，面积为S，磁体匀速转动的角速度为ω。求：
（1）线圈中感应电动势的有效值E；
（2）从图示位置（线圈与磁感线垂直）开始，到磁体转动90°的过程中，线圈中产生的感应电动势的平均值。
【分析】（1）根据Em＝NBSω计算出感应电动势的最大值，根据有效值计算出感应电动势的有效值；
（2）计算出时间，结合法拉第电磁感应定律求解线圈中产生的感应电动势的平均值。
【解答】解：（1）电动势的最大值
Em＝NBSω
有效值
解得
（2）由法拉第电磁感应定律有
从图示位置（线圈与磁感线垂直）开始，到磁体转动90°的过程中，所对应的时间为
而线圈转动的周期
联立解得
答：（1）线圈中感应电动势的有效值E等于；
（2）线圈中产生的感应电动势的平均值等于。
【点评】本题解题关键是感应电动势的最大值与有效值间的关系，以及会利用法拉第电磁感应定律计算感应电动势的平均值。
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一．选择题（共10小题）
1．（2025 安徽模拟）如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为n，电源的输出电压有效值恒定，定值电阻R1＝5Ω、R2＝2Ω、R3＝6Ω、R4＝3Ω。闭合开关S，通过定值电阻R1和R3的电流均为1A，电流表为理想电表，导线电阻不计。现将开关S断开，则下列说法中正确的是（ ）
A．原、副线圈的匝数比n＝2
B．电流表示数一定增大
C．电源输出电压的有效值为41V
D．开关S断开前后，电源输出的电功率之比为3：5
2．（2025 南京二模）如图，某发电机的矩形线框处在竖直向下的匀强磁场中，绕对称轴OO′以角速度ω匀速转动。取通过电阻R向右的电流为正，从图示位置计时，则R中的电流i随时间t变化的图像是（ ）
A． B．
C． D．
3．（2025 红桥区二模）图甲为小型发电机与理想变压器变压输电过程的示意图，图乙为该发电机产生的电动势随时间的变化规律。理想变压器的匝数比n1：n2：n3＝4：2：1，电阻R1阻值未知，电阻R2＝5Ω，灯泡的额定电压为10V，额定功率为5W。不计发电机线圈内阻及交流电表A的内阻。若灯泡正常发光，下列说法正确的是（ ）
A．t＝0.02s时，通过发电机线圈的磁通量为零，磁通量变化率最大
B．电流表A的示数为
C．电阻R1＝4Ω
D．发电机的输出功率为22W
4．（2025 福州校级模拟）电蚊拍利用高压电击网来击杀飞近的蚊虫，原理如题图所示，将锂电池的4V电压通过转换器转变为交变电压u＝4sin10000πt（V），再将其加在理想变压器的原线圈上，副线圈两端接电击网，电压峰值达到2800V时可击杀蚊虫。电蚊拍正常工作时，下列说法正确的是（ ）
A．交流电压表的示数为4V
B．电击网上的高频电压的频率为10000Hz
C．通过原线圈的电流大于通过副线圈的电流
D．副线圈与原线圈匝数之比需满足小于700
5．（2025 贵阳三模）2024年8月28日，新疆巴铁若（巴州—铁干里克—若羌）750kV输变电工程全线贯通。若该线路采用250kV高压输电，在输电总功率不变的条件下，输电线上单位时间内因发热损耗的电能将变为750kV时的（ ）
A．倍 B．倍 C．3倍 D．9倍
6．（2025 甘肃二模）小甘同学在学习了变压器的相关知识后自制了一个变压器。他将变压器的初级线圈接到交流电源上时，测得次级线圈两端的输出电压为8V。保持电源电压不变，将初级线圈和次级线圈对调，测得输出电压为2V，若变压器可看作理想变压器，则电源电压为（ ）
A．2V B．4V C．8V D．16V
7．（2025 浙江三模）火灾报警的工作原理图如图所示，理想变压器的原线圈接电压恒定的交流电，副线圈的电路中R为热敏电阻，R1为滑动变阻器，R2为定值电阻。当温度升高时，R的阻值变小，报警装置通过检测R2中的电流来实现报警。则（ ）
A．发生火灾时，原线圈中的电流在变小
B．发生火灾时，报警装置检测到电流变小
C．为了降低报警温度，R1的滑片P应向下滑动
D．R1的滑片P向上滑动时，副线圈两端的电压变大
8．（2025 湖州三模）某自行车的车灯发电机如图1所示，其结构如图2。绕有300匝线圈的匚形铁芯开口处装有磁铁。车轮转动时带动半径为2cm的摩擦小轮转动。摩擦小轮又通过传动轴带动磁铁一起转动，从而使铁芯中磁通量发生变化，其变化图像如图3所示，其中ω为摩擦小轮转动的角速度。线圈两端c、d作为发电机输出端与标有“12V，6W”的灯泡L相连。当自行车以速度v匀速行驶时，小灯泡恰好正常发光。假设灯泡阻值不变，线圈的总电阻为6Ω，摩擦小轮与轮胎间不打滑，发电机输出电压可视为正弦交流电压。则（ ）
A．自行车的速度v＝10m/s
B．小灯泡正常发光时ω＝250rad/s
C．若自行车的速度减半，则小灯泡的功率也减半
D．磁铁处于图2位置时，小灯泡两端的电压为
9．（2025 河南模拟）如图甲是实验室中的一款可拆卸的理想变压器，图中各接线柱对应的数字表示匝数，副线圈接线柱“0”“100”和“400”下方分别标有A、B、C。如图乙所示，在原线圈“200”和“1400”接线柱上（此时接入的匝数为1200）接入u＝Umcos100πt的交流电。单匝线圈绕过铁芯连接理想交流电压表，电压表的示数为0.1V。下列说法正确的是（ ）
A．Um为220V
B．A、B间电压的频率与B、C间电压的频率不同
C．若将阻值为12Ω的电阻R接在BC两端，R两端的电压有效值为30V
D．若将阻值为12Ω的电阻R接在AC两端，流过R的电流有效值为2.5A，周期为0.02s
10．（2025 未央区校级模拟）某中学有许多选课走班教室，有些教室的特种设备需要用可变电压为设备供电，小米同学设计了如图所示的变压器为某设备供电，理想变压器的原线圈连接一个r＝9Ω的电阻，且原线圈匝数n1可以通过滑动触头P来调节，在副线圈两端连接了R＝16Ω的电阻，副线圈匝数n2＝1000。在A、B间加上一输出电压恒定的正弦交流电，下列说法正确的是（ ）
A．若交流电的周期增大，则变压器的输出功率会增大
B．当n1＝750时，电阻R消耗的功率最大
C．若触头P向上移动，则电阻R消耗的功率一定减小
D．若触头P向下移动，则流过电阻r的电流一定减小
二．多选题（共5小题）
（多选）11．（2025 汕头二模）图为我国某远距离输电系统简化示意图。发电厂输出的交变电流经升压变压器后，通过高压输电线路传输，再经降压变压器降压后供给城市用户用电。已知发电厂输出电压为U1，输出功率为P，升压变压器原副线圈匝数比为1：k1，降压变压器原副线圈匝数比为k2：1，输电线路总电阻为R。U1保持不变，忽略变压器的能量损耗，以下说法正确的是（ ）
A．输电线路上损失的功率为
B．升压变压器的输入电流与降压变压器的输出电流之比为k1：k2
C．若仅减小k1，输电线路上的电压损失会增大
D．当发电厂输出频率增大，降压变压器的输出电压会减小
（多选）12．（2025 温州三模）有关下列四幅图的描述，正确的是（ ）
A．图1中，增大加速电压U，可以减小粒子在回旋加速器中运动的时间
B．图2中，线圈顺时针匀速转动，电路中A、B发光二极管会交替发光
C．图3中，在梁的自由端施力F，梁发生弯曲，上表面应变片的电阻变小
D．图4中，仅减小两极板的距离，则磁流体发电机的电动势会增大
（多选）13．（2025 雨花区校级一模）如图所示，在理想变压器a、b端输入电压为U0的正弦交流电，原副线圈匝数比，定值电阻R1、R2、R3的阻值分别为R1＝32Ω、R2＝2Ω、R3＝1Ω，滑动变阻器R的最大阻值为5Ω。初始时滑动变阻器滑片位于最左端，向右缓慢移动滑片至最右端过程中，记录理想电压表V的示数U与理想电流表A的示数I，描绘出如图乙所示的U﹣I图像。下列说法正确的是（ ）
A．通过R3的电流先增大后减小
B．电压表示数先增大后减小
C．U﹣I图像中纵截距，斜率绝对值为2Ω
D．R1消耗功率变大
（多选）14．（2025 天心区校级模拟）发电机的示意图如图甲所示，边长为L的正方形单匝金属框，阻值为R，在匀强磁场中以恒定角速度绕OO′轴转动，阻值为R的电阻两端的电压如图乙所示，其周期为T。图乙中的Um为已知量。则金属框转动一周（ ）
A．框内电流方向不变
B．磁通量的最大值为
C．流过电阻的电荷量为
D．电阻产生的焦耳热为
（多选）15．（2025 渝中区校级模拟）如图所示，一个边长为L＝5cm、匝数N＝40（匝）的正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO′匀速转动，磁感应强度为B＝5T，线圈转动的角速度ω＝10πrad/s，闭合回路中两只灯泡均能发光。下列说法正确的是（ ）
A．插入电感器L的铁芯时，灯泡L2变暗
B．增大电容器C两极板间的距离时，灯泡L1变亮
C．增大线圈转动的角速度ω时，灯泡L1变亮，灯泡L2变暗
D．从图中位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为e＝5πcos10πt（V）
三．解答题（共5小题）
16．（2025 宿迁三模）某压缩空气储能系统，在电网用电低谷时，将电能通过电动压缩机压缩空气储存起来。如图所示，理想变压器将电网电压U0降为压缩机工作电压U1，压缩机每天工作时间为t1，工作电流为I。
（1）求理想变压器原、副线圈的匝数比n1：n2；
（2）电网用电高峰时，储能系统用压缩的空气推动发电机发电，释放全部储能，发电机给电网供电的功率为P，每天工作时间为t2。求该储能系统的效率η。
17．（2025 闵行区二模）我国已经掌握世界上最先进的高压输电技术，并在西电东输工程上效果显著。
（1）如图示意图中的变压器能给电灯供电，且副线圈中电流比原线圈大的是哪一种 。
（2）如图（a）所示，交流发电机的矩形线圈在匀强磁场中顺时针匀速转动，穿过该线圈的磁通量中随时间t变化的规律如图（b）所示。已知线圈匝数为N＝20匝。
①该发电机线圈的角速度为 rad/s，产生电动势最大值为 V（结果保留3位有效数字）。
②图（a）中流经负载上电流方向为 。
A.a→b
B.b→a
③由图（b）可知，线圈中的感应电流改变方向的时刻为 。
A.0.01s
B.0.015s
④若发电机的最大电动势为Em，负载为最大阻值为RL的滑动变阻器，线圈总内阻为R0，且RL＜R0，则流经负载的电流有效值的最小值为IL＝ ，发电机的最大输出功率为Pmax＝ 。
（3）（计算）在图（a）中发电机输出功率为P＝200kW，输出电压为U1＝250V，每一根输电线阻值为r＝20Ω。若输电时输电线上损失的电功率恰好为2%，并向用户输送220V的电压，则所用升压变压器和降压变压器的原、副线圈的匝数比分别为多少？
18．（2025 上海模拟）（1）某种风力发电机的原理如图所示，发电机的线圈固定，磁体在叶片驱动下绕线圈对称轴转动，已知磁体间的磁场为匀强磁场，磁感应强度的大小为0.20T，线圈的匝数为10匝，面积为0.5m2，电阻为0.50Ω，若磁体转动的角速度为，线圈中产生的感应电流80A。
①线圈中感应电动势的有效值E＝ 。
②当叶片位于图示位置时，磁通量的变化率 （选填“最大”或“最小”），从这个位置开始转动90°的过程中，电流 （选填“一直变大”、“一直变小”、“先变大后变小”或“先变小后变大”）。
（2）（计算）有一种新型的粒子流发电机，与风力发电机工作原理类似。一束粒子流以近似光速的速度v向发电机的叶片射来，叶片的半径为L。由于工作环境近似于真空，则粒子携带的能量可全部用于发电，试求该粒子流发电机在Δt时间内的发电功率P。（已知粒子单个粒子的质量为m，粒子的密度为ρ，光速为c）
（3）有人想到用海浪来发电，设计了如图方案：浮筒通过长度不变的细绳与重锤相连，细绳上固定一根长为L的水平导体棒PQ；地磁场的水平分量视为匀强磁场，方向垂直纸面向里，磁感应强度大小为B。在限位装置（未画出）作用下整个系统始终只在竖直方向上近似作简谐振动，振动位移方程为x＝Asinωt。
①浮筒的速度随时间的变化关系式 。
②（论述）导体棒PQ两端产生的电压u为正弦交流电 。
19．（2025 江苏一模）如图所示，一单匝矩形线框面积为S，电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω绕OO′轴匀速转动。已知外电路电阻为R，求：
（1）该电路中电动势的最大值Em；
（2）电阻R的电功率P。
20．（2025 福州校级模拟）贯彻新发展理念，构建新发展格局，我国风力发电发展迅猛，截至2022年底我国风力发电装机容量达3.7亿千瓦，稳居世界第一。某种风力发电机的原理如图所示，发电机的线圈固定，风轮机叶片转动时，通过升速齿轮箱带动磁体绕线圈的对称轴高速转动。已知磁体间的磁场可视为匀强磁场，磁感应强度的大小为B，线圈的匝数为N，面积为S，磁体匀速转动的角速度为ω。求：
（1）线圈中感应电动势的有效值E；
（2）从图示位置（线圈与磁感线垂直）开始，到磁体转动90°的过程中，线圈中产生的感应电动势的平均值。
2025年高考物理押题预测考前冲刺--交变电流
参考答案与试题解析
一．选择题（共10小题）
1．（2025 安徽模拟）如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为n，电源的输出电压有效值恒定，定值电阻R1＝5Ω、R2＝2Ω、R3＝6Ω、R4＝3Ω。闭合开关S，通过定值电阻R1和R3的电流均为1A，电流表为理想电表，导线电阻不计。现将开关S断开，则下列说法中正确的是（ ）
A．原、副线圈的匝数比n＝2
B．电流表示数一定增大
C．电源输出电压的有效值为41V
D．开关S断开前后，电源输出的电功率之比为3：5
【分析】根据理想变压器电压、电流与匝数关系，结合闭合电路欧姆定律，综合功率表达式以及等效电阻法分析求解。
【解答】解：A．开关S闭合时，定值电阻R3、R4并联，可得通过R4的电流为2A，此时通过副线圈的电流I2＝I3+I4＝1A+2A＝3A
所以变压器原、副线圈的匝数之比
故A错误；
B．理想变压器原线圈等效电阻满足：
将开关S断开，则R副增大，R等效增大，设电源输出电压的有效值为U，由
可知原线圈电流减小，根据理想变压器电流与匝数关系：
可知副线圈电流减小，即电流表示数一定减小，故B错误；
C．开关S闭合时，副线圈的输出电压U2＝I2R2+I3R3
解得U2＝12V
原线圈的输入电压U1＝nU2
解得U1＝36V
所以电源输出电压的有效值U＝U1+I1R1
解得：U＝41V
故C正确；
D．开关S断开前，电源输出的电功率P＝UI1＝41×1W＝41W
开关S断开后，副线圈的总电阻R副＝R2+R4＝2Ω+3Ω＝5Ω
原线圈等效电阻满足：R等效＝n2R副
解得：R等效＝45Ω
此时电源输出的电功率P′
解得：P′＝33.62W
所以开关S断开前后，电源输出的电功率之比为P：P′＝50：41
故D错误。
故选：C。
【点评】本题考查了理想变压器相关知识，理解理想变压器电压、电流与匝数关系是解决此类问题的关键。
2．（2025 南京二模）如图，某发电机的矩形线框处在竖直向下的匀强磁场中，绕对称轴OO′以角速度ω匀速转动。取通过电阻R向右的电流为正，从图示位置计时，则R中的电流i随时间t变化的图像是（ ）
A． B．
C． D．
【分析】根据中性面的特点及电流方向分析判断。
【解答】解：由图可知线圈初始时刻处于中性面上，则线圈在图示位置所产生的瞬时电流为零；线圈转动开始时向下的磁通量减少，根据楞次定律可知，线圈产生的感应电流的方向为顺时针方向，电流从右向左流过电阻R，即电流的方向为负。当线圈转过周时，感应电流最大，流过线圈的电流方向不变，但电流通过转换器后流出的电流方向发生变化，所以流过电阻R的电流变成从左向右，则电流的方向变成正方向，此后每经过半个周期电流通过转换器后流出的电流方向发生变化，故A正确，BCD错误。
故选：A。
【点评】解决本题的关键知道正弦式交流电的特点。
3．（2025 红桥区二模）图甲为小型发电机与理想变压器变压输电过程的示意图，图乙为该发电机产生的电动势随时间的变化规律。理想变压器的匝数比n1：n2：n3＝4：2：1，电阻R1阻值未知，电阻R2＝5Ω，灯泡的额定电压为10V，额定功率为5W。不计发电机线圈内阻及交流电表A的内阻。若灯泡正常发光，下列说法正确的是（ ）
A．t＝0.02s时，通过发电机线圈的磁通量为零，磁通量变化率最大
B．电流表A的示数为
C．电阻R1＝4Ω
D．发电机的输出功率为22W
【分析】根据中性面的特点判断：根据变压器电压以及电流与线圈匝数关系结合欧姆定律求解电流以及电阻；根据功率公式求解发电机的输出功率。
【解答】解：A．由乙图可知，t＝0.02s时，感应电动势为0，磁通量的变化率为零，此时磁通量最大，故A错误；
BC．原副线圈满足U1：U2：U3＝n1：n2：n3，n1I1＝n2I2+n3I3
原线圈回路满足U1＝E﹣I1R1
其中，，U3＝I3R2
联立解得E＝22V，I1＝0.5A，I3＝1A，R1＝4Ω
故B错误，C正确；
D．发电机的输出功率为P＝I1E，解得P＝11W
故D错误。
故选：C。
【点评】解决本题的关键是知道峰值与有效值的关系，明确变压器原副线圈中的电流电压与线圈匝数间的关系。多个副线圈电流满足n1I1＝n2I2+n3I3。
4．（2025 福州校级模拟）电蚊拍利用高压电击网来击杀飞近的蚊虫，原理如题图所示，将锂电池的4V电压通过转换器转变为交变电压u＝4sin10000πt（V），再将其加在理想变压器的原线圈上，副线圈两端接电击网，电压峰值达到2800V时可击杀蚊虫。电蚊拍正常工作时，下列说法正确的是（ ）
A．交流电压表的示数为4V
B．电击网上的高频电压的频率为10000Hz
C．通过原线圈的电流大于通过副线圈的电流
D．副线圈与原线圈匝数之比需满足小于700
【分析】根据最大值和有效值的关系计算；根据频率和角速度的关系计算；计算出原、副线圈的匝数比，然后根据变流比分析即可。
【解答】解：A．交流电压表的示数等于正弦交变电压的有效值，为，故A错误；
B．交变电压的频率为，变压器不改变交变电压的频率，则电击网上的高频电压的频率为5000Hz，故B错误；
CD．有题可知，副线圈输出电压的最大值为Um≥2800V，根据理想变压器原副线圈电压与线圈匝数的关系，副线圈与原线圈匝数比需满足：，整理得：。解得：，根据理想变压器原副线圈电流与线圈匝数的关系：，可知通过原线圈的电流大于通过副线圈的电流，故C正确，D错误。
故选：C。
【点评】掌握变压器的变压规律和变流规律是解题的基础。
5．（2025 贵阳三模）2024年8月28日，新疆巴铁若（巴州—铁干里克—若羌）750kV输变电工程全线贯通。若该线路采用250kV高压输电，在输电总功率不变的条件下，输电线上单位时间内因发热损耗的电能将变为750kV时的（ ）
A．倍 B．倍 C．3倍 D．9倍
【分析】抓住功率不变，根据P＝UI得出输电线上的电流变化，结合ΔU＝IR求出电压损失的变化，根据得出电能的损失。
【解答】解：根据P＝UI，又功率不变，电压降低为原来的三分之一，输电电流变为原来的3倍，输电线路上损失的电功率ΔP＝I2r，变为原来的九倍，故ABC错误，D正确。
故选：D。
【点评】解决本题的关键掌握输送电功率公式P＝UI，以及输电线上损失的电功率ΔP＝I2R，要注意公式中各量应对应于同一段导体。
6．（2025 甘肃二模）小甘同学在学习了变压器的相关知识后自制了一个变压器。他将变压器的初级线圈接到交流电源上时，测得次级线圈两端的输出电压为8V。保持电源电压不变，将初级线圈和次级线圈对调，测得输出电压为2V，若变压器可看作理想变压器，则电源电压为（ ）
A．2V B．4V C．8V D．16V
【分析】根据电压和匝数关系结合电源电压不变分析。
【解答】解：设电源电压为U，初级线圈和次级线圈匝数分别为n1和n2，则由电压和匝数关系可知，线圈对调后，解得U＝4V，故B正确，ACD错误。
故选：B。
【点评】本题考查了变压器的构造和原理，解题的关键是明确变压器的变压比。
7．（2025 浙江三模）火灾报警的工作原理图如图所示，理想变压器的原线圈接电压恒定的交流电，副线圈的电路中R为热敏电阻，R1为滑动变阻器，R2为定值电阻。当温度升高时，R的阻值变小，报警装置通过检测R2中的电流来实现报警。则（ ）
A．发生火灾时，原线圈中的电流在变小
B．发生火灾时，报警装置检测到电流变小
C．为了降低报警温度，R1的滑片P应向下滑动
D．R1的滑片P向上滑动时，副线圈两端的电压变大
【分析】根据变压器原理以及副线圈的电路连接的特点分析。
【解答】解：AB.温度升高时，副线圈电流变大，原线圈电流也变大，故AB错误
C.P向下滑动时，接入电路的电阻减小，电流增大，与报警电流更接近，提高了灵敏度，降低了报警温度，故C正确；
D.副线圈电压由原线圈电压及匝数比决定，故D错误。
故选：C。
【点评】变压器的动态问题大致有两种情况：一是负载电阻不变，原、副线圈的电压U1，U2，电流I1，I2，输入和输出功率P1，P2随匝数比的变化而变化的情况；二是匝数比不变，电流和功率随负载电阻的变化而变化的情况。不论哪种情况，处理这类问题的关键在于分清变量和不变量，弄清楚“谁决定谁”的制约关系。
8．（2025 湖州三模）某自行车的车灯发电机如图1所示，其结构如图2。绕有300匝线圈的匚形铁芯开口处装有磁铁。车轮转动时带动半径为2cm的摩擦小轮转动。摩擦小轮又通过传动轴带动磁铁一起转动，从而使铁芯中磁通量发生变化，其变化图像如图3所示，其中ω为摩擦小轮转动的角速度。线圈两端c、d作为发电机输出端与标有“12V，6W”的灯泡L相连。当自行车以速度v匀速行驶时，小灯泡恰好正常发光。假设灯泡阻值不变，线圈的总电阻为6Ω，摩擦小轮与轮胎间不打滑，发电机输出电压可视为正弦交流电压。则（ ）
A．自行车的速度v＝10m/s
B．小灯泡正常发光时ω＝250rad/s
C．若自行车的速度减半，则小灯泡的功率也减半
D．磁铁处于图2位置时，小灯泡两端的电压为
【分析】根据灯泡的电压和功率计算出电路中的电流，进而计算出线圈上产生的最大感应电动势，根据Em＝NBSω计算线圈转动的角速度，然后可得线圈的速度；根据Em＝NBSω分析产生的感应电动势以及电流的变化，进而根据P＝I2R分析灯泡的功率变化；在中性面位置产生的感应电动势的瞬时值为零。
【解答】解：AB、小灯泡正常发光时，通过灯泡的电流为I，此时线圈上产生的感应电动势为E＝UL+Ir，（r为线圈电阻），解得E＝15V，则最大值为Em＝15V，又Em＝NBSω，由图可知Φm＝BS，解得ω＝500rad/s，v＝ωR＝500×0.02m/s＝10m/s，故A正确，B错误；
C、若自行车速度减半，由v＝ωR知，ω也减半，Em＝NBSω，Em也减半，则有效值E减半，由I得，电流I减半，小灯泡的功丝功率P＝I2R知，灯泡功率将变为原来的，故C错误；D、.磁铁处于图2位置时，此时穿过铁芯的磁通量最大，此时感应电动势为零，小灯泡两端的电压为零，故D错误。
故选：A。
【点评】能够根据题给条件解得线圈产生的感应电动势的最大值是解题的关键，知道自行车的速度和摩擦小轮之间的速度关系是解题的基础。
9．（2025 河南模拟）如图甲是实验室中的一款可拆卸的理想变压器，图中各接线柱对应的数字表示匝数，副线圈接线柱“0”“100”和“400”下方分别标有A、B、C。如图乙所示，在原线圈“200”和“1400”接线柱上（此时接入的匝数为1200）接入u＝Umcos100πt的交流电。单匝线圈绕过铁芯连接理想交流电压表，电压表的示数为0.1V。下列说法正确的是（ ）
A．Um为220V
B．A、B间电压的频率与B、C间电压的频率不同
C．若将阻值为12Ω的电阻R接在BC两端，R两端的电压有效值为30V
D．若将阻值为12Ω的电阻R接在AC两端，流过R的电流有效值为2.5A，周期为0.02s
【分析】题目给出理想变压器的工作情况，原线圈接入交流电，副线圈有不同匝数接线柱。解题关键在于理解理想变压器的变压规律和频率特性。通过单匝线圈电压表读数可推算出原线圈电压最大值。变压器不改变频率，副线圈各接线柱间电压频率相同。根据匝数比计算副线圈不同接线柱间的电压，再结合欧姆定律分析电阻接入时的电流和电压情况。
【解答】解：A、根据理想变压器的变压规律有，代入n1＝1200，得 U＝120V，，A错误；
B、变压器不改变交流电的频率，故，A、B间和B、C间电压的频率均为50Hz，故B错误；
CD、根据理想变压器的变压规律有，代入数据，解得UBC＝30V；同理可知UAC＝40V，由欧姆定律得，周期，故C正确，D错误。
故选：C。
【点评】本题考查理想变压器的基本规律和交变电流的性质。题目通过多组接线柱的设置，考查匝数比与电压比关系的灵活应用，同时涉及交变电流有效值与峰值的转换。计算量适中，需注意副线圈不同抽头对应的匝数选取。亮点在于通过单匝线圈的电压表巧妙引出原线圈电压的求解，并检验学生对频率不变原理的理解。易错点在于容易混淆不同接线方式对应的匝数关系，需仔细审题。
10．（2025 未央区校级模拟）某中学有许多选课走班教室，有些教室的特种设备需要用可变电压为设备供电，小米同学设计了如图所示的变压器为某设备供电，理想变压器的原线圈连接一个r＝9Ω的电阻，且原线圈匝数n1可以通过滑动触头P来调节，在副线圈两端连接了R＝16Ω的电阻，副线圈匝数n2＝1000。在A、B间加上一输出电压恒定的正弦交流电，下列说法正确的是（ ）
A．若交流电的周期增大，则变压器的输出功率会增大
B．当n1＝750时，电阻R消耗的功率最大
C．若触头P向上移动，则电阻R消耗的功率一定减小
D．若触头P向下移动，则流过电阻r的电流一定减小
【分析】保持P位置不动，则输出电压不变，变压器的电压与匝数成正比，电流与匝数成反比，输入功率等于输出功率，结合欧姆定律分析。
【解答】解：A、若交流电的周期增大，则角速度较小，根据最大值公式可知：Em＝NBSω，最大值较小，有效值减小，变压器的输出功率减小，故A错误；
BC、R消耗的功率为：，电压和匝数成正比，则功率与匝数的平方成正比，即为：n1＝n2，解得n1＝750匝时，电阻R消耗功率最大，若触头P向上移动，电阻R消耗的功率可能增大可能减小，故B正确，C错误；
D、若触头P向下移动，原线圈匝数变小，副线圈两端电压增大，输出电流增大，根据输出电流和输入电流的制约关系可知，则流过电阻r的电流增大，故D错误。
故选：B。
【点评】本题考查了变压器的构造和原理，掌握住理想变压器的电压、电流和匝数之间的关系是解题的关键。
二．多选题（共5小题）
（多选）11．（2025 汕头二模）图为我国某远距离输电系统简化示意图。发电厂输出的交变电流经升压变压器后，通过高压输电线路传输，再经降压变压器降压后供给城市用户用电。已知发电厂输出电压为U1，输出功率为P，升压变压器原副线圈匝数比为1：k1，降压变压器原副线圈匝数比为k2：1，输电线路总电阻为R。U1保持不变，忽略变压器的能量损耗，以下说法正确的是（ ）
A．输电线路上损失的功率为
B．升压变压器的输入电流与降压变压器的输出电流之比为k1：k2
C．若仅减小k1，输电线路上的电压损失会增大
D．当发电厂输出频率增大，降压变压器的输出电压会减小
【分析】求出输电导线电流，根据导线电功率公式求解输电线路上损失的功率，根据电流与匝数比的关系求解电流，根据欧姆定律分析输电线路上的电压损失，U1保持不变，改变频率，电路中电压电流等不会改变。
【解答】解：A．设升压变压器原线圈的电流为I1，副线圈的电流为I2；由题知发电厂输出电压为U1，输出功率为P，则有P＝U1I1
解得
根据
解得
故输电线路上损失的功率为
故A错误；
B．设降压变压器输出电流为I4，对升压变压器有
对降压变压器
联立可得I1：I4＝k1：k2
故B正确；
C．输电线路上的电压损失为
可知若仅减小k1，输电线路上的电压损失会增大，故C正确；
D．U1保持不变，忽略变压器的能量损耗，因为升压变压器的变压比和降压变压器的变压比不变，所以升压变压器副线圈的电压U2不变，又输出功率不变P，故升压变压器副线圈的电流不变I2，根据UR＝I2R
可知电阻R两端的电压UR不变，在中间输送回路中有U3＝U2﹣UR
所以降压变压器原线圈两端的电压U3不变，故降压变压器输出电压U4不变，与交流电的频率无关，所以当发电厂输出频率增大时，降压变压器的输出电压不变，故D错误。
故选：BC。
【点评】本题考查变压器基础规律及远距离输电相关计算，要求学生熟练掌握变压器的基础规律及其应用。
（多选）12．（2025 温州三模）有关下列四幅图的描述，正确的是（ ）
A．图1中，增大加速电压U，可以减小粒子在回旋加速器中运动的时间
B．图2中，线圈顺时针匀速转动，电路中A、B发光二极管会交替发光
C．图3中，在梁的自由端施力F，梁发生弯曲，上表面应变片的电阻变小
D．图4中，仅减小两极板的距离，则磁流体发电机的电动势会增大
【分析】增大加速电压，粒子经过加速后进入D形盒的速度变大，运动半径增大，因此离子会更早离开加速器；A、B两个二极管接入电路的极性方向不同，同时线圈转动时会产生不同方向的电流，因此两个二极管交替发光；上表面应变片被拉伸，电阻增大；极板间电压满足qvB，因此d减小时U随之减小。
【解答】解：A.在回旋加速器中，粒子在磁场中做圆周运动的周期为T（m为粒子质量，q为粒子电荷量，B为磁场强度 ），粒子加速获得的最大速度为vm，粒子的最大动能为Em，粒子经过加速电场的加速次数为n，所以粒子在加速器内的运动时间为t，综上可知，增大加速电压U，可以减小粒子在回旋加速器中运动的时间，故A正确；
B.线圈在磁场中顺时针匀速转动，产生交变电流。由于二极管具有单向导电性，当电流方向为某一方向时，A 二极管导通发光，B 二极管截止；当电流方向反向时，B 二极管导通发光，A 二极管截止，所以 A、B 发光二极管会交替发光，故B正确；
C.在梁的自由端施力F，梁发生弯曲，上表面受拉伸作用。根据应变片工作原理，应变片电阻丝受拉伸时，长度增加、横截面积减小，电阻增大，而不是变小，故C错误；
D.磁流体发电机稳定时，离子所受洛伦兹力和电场力平衡，qvB（E为电动势，d为两极板距离 ），由此可知仅减小两极板间距离E会减小，故D错误。
故选：AB。
【点评】本题需要利用带电粒子在电场、磁场中运动及发电机的相关知识求解。
（多选）13．（2025 雨花区校级一模）如图所示，在理想变压器a、b端输入电压为U0的正弦交流电，原副线圈匝数比，定值电阻R1、R2、R3的阻值分别为R1＝32Ω、R2＝2Ω、R3＝1Ω，滑动变阻器R的最大阻值为5Ω。初始时滑动变阻器滑片位于最左端，向右缓慢移动滑片至最右端过程中，记录理想电压表V的示数U与理想电流表A的示数I，描绘出如图乙所示的U﹣I图像。下列说法正确的是（ ）
A．通过R3的电流先增大后减小
B．电压表示数先增大后减小
C．U﹣I图像中纵截距，斜率绝对值为2Ω
D．R1消耗功率变大
【分析】根据等效电源和副线圈电路连接分析，.U﹣I图像中纵截距为E'，斜率绝对值为r'，结合等效电阻分析。
【解答】解：A.由等效电源可知，副线圈电压U2、电流I2满足U2＝E'﹣I2r'，其中，，，根据“串反并同”可知，随着滑片向右移动，流过R3电流增大，故A错误；
C.U﹣I图像中斜率绝对值为r'，纵截距为E'，所以，图像斜率绝对值为2Ω，故C正确；
B.设滑动变阻器滑片左端电阻为RR，滑片右端电阻为R右，则副线圈电路中R、R2R3总电阻为，
易知，当R2+R左＝R3+R右时，R副取最大值2Ω；当R左＝0，R右＝R时，R副为Ω。当R左＝R，R右＝0时，R副为。则在滑片自左向右移动过程中，R副由增至2Ω再减至Ω，电压表示数先增后减小，故B正确；
D.由等效电阻知识可知，副线圈中电阻等效至原线圈中后R'＝k2R副，则等效电阻同样先增后减小，原线圈中电流先减后增大，R1消耗功率先减后增大，故D错误。
故选：BC。
【点评】电路的动态变化的分析，总的原则就是由部分电路的变化确定总电路的变化的情况，再确定其他的电路的变化的情况，即先部分后整体再部分的方法。
（多选）14．（2025 天心区校级模拟）发电机的示意图如图甲所示，边长为L的正方形单匝金属框，阻值为R，在匀强磁场中以恒定角速度绕OO′轴转动，阻值为R的电阻两端的电压如图乙所示，其周期为T。图乙中的Um为已知量。则金属框转动一周（ ）
A．框内电流方向不变
B．磁通量的最大值为
C．流过电阻的电荷量为
D．电阻产生的焦耳热为
【分析】根据正弦交流电的电流方向变化周期和线圈转动周期结合最大值表达式，电荷量，焦耳热的计算公式列式解答。
【解答】解：A.当线框转动时，框内电流方向每经过中性面一次都要变化一次，而线圈和外电路接点处通过换向器，保证电流的方向不发生变化，从而使加在电阻两端的电压方向保持不变，故A错误；
B.由图乙可知，电阻两端电压的最大值为Um，则电动势的最大值为2Um，2Um＝1，解得磁通量的最大值为，故B正确；
C.线圈转过半周，则流过电阻的电荷量为q＝It，得，则金属框转过一周流过电阻的电荷量为q'＝2q，即，故C正确；
D.电阻产生的焦耳热为，故D错误。
故选：BC。
【点评】考查正弦交流电的相关知识，会根据题意进行准确分析解答。
（多选）15．（2025 渝中区校级模拟）如图所示，一个边长为L＝5cm、匝数N＝40（匝）的正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO′匀速转动，磁感应强度为B＝5T，线圈转动的角速度ω＝10πrad/s，闭合回路中两只灯泡均能发光。下列说法正确的是（ ）
A．插入电感器L的铁芯时，灯泡L2变暗
B．增大电容器C两极板间的距离时，灯泡L1变亮
C．增大线圈转动的角速度ω时，灯泡L1变亮，灯泡L2变暗
D．从图中位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为e＝5πcos10πt（V）
【分析】插入电感器L的铁芯时，电感器L的自感系数变大，感抗变大；增大电容器C两极板间的距离时，电容变小，容抗变大，交流电的频率变大，则电感器L的感抗变大，电容器C的容抗变小；先计算出感应电动势的最大值，然后可写出瞬时值表达式。
【解答】解：A、插入电感器L的铁芯时，电感器L的自感系数变大，感抗变大，则通过灯泡L2的电流变小，灯泡L2变暗，故A正确；
B、增大电容器C两极板间的距离时，根据C可知，电容变小，则容抗变大，对交流电的阻碍作用变大，所以通过灯泡L1的电流变小，灯泡L1变暗，故B错误；
C、增大线圈转动的角速度ω时，交流电的频率变大，则电感器L的感抗变大，电容器C的容抗变小，所以灯泡L1变亮，灯泡L2变暗，故C正确；
D、线圈产生的感应电动势的最大值为，从图中位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为e＝Emcosωt，代入数据得e＝5πcos10πt（V），故D正确。
故选：ACD。
【点评】知道电感器是通直流，阻交流；电容器是通交流，阻直流；且知道影响感抗和容抗大小的因素是解题的基础。
三．解答题（共5小题）
16．（2025 宿迁三模）某压缩空气储能系统，在电网用电低谷时，将电能通过电动压缩机压缩空气储存起来。如图所示，理想变压器将电网电压U0降为压缩机工作电压U1，压缩机每天工作时间为t1，工作电流为I。
（1）求理想变压器原、副线圈的匝数比n1：n2；
（2）电网用电高峰时，储能系统用压缩的空气推动发电机发电，释放全部储能，发电机给电网供电的功率为P，每天工作时间为t2。求该储能系统的效率η。
【分析】（1）根据变压器电压与匝数的关系求理想变压器原、副线圈的匝数比；
（2）根据发电机给电网供电的能量和储存的能量的关系求该储能系统的效率η。
【解答】解：（1）根据变压器电压与匝数的关系可知，原、副线圈的匝数比
（2）储存的能量
E1＝U1I
发电机给电网供电的能量
E2＝Pt2
效率
解得
答：（1）理想变压器原、副线圈的匝数比n1：n2为；
（2）该储能系统的效率η为。
【点评】本题考查了变压器的问题，解决本题的关键知道：原副线圈的电压与匝数比的关系，本题难度一般。
17．（2025 闵行区二模）我国已经掌握世界上最先进的高压输电技术，并在西电东输工程上效果显著。
（1）如图示意图中的变压器能给电灯供电，且副线圈中电流比原线圈大的是哪一种 B 。
（2）如图（a）所示，交流发电机的矩形线圈在匀强磁场中顺时针匀速转动，穿过该线圈的磁通量中随时间t变化的规律如图（b）所示。已知线圈匝数为N＝20匝。
①该发电机线圈的角速度为 314 rad/s，产生电动势最大值为 126 V（结果保留3位有效数字）。
②图（a）中流经负载上电流方向为 A 。
A.a→b
B.b→a
③由图（b）可知，线圈中的感应电流改变方向的时刻为 B 。
A.0.01s
B.0.015s
④若发电机的最大电动势为Em，负载为最大阻值为RL的滑动变阻器，线圈总内阻为R0，且RL＜R0，则流经负载的电流有效值的最小值为IL＝ ，发电机的最大输出功率为Pmax＝ 。
（3）（计算）在图（a）中发电机输出功率为P＝200kW，输出电压为U1＝250V，每一根输电线阻值为r＝20Ω。若输电时输电线上损失的电功率恰好为2%，并向用户输送220V的电压，则所用升压变压器和降压变压器的原、副线圈的匝数比分别为多少？
【分析】（1）根据变压器的原理和原副线圈匝数比与电流的关系分析；（2）根据发电机的工作原理分析；当外电阻等于电源内阻时，输出功率最大；（3）根据输电线上损失的功率求出 输送的电流，从而得出升压变压器的输出电压，结合电压之比等于匝数之比求出升压变压器的匝数比，根据输电线上的电压损失求出降压变压器的输入电压，从而结合用户需要的电压求出降压变压器的匝数比。
【解答】解：（1）只有交变电流才能通过变压器，所以输入电源应为交变电源；又因为副线圈中电流比原线圈大，根据
可知，副线圈匝数应小于原线圈匝数，故B正确，ACD错误。
故选：B。
（2）①由图（b）可知，线圈转动的周期为
T＝0.02s
所以，该发电机线圈的角速度为
产生电动势最大值为
②由图（a）所示，此时线圈的磁通量在减小，根据楞次定律可知，电流方向为a→b，故A正确，B错误。
故选：A。
③当线圈通过中心面时，电流方向改变，此时线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最小，即图（b）中线圈中的感应电流改变方向的时刻为0.005s和0.015s，故B正确，A错误。
故选：B。
④发电机电动势的有效值为
根据欧姆定律可知，当滑动变阻器接入电路中的阻值最大时，流经负载的电流有效值的最小值，为
联立，解得
当RL＝R0时，发电机的输出功率最大，因为RL＜R0，所以当滑动变阻器接入电路中的阻值最大时，发电机的输出功率最大，为
联立，解得
（3）升压变压器原线圈中的电流为
输电线上损耗的功率为
ΔP＝2%P＝2%×200kW＝4000W
根据可知，输电线上的电流大小为
I2＝10A
则升压变压器的匝数比为
输电线损失的电压为
ΔU＝I2×2r＝10×2×20V＝400V
升压变压器副线圈的电压为
则降压变压器的原线圈的电压为
U3＝U2﹣ΔU＝20000V﹣400V＝19600V
则降压变压器的匝数比为
故答案为：（1）B，（2）①314，126，②A，③B，④，，（3）升压变压器的原、副线圈的匝数比分别为1：80，降压变压器的原、副线圈的匝数比分别为980：11。
【点评】解决本题的关键知道变压器的电压比与匝数比的关系，以及知道发电机的原理，变压器的原理和输送功率与输送电压、电流的关系。
18．（2025 上海模拟）（1）某种风力发电机的原理如图所示，发电机的线圈固定，磁体在叶片驱动下绕线圈对称轴转动，已知磁体间的磁场为匀强磁场，磁感应强度的大小为0.20T，线圈的匝数为10匝，面积为0.5m2，电阻为0.50Ω，若磁体转动的角速度为，线圈中产生的感应电流80A。
①线圈中感应电动势的有效值E＝ 90V 。
②当叶片位于图示位置时，磁通量的变化率 最小 （选填“最大”或“最小”），从这个位置开始转动90°的过程中，电流 一直变大 （选填“一直变大”、“一直变小”、“先变大后变小”或“先变小后变大”）。
（2）（计算）有一种新型的粒子流发电机，与风力发电机工作原理类似。一束粒子流以近似光速的速度v向发电机的叶片射来，叶片的半径为L。由于工作环境近似于真空，则粒子携带的能量可全部用于发电，试求该粒子流发电机在Δt时间内的发电功率P。（已知粒子单个粒子的质量为m，粒子的密度为ρ，光速为c）
（3）有人想到用海浪来发电，设计了如图方案：浮筒通过长度不变的细绳与重锤相连，细绳上固定一根长为L的水平导体棒PQ；地磁场的水平分量视为匀强磁场，方向垂直纸面向里，磁感应强度大小为B。在限位装置（未画出）作用下整个系统始终只在竖直方向上近似作简谐振动，振动位移方程为x＝Asinωt。
①浮筒的速度随时间的变化关系式 v＝Aωcosωt 。
②（论述）导体棒PQ两端产生的电压u为正弦交流电 导体棒PQ两端产生的电压u＝BLv＝BLAωcosωt，所以是正弦式交流电 。
【分析】（1）①先根据Em＝NBSω计算出感应电动势的最大值，然后可得有效值；
②根据法拉第电磁感应定律分析；
（2）根据质能方程和功率公式计算；
（3）①根据位移方程计算；
②根据公式E＝BLv分析PQ两端的电压，根据表达式分析即可。
【解答】解：（1）①线圈中感应电动势的最大值为
线圈中感应电动势的有效值
②当叶片位于图示位置时，磁通量最大，磁通量的变化率最小；从这个位置开始转动90°的过程中，磁通量的变化率逐渐增大，根据可知感应电动势逐渐增大，感应电流一直变大。
（2）Δt时间内流过的粒子体积ΔV＝πL2vΔt
Δt时间内流过的粒子的质量为Δm＝πmL2vρΔt
则粒子携带的能量为E＝Δmc2＝πρL2vΔtc2
则该粒子流发电机Δt时间内的发电功率为
（3）①根据，对振动位移方程为x＝Asinωt，两边求导可得v＝Aωcosωt
②导体棒PQ两端产生的电压u＝BLv＝BLAωcosωt，所以是正弦交流电。
故答案为：（1）①90V；②最小，一直变大；
（2）该粒子流发电机在Δt时间内的发电功率P为πL2vρc2；
（3）①v＝Aωcosωt；②导体棒PQ两端产生的电压u＝BLv＝BLAωcosωt，所以是正弦式交流电。
【点评】本题考查了交流电感应电动势最大值的计算方法，对磁通量变化率和法拉第电磁感应定律的理解，简谐运动中速度的表达式计算方法，以及爱因斯坦质能方程的应用。
19．（2025 江苏一模）如图所示，一单匝矩形线框面积为S，电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω绕OO′轴匀速转动。已知外电路电阻为R，求：
（1）该电路中电动势的最大值Em；
（2）电阻R的电功率P。
【分析】（1）根据公式Em＝BSω求解作答；
（2）根据闭合电路的欧姆定律、功率公式求解作答。
【解答】解：（ 1）电动势最大值的大小Em＝BSω
（ 2）流过电阻R电流有效值大小
根据功率公式电阻R电功率的大小P＝I2R
联立解得电阻R电功率的大小。
答：（1）该电路中电动势的最大值为BSω；
（2）电阻R的电功率为。
【点评】本题考查了正弦交变电流的产生，有效值与最大值的关系；要掌握欧姆定律和功率公式的运用。
20．（2025 福州校级模拟）贯彻新发展理念，构建新发展格局，我国风力发电发展迅猛，截至2022年底我国风力发电装机容量达3.7亿千瓦，稳居世界第一。某种风力发电机的原理如图所示，发电机的线圈固定，风轮机叶片转动时，通过升速齿轮箱带动磁体绕线圈的对称轴高速转动。已知磁体间的磁场可视为匀强磁场，磁感应强度的大小为B，线圈的匝数为N，面积为S，磁体匀速转动的角速度为ω。求：
（1）线圈中感应电动势的有效值E；
（2）从图示位置（线圈与磁感线垂直）开始，到磁体转动90°的过程中，线圈中产生的感应电动势的平均值。
【分析】（1）根据Em＝NBSω计算出感应电动势的最大值，根据有效值计算出感应电动势的有效值；
（2）计算出时间，结合法拉第电磁感应定律求解线圈中产生的感应电动势的平均值。
【解答】解：（1）电动势的最大值
Em＝NBSω
有效值
解得
（2）由法拉第电磁感应定律有
从图示位置（线圈与磁感线垂直）开始，到磁体转动90°的过程中，所对应的时间为
而线圈转动的周期
联立解得
答：（1）线圈中感应电动势的有效值E等于；
（2）线圈中产生的感应电动势的平均值等于。
【点评】本题解题关键是感应电动势的最大值与有效值间的关系，以及会利用法拉第电磁感应定律计算感应电动势的平均值。
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