高考物理總復(fù)習(xí) 第44講 理想變壓器電能的輸送講義-人教版高三物理試題

第44講理想變壓器電能的輸送考情剖析考查內(nèi)容考綱要求考查年份考查詳情能力要求理想變壓器、遠(yuǎn)距離輸電Ⅱ、Ⅰ15年T1—選擇，考查理想變壓器電壓與匝數(shù)的關(guān)系應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問題16年T4—選擇，考查理想變壓器和電路中各物理量的變化理解、推理弱項(xiàng)清單,1.不理解理想變壓器的工作原理，記反變壓器公式；2．不了解自耦變壓器結(jié)構(gòu)及工作原理．知識(shí)整合一、變壓器1．構(gòu)造由________、________和________組成．2．原理利用電磁感應(yīng)的________現(xiàn)象．3．理想變壓器原、副線圈基本量的關(guān)系理想變壓器(1)沒有能量損失(繞線無電阻、鐵芯無渦流)(2)沒有磁通量損失(磁通量全部集中在鐵芯中)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＝________電壓關(guān)系原、副線圈的電壓比等于匝數(shù)比，公式：eq\f(U1,U2)＝________，與負(fù)載、副線圈的個(gè)數(shù)無關(guān)電流關(guān)系只有一個(gè)副線圈時(shí)：eq\f(I1,I2)＝________頻率關(guān)系f1＝f2(變壓器不改變交變電流的頻率)

4.幾種常見的變壓器(1)自耦變壓器——調(diào)壓變壓器①結(jié)構(gòu)(如圖)：輸出和輸入共用一組線圈．②工作原理：自耦變壓器是只有一個(gè)繞組的變壓器，當(dāng)作為降壓變壓器使用時(shí)，將整個(gè)繞組作為原線圈，從繞組中抽出一部分線匝作為副線圈；當(dāng)作為升壓變壓器使用時(shí)，取部分線匝作為原線圈，整個(gè)繞組作為副線圈．(2)互感器(如圖所示)電壓互感器電流互感器①電壓互感器：用來把______電壓變成______電壓．②電流互感器：用來把______電流變成______電流．二、電能的輸送如圖所示，若發(fā)電站輸出電功率為P，輸電電壓為U，用戶得到的電功率為P′，用戶的電壓為U′.1．輸電電流I＝________＝eq\f(P′,U′)＝eq\f(U－U′,R線).2．輸電導(dǎo)線損耗的電功率P損＝I2·R線＝________.即在輸送功率一定時(shí)，輸電電壓增大為原來的n倍，輸電導(dǎo)線上損耗的功率就減少為原來的________．3．輸電導(dǎo)線損耗的電壓U損＝I·R線＝________.方法技巧考點(diǎn)1理想變壓器1．關(guān)于理想變壓器的兩點(diǎn)說明(1)變壓器只能改變交變電流的電壓和電流，不能改變直流電壓和交變電流的頻率．(2)理想變壓器基本關(guān)系中的U1、U2、I1、I2均為有效值．2．理想變壓器原、副線圈的制約關(guān)系(1)電壓制約：當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比eq\f(n1,n2)一定時(shí)，輸出電壓U2由輸入電壓U1決定，即U2＝eq\f(n2,n1)U1，可簡述為“原制約副”．(2)電流制約(只有一個(gè)副線圈)：當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比eq\f(n1,n2)一定且輸入電壓U1確定時(shí)，原線圈中的電流I1由副線圈中的輸出電流I2決定，即I1＝eq\f(n2,n1)I2，可簡述為“副制約原”．(3)功率制約：變壓器副線圈中的輸出功率P2由用戶負(fù)載決定，P2＝P負(fù)1＋P負(fù)2＋…；變壓器原線圈中的輸入功率P1由副線圈中的輸出功率P2決定，即P1＝P2.3．動(dòng)態(tài)問題分析動(dòng)態(tài)問題分析的一般思路：U1eq\o(→,\s\up7(\f(U1),\s\do5(U2)＝\f(n1,n2),決定))U2eq\o(→,\s\up7(I2＝\f(U2),\s\do5(R負(fù)載),決定))I2eq\o(→,\s\up7(P1＝P2（I1U1＝I2U2）),\s\do5(決定))I1eq\o(→,\s\up7(P1＝I1U1),\s\do5(決定))P1.【典型例題1】如圖所示的電路中，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2＝22∶1，原線圈接u1＝220eq\r(2)sin100πt(V)的交流電，電阻R＝10Ω，電流表、電壓表均為理想電表，則()A．電壓表的讀數(shù)為10eq\r(2)VB．電流表的讀數(shù)為22C．電阻R消耗的功率為10eq\r(2)WD．變壓器的輸出功率為10W1.(多選)圖甲中，理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為4∶1，RT為阻值隨溫度升高而減小的熱敏電阻，R1為定值電阻，電壓表和電流表均為理想交流電表．原線圈所接電壓u隨時(shí)間t按正弦規(guī)律變化，如圖乙所示．下列說法正確的是()A．變壓器輸入、輸出功率之比為4∶1B．變壓器原、副線圈中的電流強(qiáng)度之比為1∶4C．u隨t變化的規(guī)律為u＝51sin(50πt)D．若熱敏電阻RT的溫度升高，則電壓表的示數(shù)不變，電流表的示數(shù)變大【典型例題2】(16年江蘇高考)一自耦變壓器如圖所示，環(huán)形鐵芯上只繞有一個(gè)線圈，將其接在a、b間作為原線圈；通過滑動(dòng)觸頭取該線圈的一部分，接在c、d間作為副線圈．在a、b間輸入電壓為U1的交變電流時(shí)，c、d間的輸出電壓為U2.在將滑動(dòng)觸頭從M點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到N點(diǎn)的過程中()A．U2>U1，U2降低B．U2>U1，U2升C．U2<U1，U2降低D．U2<U1，U2升【典型例題3】(17年南通模擬)(多選)如圖所示，T為理想變壓器，電流表A、電壓表V均為理想交流電表，R1、R2為定值電阻，R3為滑動(dòng)變阻器，L為電感線圈，A、B兩點(diǎn)間接正弦交流電．則()A．只將滑片P1下移時(shí)，電流表A示數(shù)變小B．只將滑片P2下移時(shí)，電壓表V示數(shù)變大C．只增大交流電的電壓時(shí)，電流表A示數(shù)變大D．只增大交流電的頻率時(shí)，電壓表V示數(shù)不變考點(diǎn)2電能的輸送1．遠(yuǎn)距離輸送電能的方法(1)電能損耗：遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，由于輸電線路上存在電阻，根據(jù)電流熱效應(yīng)Q＝I2Rt，總有一部分電能損失在輸電線路上．(2)減少線路上的電能損失，有兩種方法：一是減小導(dǎo)線上的電阻；二是減小輸電線上通過的電流．(3)實(shí)際輸電方式：根據(jù)P＝UI可知，通過減小輸電線的電流，可減少輸電線的能量損失，即采用高壓輸電，這是減少線路電能損失的有效方法(如圖)．2．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)輸電過程的功率關(guān)系【典型例題4】遠(yuǎn)距離輸電的原理圖如圖所示，升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為n1、n2，電壓分別為U1、U2，電流分別為I1、I2，輸電線上的電阻為R，變壓器為理想變壓器，則下列關(guān)系式中正確的是()A.eq\f(I1,I2)＝eq\f(n1,n2)B．I2＝eq\f(U2,R)C．I1U1＝Ieq\o\al(2,2)RD．I1U1＝I2U22.發(fā)電機(jī)的端電壓為220V，輸出電功率為44kW，輸電導(dǎo)線的電阻為0.2Ω，如果用原、副線圈匝數(shù)之比為1∶10的升壓變壓器升壓，經(jīng)輸電線路后，再用原、副線圈匝數(shù)比為10∶1的降壓變壓器降壓供給用戶．(1)求用戶得到的電壓和功率；(2)若不經(jīng)過變壓而直接送到用戶，求用戶得到的功率和電壓．

當(dāng)堂檢測1.(多選)如圖所示，理想變壓器的副線圈上通過輸電線接有兩個(gè)相同的燈泡L1和L2，輸電線的等效電阻為R.開始時(shí)，開關(guān)S斷開，當(dāng)S接通時(shí)，以下說法正確的是()第1題圖A．副線圈兩端M、N的輸出電壓減小B．副線圈輸電線等效電阻R上的電壓增大C．通過燈泡L1的電流減小D．原線圈中的電流增大2．如圖所示，理想變壓器原線圈接在交流電源上，圖中各電表均為理想電表．下列說法正確的是()第2題圖A．當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)時(shí)，R1消耗的功率變大B．當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)時(shí)，電壓表V示數(shù)變大C．當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)時(shí)，電流表A1示數(shù)變大D．若閉合開關(guān)S，則電流表A1示數(shù)變大，A2示數(shù)變大3．(多選)如圖所示，匝數(shù)為10匝的矩形導(dǎo)線框ABCD處于磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.1eq\r(2)T的水平勻強(qiáng)磁場中，線框面積S＝0.36m2，導(dǎo)線框ABCD的電阻忽略不計(jì)．導(dǎo)線框繞垂直于磁場的軸OO′以角速度ω＝100rad/s勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，并與理想變壓器原線圈相連，副線圈與理想電壓表、小燈泡(其電阻恒為6Ω)及定值電阻R＝6Ω組成閉合電路．原副線圈匝數(shù)比為3∶1.下列說法正確的是()第3題圖A．在圖示位置時(shí)，線框ABCD中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢最大，且最大值為36eq\r(2)VB．理想電壓表的示數(shù)為6VC．將燈泡換成電容器(未擊穿)，則理想電壓表的示數(shù)為12VD．將燈泡換成一只理想二極管，則1min內(nèi)定值電阻R上產(chǎn)生的熱量為720J4．(多選)圖甲是某燃?xì)鉅t點(diǎn)火裝置的原理圖．轉(zhuǎn)換器將直流電壓轉(zhuǎn)換為如圖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(shí)值大于5000V時(shí)，就會(huì)在鋼針和金屬板間引發(fā)電火花進(jìn)而點(diǎn)燃?xì)怏w．以下判斷正確的是()甲乙第4題圖A．電壓表的示數(shù)等于5VB．電壓表的示數(shù)等于eq\f(5,\r(2))VC．實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火的條件是eq\f(n2,n1)＞1000D．實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火的條件是eq\f(n2,n1)＜10005．(多選)如圖所示，在遠(yuǎn)距離輸電電路中，發(fā)電廠的輸出電壓和輸電電線的電阻均不變，變壓器、電表均為理想化的．若發(fā)電廠的輸出功率減小，則下列說法中正確的是()第5題圖A．電壓表V1示數(shù)減小，電流表A1示數(shù)減小B．電壓表V2示數(shù)增大，電流表A2示數(shù)減小C．輸電線上損耗功率增大D．用戶總功率與發(fā)電廠的輸出功率的比值增大

第44講理想變壓器電能的輸送知識(shí)整合基礎(chǔ)自測一、1.原線圈副線圈閉合鐵芯2.互感3．P出eq\f(n1,n2)eq\f(n2,n1)4.(2)①高低②大小二、1.eq\f(P,U)2.eq\f(P2,U2)R線1/n23.U－U′方法技巧·典型例題1·D【解析】電壓表、電流表讀數(shù)都指有效值，根據(jù)eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)可得副線圈兩端電壓有效值(即電壓表讀數(shù))為10V，所以電流表讀數(shù)為I2＝eq\f(U2,R)＝1A，A、B選項(xiàng)錯(cuò)誤；變壓器的輸出功率即為電阻R消耗的功率P＝Ieq\o\al(2,2)R＝10W，C錯(cuò)D對(duì)．·變式訓(xùn)練1·BD【解析】由題意知變壓器是理想變壓器，故輸入、輸出功率之比為1∶1，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；變壓器原、副線圈中的電流之比與匝數(shù)成反比，即eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)＝eq\f(1,4)，選項(xiàng)B正確；由圖乙可知交流電壓最大值Um＝51V，周期T＝0.02s，可由周期求出角速度的值為ω＝100πrad/s，則可得交流電壓u的表達(dá)式u＝51sin(100πt)V，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；RT的溫度升高時(shí)，阻值減小，電流表的示數(shù)變大，電壓表示數(shù)不變，故選項(xiàng)D正確．·典型例題2·C【解析】從圖中看到，原線圈匝數(shù)對(duì)應(yīng)整個(gè)部分，而副線圈匝數(shù)對(duì)應(yīng)的是一部分，根據(jù)理想變壓器電壓和匝數(shù)的關(guān)系eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)可知U2<U1；在將滑動(dòng)觸頭從M點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到N點(diǎn)的過程中，副線圈的匝數(shù)變少，U2降低．·典型例題3·AC【解析】滑片P1下移時(shí)，副線圈匝數(shù)n2減小，根據(jù)理想變壓器電壓和匝數(shù)的關(guān)系eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，可知輸出電壓U2減小，輸出功率減小，輸入功率也將減小，故原線圈電流減小，A選項(xiàng)正確；只將滑片P2下移時(shí)，R3接入電路部分的阻值減小，負(fù)載總電阻減小，總電流增大，R3兩端電壓增大，故電壓表示數(shù)減小，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；增大交流電壓時(shí)，U2增大，輸出電流I2增大，根據(jù)eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)知故原線圈電流增大，C選項(xiàng)正確；增大交流電的頻率時(shí)，電感線圈感抗增大，副線圈電流減小，R3兩端電壓減小，故電壓表示數(shù)增大，D選項(xiàng)錯(cuò)誤．·典型例題4·D【解析】根據(jù)變壓器的變壓原理eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；I2＝eq\f(UR,R)，因?yàn)閁＞UR，B項(xiàng)錯(cuò)誤；I1U1為電路輸入的總功率，Ieq\o\al(2,2)R為電線上損耗的功率，I1U1＝I2U2，C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確．·變式訓(xùn)練2·(1)219.6V43.92kW(2)36kW180V【解析】(1)升壓變壓器副線圈的輸出電壓U2＝eq\f(n2,n1)U1＝2200V升壓變壓器原線圈輸入電流I1＝eq\f(P,U1)＝200A則升壓變壓器副線圈輸出電流I2＝eq\f(n1,n2)I1＝20A輸電線路上的電壓損失和功率損失分別為UR＝I2R＝4V，PR＝Ieq\o\al(2,2)R＝0.08kW加到降壓變壓器原線圈上的輸入電流和電壓分別為I3＝I2＝20A，U3＝U2－UR＝2196降壓變壓器副線圈的輸出電壓和電流分別為U4＝eq\f(n4,n3)U3＝219.6V,I4＝eq\f(n3,n4)I3＝200A所以用戶得到的功率P4＝U4I4＝43.92kW.(2)若不采用高壓輸電，線路損失電壓為UR′＝I1R＝40V用戶得到的電壓U′＝U1－UR′＝180V用戶得到的功率為P′＝U′I1＝36kW.當(dāng)堂檢測1．BCD【解析】由于輸入電壓不變且原副線圈匝數(shù)不變，所以S接通時(shí)，理想變壓器副線圈M、N兩端輸出電壓不變，負(fù)載總電阻變小，由歐姆定律I＝eq\f(U2,R總)知，流過R的電流增大，電阻上的電壓UR＝IR增大；副線圈輸出電流增大，根據(jù)輸入功率等于輸出功率，即I1U1＝I2U2得原線圈輸入電流I1也增大．UMN不變，UR變大，所以UL1變小，流過燈泡L1的電流減小．2．B【解析】當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)時(shí)，R的阻值變大，變壓器次級(jí)線圈電壓不變，故次級(jí)電流減小，則R1消耗的功率及兩端電壓均變小，電壓表的示數(shù)等于變壓器次級(jí)電壓減去R1兩端的電壓，所以電壓表的示數(shù)變大，選項(xiàng)A錯(cuò)B對(duì)；當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)時(shí)，次級(jí)電流減小，故初級(jí)電流也減小，電流表A1示數(shù)變小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；若閉合開關(guān)S，則變壓器的次級(jí)電阻減小，次級(jí)電流變大，R1的電壓變大，故電壓表V示數(shù)減小，則R2兩端電壓減小，電流表A2讀數(shù)減小，次級(jí)電流變大，則初級(jí)電流變大，則電流表A1示數(shù)變大，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．3．BD【解析】圖示位置線圈和磁場垂直，此時(shí)線框的磁通量最大，感應(yīng)電動(dòng)勢為0，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；線框ABCD在磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值為Em＝nBsω＝36eq\r(2)V，原線圈電壓有效值為U1＝eq\f(Em,\r(2))＝36V，再由eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)可得副線圈電壓U2＝12V，所以電壓表的示數(shù)U＝eq\f(U2,2)＝6V，選項(xiàng)B正確；將燈泡換成電容器，