2011屆高三物理一輪復(fù)習(xí) 5.2變壓器電能的輸送學(xué)案 新人教版選修3-2

1、2011屆高三物理一輪復(fù)習(xí)全案：5.2變壓器、電能的輸送（選修3-2）【考綱知識梳理】一、 變壓器及其原理1、 構(gòu)造：兩組線圈（原、副線圈）繞在同一個閉合鐵心上構(gòu)成所謂的變壓器。2、 作用：在輸送電能的過程中改變電壓。3、 原理：其工作原理是利用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。4、 特征：正因為是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象來工作的，所以變壓器只能在輸送交變電流的電能過程中改變交流電壓。5、 理想變壓器的基本關(guān)系式:（1）輸出功率決定輸入功率，理想變壓器的輸入功率和輸出功率相等，即= 。（2）變壓比:，（3）電流關(guān)系: ，（4）若干副線圈時:,;或6、 幾種常用的變壓器 (1)自耦變壓器圖是自耦變壓器的示意圖。這種變壓器

2、的特點是鐵芯上只繞有一個線圈。如果把整個線圈作原線圈，副線圈只取線圈的一部分，就可以降低電壓；如果把線圈的一部分作原線圈，整個線圈作副線圈，就可以升高電壓。調(diào)壓變壓器就是一種自耦變壓器，它的構(gòu)造如圖所示。線圈AB繞在一個圓環(huán)形的鐵芯上。AB之間加上輸入電壓U1 。移動滑動觸頭P 的位置就可以調(diào)節(jié)輸出電壓U2。(2)互感器互感器也是一種變壓器。交流電壓表和電流表都有一定的量度范圍，不能直接測量高電壓和大電流。用變壓器把高電壓變成低電壓，或者把大電流變成小電流，這個問題就可以解決了。這種變壓器叫做互感器?；ジ衅鞣蛛妷夯ジ衅骱碗娏骰ジ衅鲀煞N。a、電壓互感器電壓互感器用來把高電壓變成低電壓，它的原線圈

3、并聯(lián)在高壓電路中，副線圈上接入交流電壓表。根據(jù)電壓表測得的電壓U 2 和銘牌上注明的變壓比(U 1 /U 2 )，可以算出高壓電路中的電壓。為了工作安全，電壓互感器的鐵殼和副線圈應(yīng)該接地。b、電流互感器電流互感器用來把大電流變成小電流。它的原線圈串聯(lián)在被測電路中，副線圈上接入交流電流表。根據(jù)電流表測得的電流I 2 和銘牌上注明的變流比(I 1/I2)，可以算出被測電路中的電流。如果被測電路是高壓電路，為了工作安全，同樣要把電流互感器的外殼和副線圈接地。二、電能的輸送1. 關(guān)鍵:減少電功率損失和電壓損失（1）功率損失：遠(yuǎn)距離輸送電能，由于輸電線上的電流熱效應(yīng)，電能轉(zhuǎn)化為熱能。出現(xiàn)功率損失。（2）

4、電壓損失：遠(yuǎn)距離輸送電能，線路中電阻R上消耗部分電壓。2方法:根據(jù)再加上（1）減小輸電導(dǎo)線的電阻,如采用電阻率小的材料;加大導(dǎo)線的橫截面積，（2）提高輸電電壓,減小輸電電流，【要點名師精解】一、 理想變壓器及其原、副線圈基本量的關(guān)系【例1】（09年江蘇物理）6如圖所示，理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)比為1：5，原線圈兩端的交變電壓為 氖泡在兩端電壓達(dá)到100V時開始發(fā)光，下列說法中正確的有 A開關(guān)接通后，氖泡的發(fā)光頻率為100Hz B開關(guān)接通后，電壓表的示數(shù)為100 V C開關(guān)斷開后，電壓表的示數(shù)變大 D開關(guān)斷開后，變壓器的輸出功率不變解析：A選項：交變電壓的頻率為 Hz，一個周期內(nèi)電壓兩次大于1

5、00V，即一個周期內(nèi)氖泡能兩次發(fā)光，所以其發(fā)光頻率為100Hz，A選項正確。B選項：由交變電壓的瞬時值表達(dá)式知，原線圈兩端電壓的有效值為V=20V，由得副線圈兩端的電壓為V，電壓表的示數(shù)為交流電的有效值，B選項正確。C選項：開關(guān)斷開前后，輸入電壓不變，變壓器的變壓比不變，故輸出電壓不變，C選項錯誤。D選項：斷開后，電路消耗的功率減小，輸出功率決定輸入功率，D選項錯誤。答案：AB名師點評：本題主要考查變壓器的知識，要能對變壓器的最大值、有效值、瞬時值以及變壓器變壓原理、功率等問題徹底理解。二、理想變壓器的動態(tài)分析1、 原線圈電壓U1由提供原線圈電壓的電源決定，2、 輸入電壓決定輸出電壓，即隨著的

6、變化而變化，因為，所以只要不變化，不論負(fù)載如何變化，不變。3、 輸出電流決定輸入電流。在輸入電壓不變的情況下，不變。若負(fù)載電阻R增大，則由公式得：輸出電流減小，由 = 知輸入電流亦隨著減小；反之，若負(fù)載電阻R減小，則輸出電流增大，輸入電流亦隨著增大。4、 輸出功率決定輸入功率，理想變壓器的輸入功率和輸出功率相等，即= 。在輸入電壓不變的情況下，不變。當(dāng)用電負(fù)荷增加，輸出功率增大，輸入功率也隨著增大；反之，當(dāng)用電負(fù)荷減小，則輸出功率減小，輸入功率也隨著減小。（1）變壓器空載時,無電流、無功率輸出,所以輸入功率也為零，（2）當(dāng)副線圈短路時,I2無限大,I1也無限大將燒壞變壓器，5、動態(tài)分析問題的思

7、路程序可表示為：U1P1【例2】（09年山東卷）19某小型水電站的電能輸送示意圖 。發(fā)電機(jī)的輸出電壓為200V，輸電線總電阻為r，升壓變壓器原副線圈匝數(shù)分別為n，n2。降壓變壓器原副線匝數(shù)分別為n3、n4（變壓器均為理想變壓器）。要使額定電壓為220V的用電器正常工作，則A B C升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓D升壓變壓器的輸出功率大于降壓變壓器的輸入功率解析：ABC選項：根據(jù)變壓器工作原理可知，由于輸電線上損失一部分電壓，升壓變壓器的輸出電壓大于降壓變壓器的輸入電壓，有，所以，A選項正確，BC選項不正確。D選項：升壓變壓器的輸出功率等于降壓變壓器的輸入功率加上輸電線損失功率，D

8、選項正確。答案：AD名師點評：理想變壓器的兩個基本公式是： ，即對同一變壓器的任意兩個線圈，都有電壓和匝數(shù)成正比。，即無論有幾個副線圈在工作，變壓器的輸入功率總等于所有輸出功率之和。只有當(dāng)變壓器只有一個副線圈工作時，才有。遠(yuǎn)距離輸電，從圖中應(yīng)該看出功率之間的關(guān)系是：P1=P2，P3=P4，P1/=Pr=P2。電壓之間的關(guān)系是：。電流之間的關(guān)系是：。輸電線上的功率損失和電壓損失也是需要特別注意的。分析和計算時都必須用，而不能用。特別重要的是要會分析輸電線上的功率損失。【感悟高考真題】1、 （2010全國卷2）19. 圖中為一理想變壓器，其原線圈與一電壓有效值不變的交流電源相連：P為滑動頭?，F(xiàn)令P

9、從均勻密繞的副線圈最底端開始，沿副線圈勻速上滑，直至白熾燈L兩端的電壓等于其額定電壓為止。用表示流過原線圈的電流，表示流過燈泡的電流，表示燈泡兩端的電壓，表示燈泡消耗的電功率（這里的電流、電壓均指有效值：電功率指平均值）。下列4個圖中，能夠正確反映相應(yīng)物理量的變化趨勢的是 答案：BC解析：副線圈是均勻密繞的且滑動頭勻速上滑，說明副線圈的匝數(shù)在均勻增大，由變壓器的變壓比，得均勻增大（k為單位時間增加的匝數(shù)），C正確。燈泡兩端的電壓由零增大時其電阻增大，描繪的伏安特曲線為B。燈泡的功率先增大的快（電阻?。┖笤龃蟮穆娮璐螅珼錯誤。原線圈功率等于燈泡功率是增大的，所以原線圈電流一定增大，A錯誤。

10、【命題意圖與考點定位】考查理想變壓器和燈泡的伏安特曲線知識。2、 （2010天津卷）7.為探究理想變壓器原、副線圈電壓、電流的關(guān)系，將原線圈接到電壓有效值不變的正弦交流電源上，副線圈連接相同的燈泡L1、L2，電路中分別接了理想交流電壓表V1、V2和理想交流電流表A1，A2，導(dǎo)線電阻不計，如圖所示。當(dāng)開關(guān)S閉合后 A. A1示數(shù)變大，A1與A2示數(shù)的比值不變B. A1示數(shù)變大，A1與A2示數(shù)的比值變大C. V2示數(shù)變小，V1與V2示數(shù)的比值變大D. V2示數(shù)不變，V1與V2示數(shù)的比值不變答案：AD3、 （2010重慶卷）17.輸入電壓為220V，輸出電壓為36V的變壓器副線圓燒壞，為獲知此變壓器

11、原、副線圈匝數(shù)，某同學(xué)拆下燒壞的副線圈，用絕緣導(dǎo)線在鐵芯上新繞了5匝線圈，如題17圖所示，然后將原線圈接到220V交流電源上，測得新繞線圈的端電壓為1V，按理想變壓器分析，該變壓器燒壞前的原、副線圈匝數(shù)分別為：A 1100、360 B 1100、180 C 2200、180 D 220、360【答案】B【解析】對新繞線的理想變壓器，根據(jù)變壓比公式得變壓器燒壞前，同理 ，B正確。4、 （2010 江蘇卷）7.在如圖多事的遠(yuǎn)距離輸電電路圖中，升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器，發(fā)電廠的輸出電壓和輸電線的電阻均不變，隨著發(fā)電廠輸出功率的增大，下列說法中正確的有A升壓變壓器的輸出電壓增大B降壓變壓器

12、的輸出電壓增大C輸電線上損耗的功率增大D輸電線上損耗的功率占總功率的比例增大【解析】逐項判斷A.應(yīng)不變，A錯誤； B.，,，因P變大，I變大，所以U損變大，所以降壓變壓器初級電壓U3變小，B錯誤； C.,因P變大，所以P損變大，C正確； D.，因P變大，所以比值變大，D正確；本題選CD。本題考查電能的輸送，通?？疾殡妷旱淖兓鹌渌兓?，本題考查考查功率的變化引起其它變化，有新意。本題難度：中等。5、 （2010福建卷）13中國已投產(chǎn)運行的1000kV特高壓輸電是目前世界上電壓最高的輸電工程。假設(shè)甲、乙兩地原采用500kV的超高壓輸電，輸電線上損耗的電功率為P。在保持輸送電功率和輸電線電阻都不

13、變的條件下，現(xiàn)改用1000kV特高壓輸電，若不考慮其他因素的影響，則輸電線上損耗的電功率將變?yōu)锳P/4 BP/2 C2P D4P答案：A解析：由可知當(dāng)輸出電壓由500kv升高到1000kv時，電路中的電流將減為原來的一半；由 可知電路中損耗的功率變?yōu)樵瓉淼?。【命題特點】本題以高壓輸電這一生活情境為背景，相應(yīng)了“兩會”提出的節(jié)能減排的建議，考查了用遠(yuǎn)程高壓輸電減小能耗的知識點，具有實際意義?！締⑹尽扛呖紡?fù)習(xí)中應(yīng)注重物理問題聯(lián)系生活實際。6、 （2010山東卷）19一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10：1，原線圈輸入電壓的變化規(guī)律如圖甲所示，副線圈所接電路如圖乙所示，P為滑動變阻器的觸頭。 A副線

14、圈輸出電壓的頻率為50Hz B副線圈輸出電壓的有效值為31V CP向右移動時，原、副線圈的電流比減小 DP向右移動時，變壓器的輸出功率增加 答案：AD 解析： A.周期，頻率，A正確；B.原線圈輸入電壓的有效值為，所以，副線圈輸出電壓的有效值為，B錯誤；C.根據(jù)，所以，不變。C錯誤；D.變壓器的輸出功率，P向右移動時，電阻變小，變壓器的輸出功率增加，D正確。本題選AD。本題考查變壓器原理和交流電圖象。難度：容易。7、 （2010浙江卷）17. 某水電站，用總電阻為2.5的輸電線輸電給500km外的用戶，其輸出電功率是3106KW?，F(xiàn)用500kV電壓輸電，則下列說法正確的是A. 輸電線上輸送的電

15、流大小為2105AB. 輸電線上由電阻造成的損失電壓為15kVC. 若改用5kV電壓輸電，則輸電線上損失的功率為9108KWD. 輸電線上損失的功率為PU2/r，U為輸電電壓，r為輸電線的電阻答案：B8.（09廣東物理9）圖為遠(yuǎn)距離高壓輸電的示意圖。關(guān)于遠(yuǎn)距離輸電，下列表述正確的是 （ ABD ）A增加輸電導(dǎo)線的橫截面積有利于減少輸電過程中的電能損失B高壓輸電是通過減小輸電電流來減小電路的發(fā)熱損耗C在輸送電壓一定時，輸送的電功率越大，輸電過程中的電能損失越小D高壓輸電必須綜合考慮各種因素，不一定是電壓越高越好解析：依據(jù)輸電原理，電路中的功率損耗，而,增大輸電線的橫截面積，減小輸電線的電阻，則能

16、夠減小輸電線上的功率損耗，A正確；由P=UI來看在輸送功率一定的情況下，輸送電壓U越大，則輸電電流越小，則功率損耗越小，B正確；若輸電電壓一定，輸送功率越大，則電流I越大，電路中損耗的電功率越大，C錯誤；輸電電壓并不是電壓越高越好，因為電壓越高，對于安全和技術(shù)的要求越高，因此并不是輸電電壓越高越好，D正確。9.（09海南物理9）一臺發(fā)電機(jī)最大輸出功率為4000kW,電壓為4000V，經(jīng)變壓器升壓后向遠(yuǎn)方輸電。輸電線路總電阻到目的地經(jīng)變壓器降壓，負(fù)載為多個正常發(fā)光的燈泡（220V、60W）。若在輸電線路上消耗的功率為發(fā)電機(jī)輸出功率的10%,變壓器和的耗損可忽略，發(fā)電機(jī)處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)，則（ A

17、BD ）A原、副線圈電流分別為和20AB原、副線圈電壓分別為和220VC和的變壓比分別為1：50和40：1D有盞燈泡（220V、60W）正常發(fā)光10.（09海南物理12）鉗型表的工作原理如圖所示。當(dāng)通有交流電的導(dǎo)線從環(huán)形鐵芯的中間穿過時，與繞在鐵芯上的線圈相連的電表指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)。由于通過環(huán)形鐵芯的磁通量與導(dǎo)線中的電流成正比，所以通過偏轉(zhuǎn)角度的大小可以測量導(dǎo)線中的電流。日常所用交流電的頻率在中國和英國分別為50Hz和60Hz?，F(xiàn)用一鉗型電流表在中國測量某一電流，電表讀數(shù)為10A；若用同一電表在英國測量同樣大小的電流，則讀數(shù)將是 A。若此表在中國的測量值是準(zhǔn)確的，且量程為30A；為使其在英國的測

18、量值變?yōu)闇?zhǔn)確，應(yīng)重新將其量程標(biāo)定為 A答案：12 2511.（09四川17）如圖甲所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10：1，R120 ，R230 ，C為電容器。已知通過R1的正弦交流電如圖乙所示，則 （ C ）A.交流電的頻率為0.02 HzB.原線圈輸入電壓的最大值為200 VC.電阻R2的電功率約為6.67 WD.通過R3的電流始終為零解析：根據(jù)變壓器原理可知原副線圈中電流的周期、頻率相同，周期為0.02s、頻率為50赫茲，A錯。由圖乙可知通過R1的電流最大值為Im1A、根據(jù)歐姆定律可知其最大電壓為Um20V，再根據(jù)原副線圈的電壓之比等于匝數(shù)之比可知原線圈輸入電壓的最大值為200 V、

19、B錯；因為電容器有通交流、阻直流的作用，則有電流通過R3和電容器，D錯；根據(jù)正弦交流電的峰值和有效值關(guān)系并聯(lián)電路特點可知電阻R2的電流有效值為I、電壓有效值為UUm/V，電阻R2的電功率為P2UIW、C對?！究键c精題精練】1、（2010北京東城區(qū)二模）如圖所示，理想變壓器的a、b端加上茜一交流電壓（電壓有效值保持不變），副線圈d端所接燈泡L恰好正常發(fā)光。此時滑線變阻器的滑片P于圖示位置?，F(xiàn)將滑片下移（導(dǎo)線電阻不計），則以下說法中正確的是（ ）A燈仍能正常發(fā)光，原線圈輸入電流變小B燈不能正常發(fā)光，原線圈輸入功率變大C燈不能正常發(fā)光，原線圈輸入電壓變大D燈仍能正常發(fā)光，原線圈輸入功率不變2、 （2

20、010北京市宣武區(qū)二模）正弦交變電源與電阻R、交流電壓表按照圖（1）所示的方式連接，R=10，交流電壓表的示數(shù)是10V。若圖（2）是該交變電源輸出電壓u隨時間t變化的圖象，則（ ）AR兩端的電壓uR隨時間t變化的規(guī)律是BR兩端的電壓uR隨時間t變化的規(guī)律是（V）C通過R的電流隨時間t變化的規(guī)律是（V）D通過R的電流隨時間t變化的規(guī)律是（A）3、 （2010北京市崇文區(qū)二模）如圖所示，水平金屬圓盤置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，隨盤繞金屬轉(zhuǎn)軸以角速度沿順時針方向勻速轉(zhuǎn)動，盤的中心及邊緣處分別用金屬滑片與一理想變壓器的原線圈相連。已知圓盤半徑為r，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為n，變壓

21、器的副線圈與一電阻為R的負(fù)載相連。不計圓盤及導(dǎo)線的電阻，則下列說法中正確的是（ ）A變壓器原線圈兩端的電壓為B變壓器原線圈兩端的電壓為C通過負(fù)載R的電流為D通過負(fù)載R的電流為4.一理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1n2115.原線圈與正弦交變電源連接，輸入電壓u如圖所示副線圈僅接入一個10 的電阻則()A流過電阻的電流是20 AB與電阻并聯(lián)的電壓表的示數(shù)是100 VC經(jīng)過1分鐘電阻發(fā)出的熱量是6103 JD變壓器的輸入功率是1103 W解析：考查正弦交變電流有效值、最大值意義及理想變壓器的相關(guān)知識由輸入電壓圖象可知輸入電壓的有效值為220 V，故副線圈輸出電壓的有效值為100 V，接入副線圈的電阻

22、為10 ，故電流有效值為10 A，A項錯；與電阻并聯(lián)的電壓表讀數(shù)即為副線圈電壓有效值100 V，B項錯；根據(jù)QI2Rt1021060 J6104 J，C項錯；由變壓器輸入功率等于輸出功率可知，PIU101001 000 W，D項正確答案：D52008年春節(jié)前后，我國南方部分省市的供電系統(tǒng)由于氣候原因遭到嚴(yán)重破壞為此，某小區(qū)啟動了臨時供電系統(tǒng)，它由備用發(fā)電機(jī)和副線圈匝數(shù)可調(diào)的變壓器組成，如圖所示，發(fā)電機(jī)的電動勢e480sin(100t)V(不考慮其內(nèi)阻)，圖中R表示輸電線的電阻滑動觸頭P置于a處時，用戶的用電器恰好正常工作，在下列情況下，要保證用電器仍能正常工作，則()A若A2示數(shù)為2 A，R1

23、0 ，則原副線圈的匝數(shù)比n1n221B若A2示數(shù)為2 A，R10 ，則原副線圈的匝數(shù)比n1n221C當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出的電壓發(fā)生波動使V1示數(shù)小于正常值，用電器不變時，應(yīng)使滑動觸頭P向下滑動D如果V1示數(shù)保持正常值不變，那么當(dāng)用電器增加時，滑動觸頭P應(yīng)向上滑解析：若A2的示數(shù)為2 A，R10 ，用戶電壓220 V，電壓表V2示數(shù)U2220 VI2R240 V，電壓表V1示數(shù)(有效值)U1480 V，原副線圈的匝數(shù)比n1n2U1U221，故選項A對、B錯；由n1n2U1U2，若U1變小，則n2應(yīng)變大，故選項C錯；當(dāng)用電器增加時，副線圈中的電流增加，輸電線電阻R上的電壓增大，副線圈兩端的電壓應(yīng)增大，故滑

24、動觸頭P應(yīng)向上滑，故選項D對答案：AD6正弦交流電經(jīng)過匝數(shù)比為的變壓器與電阻R、交流電壓表V、交流電流表A按如圖甲所示方式連接，R10 .圖乙是R兩端電壓U隨時間變化的圖象Um10 V，則下列說法中正確的是()A通過R的電流iR隨時間t變化的規(guī)律是iRcos 100t(A)B電流表A的讀數(shù)為0.1 AC電流表A的讀數(shù)為 AD電壓表的讀數(shù)為Um10 V解析：由圖象知T2102 s，f50 Hz，2f100 rad/s，故iRcos 100t(A)，A正確再根據(jù)知，I1有效值為0.1 A，B正確，C錯誤電壓表讀數(shù)應(yīng)為副線圈電壓有效值，U10 V，故D錯誤答案：AB7、 （2010山東省棗莊市一模）

25、如圖所示，兩平行虛線之間存在的勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直紙面向里，虛線間的距離為L，金屬圓環(huán)的直徑也是L。圓環(huán)以垂直于磁場邊界的恒定速度v穿過磁場區(qū)域。規(guī)定逆時針方向為圓環(huán)中感應(yīng)電流i的正方向，圓環(huán)從左邊界剛進(jìn)入磁場處為位移x的起點。則下列圖象中能表示圓環(huán)中感應(yīng)電流i隨其位移x變化關(guān)系的是（ ）A8、 （2010山東省德州市高三一模）如圖甲所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為31，L1、L2、L3為三只規(guī)格均為“9V 6W”的相同燈泡，各電表均為理想交流電表，輸入端接入如圖乙所示的交變電壓，則以下說法中不正確的是：A.電流表的示數(shù)為2AB.電壓表的示數(shù)為27VC.副線圈兩端接入耐壓值為9V的電容器恰能正常工作D.變壓器副線圈中交變電流的頻率