2014高三物理一輪復(fù)習(xí) 第十章 第2講 變壓器、電能的輸送1

1、PAGE PAGE 9第2講變壓器電能的輸送(對應(yīng)學(xué)生用書第173頁)理想變壓器1.構(gòu)造(如圖1021所示)圖1021變壓器由原線圈、副線圈和閉合鐵芯組成2基本關(guān)系(1)電壓關(guān)系：eq f(U1,U2)eq f(n1,n2).(2)功率關(guān)系：P入P出(3)電流關(guān)系：只有一個副線圈時：eq f(I1,I2)eq f(n2,n1).有多個副線圈時，U1I1U2I2U3I3UnIn.3幾種常用的變壓器(1)自耦變壓器的原、副線圈共用一個線圈，如圖1022A、B所示(2)電壓互感器：屬降壓變壓器，并聯(lián)在電路中，用于測高電壓，如圖1022 C所示(3)電流互感器：屬于升壓變壓器，串聯(lián)在電路中，用于測大電

2、流，如圖1022 D所示圖1022eq avs4al(1變壓器只能改變交流電壓，若原線圈加直流電壓，則副線圈輸出電壓為零，并且由于線圈對直流電無感抗，而使電流很大相當(dāng)于短路易損壞直流電源.,2分析變壓器的電流關(guān)系，一定要確定副線圈的個數(shù).)【針對訓(xùn)練】1(2011新課標(biāo)全國高考)如圖1023，一理想變壓器原副線圈的匝數(shù)比為12；副線圈電路中接有燈泡，燈泡的額定電壓為220 V，額定功率為22 W；原線圈電路中接有電壓表和電流表現(xiàn)閉合開關(guān)，燈泡正常發(fā)光若用U和I分別表示此時電壓表和電流表的讀數(shù)，則()圖1023AU110 V，I0.2 ABU110 V，I0.05 ACU110eq r(2) V

3、，I0.2 ADU110eq r(2) V，I0.2eq r(2) A【解析】由變壓原理eq f(n1,n2)eq f(U1,U2)可得U1110 V，即電壓表示數(shù)為110 V由P入P出，燈泡正常發(fā)光可得P入U1I1P出22 W，I1eq f(22,110) A0.2 A，故A正確【答案】A遠距離輸電1.輸電過程(如圖1024所示)圖10242電壓損失(1)UUU(2)UIR3功率損失(1)PPP(2)PI2R(eq f(P,U)2R4減少輸電線上電能損失的方法(1)減小輸電線的電阻R線：由R線eq f(L,S)知，可采用加大導(dǎo)線的橫截面積、采用電阻率小的材料做導(dǎo)線；(2)減小輸電導(dǎo)線中的電流

4、：在輸電功率一定的情況下，根據(jù)PUI，要減小電流，必須提高輸電電壓【針對訓(xùn)練】2(2012廣東廣州一模)圖1025是遠距離輸電的示意圖，下列說法正確的是()圖1025Aa是升壓變壓器，b是降壓變壓器Ba是降壓變壓器，b是升壓變壓器Ca的輸出電壓等于b的輸入電壓Da的輸出電壓等于輸電線上損失的電壓【解析】遠距離輸電先升壓，再降壓，選項A正確而B錯誤；由電線有電壓損失，故a的輸出電壓等于b的輸入電壓與損失的電壓之和，選項C、D均錯【答案】A(對應(yīng)學(xué)生用書第174頁)理想變壓器基本關(guān)系的應(yīng)用基本關(guān)系和制約關(guān)系基本關(guān)系功率關(guān)系原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率P入P出電壓關(guān)系原、副線圈的電壓比等于匝

5、數(shù)比，與負載情況、副線圈個數(shù)的多少無關(guān)電流關(guān)系(1)只有一個副線圈：電流和匝數(shù)成反比(2)多個副線圈：由輸入功率和輸出功率相等確定電流關(guān)系頻率關(guān)系原、副線圈中電流的頻率相等制約關(guān)系電壓副線圈電壓U2由原線圈電壓U1和匝數(shù)比決定功率原線圈的輸入功率P1由副線圈的輸出功率P2決定電流原線圈電流I1由副線圈電流I2和匝數(shù)比決定關(guān)于理想變壓器的四點說明(1)變壓器不能改變直流電壓(2)變壓器只能改變交變電流的電壓和電流，不能改變交變電流的頻率(3)理想變壓器本身不消耗能量(4)理想變壓器基本關(guān)系中的U1、U2、I1、I2均為有效值(2012山東高考)圖1026甲是某燃氣爐點火裝置的原理圖轉(zhuǎn)換器將直流電

6、壓轉(zhuǎn)換為圖1026乙所示的正弦交變電壓，并加在一理想變壓器的原線圈上，變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為n1、n2，V 為交流電壓表當(dāng)變壓器副線圈電壓的瞬時值大于5 000 V時，就會在鋼針和金屬板間引發(fā)電火花進而點燃氣體以下判斷正確的是()甲乙圖1026A電壓表的示數(shù)等于5 VB電壓表的示數(shù)等于eq f(5,r(2) VC實現(xiàn)點火的條件是eq f(n2,n1)1 000D實現(xiàn)點火的條件是eq f(n2,n1)1 000【審題視點】(1)由變壓器原線圈所加電壓的ut圖象可以確定原線圈電壓的最大值和有效值，進而確定電壓表的示數(shù)(2)由引發(fā)電火花的電壓最大值可以確定變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比【解析】由題

7、ut圖象知，交流電壓的最大值Um5 V，所以電壓表的示數(shù)Ueq f(Um,r(2)eq f(5,r(2) V，故選項A錯誤，選項B正確；根據(jù)eq f(U1,U2)eq f(n1,n2)得eq f(n2,n1)eq f(U2,U1)，變壓器副線圈電壓的最大值U2m5 000 V時，有效值U2eq f(U2m,r(2)eq f(5 000,r(2) V，所以點火的條件eq f(n2,n1)eq f(f(5 000,r(2) V,f(5,r(2) V)1 000，故選項C正確，選項D錯誤【答案】BC【即學(xué)即用】1.圖1027(2012西安調(diào)研)如圖1027所示，理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)之比為101

8、，R120 ，R210 ，C為電容器，原線圈所加電壓u220eq r(2)sin (100t) V下列說法正確的是()A通過電阻R3的電流始終為零B副線圈兩端交變電壓的頻率為5 HzC電阻R2的電功率為48.4 WD原副線圈鐵芯中磁通量變化率之比為101【解析】在交流電路中電容器能夠通交流，所以A錯誤；變壓器能夠改變交流電壓，但是不能變頻，因此B錯誤；根據(jù)eq f(U1,U2)eq f(n1,n2)得到U222 V，所以電阻R2的電功率為P2eq f(Uoal(2,2),R2)48.4 W，C正確；根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得到原、副線圈鐵芯中磁通量變化率之比為11，D錯誤【答案】C遠距離輸電問題

9、1.輸電線路的特點和組成為了減少遠距離輸電過程中的電能損失，一般采用高壓輸電的模式，先用升壓變壓器將電壓升高，將電輸送到用電區(qū)后，再用降壓變壓器將高電壓變成用電器所需的電壓值，如圖1028為輸電過程的示意圖圖10282輸電過程的電壓關(guān)系和功率關(guān)系(1)輸電過程的電壓關(guān)系(2)輸電過程功率的關(guān)系一臺發(fā)電機最大輸出功率為4 000 kW，電壓為4 000 V，經(jīng)變壓器T1升壓后向遠方輸電輸電線路總電阻為R1 k.到目的地經(jīng)變壓器T2降壓，負載為多個正常發(fā)光的燈泡(220 V60 W)若在輸電線路上消耗的功率為發(fā)電機輸出功率的10%，變壓器T1和T2的耗損可忽略，發(fā)電機處于滿負荷工作狀態(tài)，則()AT

10、1原、副線圈電流分別為103 A和20 ABT2原、副線圈電壓分別為1.8105 V和220 VCT1和T2的變壓比分別為150和401D有6104盞燈泡(220 V60 W)正常發(fā)光【審題視點】(1)根據(jù)題意畫出遠距離輸電示意圖標(biāo)明已知量和未知量(2)由變壓器上的電壓關(guān)系、電流關(guān)系和功率關(guān)系，列式求解【解析】遠距離輸電的模型如圖所示T1原線圈的電流為I1eq f(P1,U1)eq f(4 000103,4 000) A1103 A，輸電線上損失的功率為P損Ieq oal(2,2)R10%P1，所以I2eq r(f(10%P1,R)eq r(f(4 0001030.1,1103) A20 A，

11、選項A正確；T1的匝數(shù)比為eq f(n1,n2)eq f(I2,I1)eq f(20,103)eq f(1,50)；T1上副線圈的電壓為U250U12105 V，T2原線圈的電壓為U3U2I2R2105 V20103 V1.8105 V，選項B正確；T2上原、副線圈的變壓比為eq f(n3,n4)eq f(U3,U4)eq f(1.8105,220)eq f(9103,11)，選項C錯誤；能正常發(fā)光的燈泡的盞數(shù)為：Neq f(90%P1,60)6104，選項D正確【答案】ABD【即學(xué)即用】2(2012黃岡模擬)如圖1029為遠距離高壓輸電的示意圖關(guān)于遠距離輸電，下列表述錯誤的是()圖1029A

12、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)熱損耗的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PI2R線，而R線eq f(l,S)，增大輸電線的橫截面積，可減小輸電線的電阻，則能夠減小輸電線上的功率損耗，A項正確；由PUI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項正確；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項錯誤；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

13、術(shù)的要求越高，D項正確【答案】C(對應(yīng)學(xué)生用書第175頁)變壓器電路的動態(tài)分析1.理想變壓器的動態(tài)分析問題一般有兩種類型：(1)負載電阻不變，原、副線圈的電壓U1、U2不變，電流I1、I2，功率P1、P2隨匝數(shù)比的變化而變化(2)匝數(shù)比不變，原、副線圈的電壓U1、U2也不變，電流I1、I2，功率P1、P2隨負載電阻的變化而變化2處理此類問題的關(guān)鍵都是要分清變量和不變量，弄清理想變壓器中各物理量之間的聯(lián)系和相互制約關(guān)系U2由U1和匝數(shù)比決定；I2由U2和負載電阻決定；I1由I2和匝數(shù)比決定如圖10210所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為101，b是原線圈的中心軸頭，電壓表和電流表均為理想電表，

14、從某時刻開始在原線圈c、d兩端加上交變電壓，其瞬時值表達式為u1220eq r(2)sin 100t(V)，則()圖10210A當(dāng)單刀雙擲開關(guān)與a連接時，電壓表的示數(shù)為22 VB當(dāng)teq f(1,600) s時，c、d間的電壓瞬時值為110 VC單刀雙擲開關(guān)與a連接，在滑動變阻器觸頭P向上移動的過程中，電壓表和電流表的示數(shù)均變小D當(dāng)單刀雙擲開關(guān)由a扳向b時，電壓表和電流表的示數(shù)均變小【潛點探究】(1)電壓表示數(shù)和電流表示數(shù)均為副線圈電壓和電流的有效值(2)當(dāng)負載電阻阻值變化時，負線圈上電壓不變，而電流發(fā)生變化(3)當(dāng)原線圈匝數(shù)變化時，副線圈上電壓和電流都會發(fā)生變化【解析】當(dāng)單刀雙擲開關(guān)與a連接

15、時，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為101，副線圈輸出電壓為22 V，電壓表的示數(shù)為22 V，選項A正確；當(dāng)teq f(1,600) s時，c、d間的電壓瞬時值為u1220eq r(2)sin(100eq f(1,600) V220eq r(2)sin(eq f(,6) V110eq r(2) V，選項B錯誤；單刀雙擲開關(guān)與a連接，在滑動變阻器觸頭P向上移動的過程中，電壓表示數(shù)不變，電流表的示數(shù)變小，選項C錯誤；當(dāng)單刀雙擲開關(guān)由a扳向b時，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為51，電壓表示數(shù)變?yōu)?4 V，電壓表和電流表的示數(shù)均變大，選項D錯誤【答案】A【即學(xué)即用】3(2011福建高考)圖10211甲中

16、理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比n1n251，電阻R20 ，L1、L2為規(guī)格相同的兩只小燈泡，S1為單刀雙擲開關(guān)原線圈接正弦交變電源，輸入電壓u隨時間t的變化關(guān)系如圖10211乙所示現(xiàn)將S1接1、S2閉合，此時L2正常發(fā)光下列說法正確的是()甲乙圖10211A輸入電壓u的表達式u20eq r(2)sin(50t)VB只斷開S2后，L1、L2均正常發(fā)光C只斷開S2后，原線圈的輸入功率增大D若S1換接到2后，R消耗的電功率為0.8 W【解析】由圖乙知周期為0.02 s，因此輸入電壓的表達式u20eq r(2)sin(100t) V，A錯；只斷開S2，L1、L2兩端的電壓小于額定電壓，都不能正常發(fā)光，

17、B錯；只斷開S2，負載電阻變大，功率變小，C錯，S1換接到2后，據(jù)Peq f(Uoal(2,出),R)和eq f(U入,U出)eq f(n1,n2)得R消耗的功率為0.8 W，故選D.【答案】D(對應(yīng)學(xué)生用書第176頁)理想變壓器的基本關(guān)系1.圖10212(2012重慶高考)如圖10212所示，理想變壓器的原線圈接入u11 000eq r(2)sin 100t(V)的交變電壓，副線圈通過電阻r6 的導(dǎo)線對“220 V880 W”的電器RL供電，該電器正常工作由此可知()A原、副線圈的匝數(shù)比為501B交變電壓的頻率為100 HzC副線圈中電流的有效值為4 AD變壓器的輸入功率為880 W【解析】

18、由電器RL正常工作，可得通過副線圈的電流為Ieq f(P,U)eq f(880,220) A4 A，故C對；供電導(dǎo)線所分電壓為Ur46 V24 V，副線圈兩端電壓U2220 V24 V244 V，因此原、副線圈的匝數(shù)比eq f(n1,n2)eq f(U1,U2)eq f(11 000,244)eq f(2 750,61)，故A錯；又P1P2U2I22444 W976 W，故D錯；交變電壓的頻率feq f(,2)50 Hz，故B錯【答案】C變壓器和交流電路動態(tài)分析2(2012福建高考)如圖10213所示，理想變壓器原線圈輸入電壓uUmsin t，副線圈電路中R0為定值電阻，R是滑動變阻器V1 和

19、V2 是理想交流電壓表，示數(shù)分別用U1和U2表示；A1 和A2 是理想交流電流表，示數(shù)分別用I1和I2表示下列說法正確的是()圖10213AI1和I2表示電流的瞬時值BU1和U2表示電壓的最大值C滑片P向下滑動過程中，U2不變、I1變大D滑片P向下滑動過程中，U2變小、I1變小【解析】交流電表的示數(shù)為有效值，故A、B兩項均錯誤；P向下滑動過程中，R變小，由于交流電源、原副線圈匝數(shù)不變，U1、U2均不變，所以I2eq f(U2,R0R)變大，由eq f(I1,I2)eq f(n2,n1)，得I1eq f(n2,n1)I2變大，故C項正確，D項錯誤【答案】C遠距離輸電問題3(2010江蘇高考)在如圖10214所示的遠距離輸電電路圖中，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