2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十一章 交變電流 傳感器 第2講 變壓器 電能的輸送學(xué)案

1、第2講變壓器電能的輸送微知識(shí)1 變壓器原理1構(gòu)造和原理(如圖所示)(1)主要構(gòu)造：由原線圈、副線圈和閉合鐵芯組成。(2)工作原理：電磁感應(yīng)的互感現(xiàn)象。2理想變壓器的基本關(guān)系式(1)電壓關(guān)系：，若n1n2，為降壓變壓器；若n1n2，為升壓變壓器。(2)電流關(guān)系：，只適用于只有一個(gè)副線圈的情況。3互感器(1)電壓互感器，用來把高電壓變成低電壓。(2)電流互感器，用來把大電流變成小電流。 特別提醒(1)如果變壓器沒有漏磁和能量損失，這樣的變壓器是理想變壓器。(2)變壓器只能改變交變電流的電流和電壓，不能改變恒定電流的電流和電壓。微知識(shí)2 電能的輸送1輸電損耗(1)功率損失：設(shè)輸電電流為I，輸電線的電

2、阻為R，則功率損失為PI2R。(2)降低輸電損耗的兩個(gè)途徑。一個(gè)途徑是減小輸電線的電阻。由電阻定律R可知，在輸電距離一定的情況下，為減小電阻，應(yīng)當(dāng)用電阻率小的金屬材料制造輸電線。此外，還要盡可能增加導(dǎo)線的橫截面積。另一個(gè)途徑是減小輸電導(dǎo)線中的電流，由PUI可知，當(dāng)輸送功率一定時(shí)，提高輸電電壓可以減小輸電電流。2遠(yuǎn)距離輸電過程的示意圖(如圖所示)對(duì)理想變壓器，各物理量的關(guān)系為P1P2，P2P損P3，P3P4P用。，U2U3U線，。n1I1n2I2，I2I線I3，n3I3n4I4。一、思維辨析(判斷正誤，正確的畫“”，錯(cuò)誤的畫“”。)1變壓器不但能改變交變電流的電壓，還能改變交變電流的頻率。()2

3、正常工作的變壓器當(dāng)副線圈與用電器斷開時(shí)，副線圈兩端無電壓。()3變壓器副線圈并聯(lián)更多的用電器時(shí)，原線圈輸入的電流隨之增大。()4變壓器原線圈中的電流由副線圈中的電流決定。()5高壓輸電是通過減小輸電電流來減少電路的發(fā)熱損耗。()二、對(duì)點(diǎn)微練1(變壓器的工作原理及應(yīng)用)一電器中的變壓器可視為理想變壓器，它將220 V交變電流改變?yōu)?10 V。已知變壓器原線圈匝數(shù)為800，則副線圈匝數(shù)為()A200 B400C1 600 D3 200解析由變壓器變壓比，可知n2n1800400，B項(xiàng)正確。答案B2(遠(yuǎn)距離輸電)(多選)在如圖所示的遠(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

4、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，下列說法正確的有()A升壓變壓器的輸出電壓增大B降壓變壓器的輸出電壓增大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本題考查變壓器、遠(yuǎn)距離輸電，意在考查考生的推理能力。設(shè)升壓變壓器的匝數(shù)比為N1，降壓變壓器的匝數(shù)比為N2，發(fā)電廠輸出電壓為U1，輸出功率為P1，則升壓變壓器的輸出電壓為N1U1，輸電線中的電流為，輸電線損耗的功率為，降壓變壓器輸出電壓為，輸電線上損耗的功率占總功率的比例為，可見，當(dāng)輸出功率P1增大時(shí)，比例增大，選項(xiàng)C、D正確。答案CD見學(xué)生用書P174微考點(diǎn)1理想變壓器基本關(guān)系的應(yīng)用核|心|微|講1關(guān)于理

5、想變壓器的四點(diǎn)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。2制約關(guān)系(1)電壓：副線圈電壓U2由原線圈電壓U1和匝數(shù)比決定。(2)功率：原線圈的輸入功率P1由副線圈的輸出功率P2決定。(3)電流：原線圈電流I1由副線圈電流I2和匝數(shù)比決定。典|例|微|探【例1】(2017北京)如圖所示，理想變壓器的原線圈接在u220sin100t(V)的交流電源上，副線圈接有R55 的負(fù)載電阻，原、副線圈匝數(shù)之比為21，電流表、電壓表均為理想電表。下列說法正確的

6、是()A原線圈的輸入功率為220 WB電流表的讀數(shù)為1 AC電壓表的讀數(shù)為110 VD副線圈輸出交流電的周期為50 s【解題導(dǎo)思】(1)理想變壓器的電壓比和電流比與匝數(shù)的關(guān)系？答：電壓比，電流比。(2)副線圈輸出交變電流的頻率與原線圈中交變電流的頻率的關(guān)系？答：相等。 解析電表的讀數(shù)均為有效值，因此在原線圈兩端電壓有效值為220 V，由理想變壓器原副線圈兩端電壓與線圈匝數(shù)成正比，因此副線圈兩端電壓有效值為110 V，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；流過電阻R的電流為2 A，可知負(fù)載消耗的功率為220 W，根據(jù)能量守恒可知，原線圈的輸入功率為220 W，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由PUI可知，電流表的讀數(shù)為1 A，故選項(xiàng)B正

7、確；由交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式可知100，因此周期為T0.02 s，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案B(1)變壓器只能改變交流電壓和電流，不能改變直流電壓，不能改變交流電的頻率。(2)理想變壓器的原線圈和副線圈中功率相等，電流的關(guān)系是依據(jù)此關(guān)系推導(dǎo)出來的，當(dāng)副線圈有多組時(shí)，也應(yīng)該依據(jù)此關(guān)系推導(dǎo)。題|組|微|練1如圖所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1n221，V和A均為理想電表，燈泡電阻RL6 ，AB端電壓u112sin100t(V)。下列說法正確的是()A電流頻率為100 HzBV的讀數(shù)為24 VCA的讀數(shù)為0.5 AD變壓器輸入功率為6 W解析由2f得f50 Hz，A項(xiàng)錯(cuò)誤；原線圈電壓有效值U112 V，由

8、得U26 V，B項(xiàng)錯(cuò)誤；I21 A，C項(xiàng)錯(cuò)誤；P1P2U2I26 W，D項(xiàng)正確。答案D2(多選)如圖所示，一理想變壓器的副線圈為雙繞組，兩燈泡L1、L2規(guī)格完全相同，額定電壓為5 V，原線圈中接入正弦式交變電壓u10sin100t(V)，若只閉合開關(guān)S1，電流表示數(shù)為0.2 A，若只閉合開關(guān)S2，燈泡L2恰好正常發(fā)光，電流表示數(shù)為1.25 A，則()A兩副線圈匝數(shù)比為n2n325B只閉合開關(guān)S1時(shí)，燈泡L1消耗的功率為2.5 WC若兩開關(guān)同時(shí)閉合，電路消耗的總功率為14.5 WD若兩開關(guān)同時(shí)閉合，燈泡L1比燈泡L2亮解析開關(guān)分別閉合時(shí)，n1I1n2I2、n1I1n3I3、I2、I3、，聯(lián)立得，

9、A項(xiàng)對(duì)；由題知，得，所以只閉合開關(guān)S1時(shí)，燈泡L1兩端電壓為2 V，通過的電流為1 A，消耗的功率為2 W，B項(xiàng)錯(cuò)；若兩開關(guān)同時(shí)閉合，滿足U1I10U2I2U3I3，代入數(shù)據(jù)得I10I1I11.45 A，即電路消耗的總功率為PU1I1014.5 W，C項(xiàng)對(duì)；若兩開關(guān)同時(shí)閉合，通過兩燈泡電流與原來相同，即燈泡L1比燈泡L2暗，D項(xiàng)錯(cuò)。答案AC微考點(diǎn)2理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析核|心|微|講1匝數(shù)比不變的情況(如圖)(1)U1不變，根據(jù)，輸入電壓U1決定輸出電壓U2，不論負(fù)載電阻R如何變化，U2也不變。(2)當(dāng)負(fù)載電阻發(fā)生變化時(shí)，I2變化，輸出電流I2決定輸入電流I1，故I1發(fā)生變化。(3)I2變化引起

10、P2變化，P1P2，故P1發(fā)生變化。2負(fù)載電阻不變的情況(如圖)(1)U1不變，發(fā)生變化，故U2變化。(2)R不變，U2改變，故I2發(fā)生變化。(3)根據(jù)P2，P2發(fā)生變化，再根據(jù)P1P2，故P1變化，P1U1I1，U1不變，故I1發(fā)生變化。典|例|微|探【例2】如圖所示電路中，變壓器為理想變壓器，a、b接在電壓有效值不變的交流電源兩端，R0為定值電阻，R為滑動(dòng)變阻器?，F(xiàn)將變阻器的滑片從一個(gè)位置滑到另一位置，觀察到電流表A1的示數(shù)增大了0.2 A，電流表A2的示數(shù)增大了0.8 A，則下列說法正確的是()A電壓表V1示數(shù)增大B電壓表V2、V3示數(shù)均增大C該變壓器起升壓作用D變阻器滑片是沿cd的方向

11、滑動(dòng)【解題導(dǎo)思】(1)變壓器原線圈兩端電壓由電源決定還是由副線圈所接電路決定？答：由所接電源決定。(2)在副線圈和用電器構(gòu)成的回路中副線圈能看成是無內(nèi)阻的電源嗎？答：利用等效法可以把副線圈看成一無內(nèi)阻的電源。 解析對(duì)于理想變壓器，原線圈電壓決定副線圈電壓，所以V1、V2示數(shù)均不變，A、B項(xiàng)錯(cuò)誤；A1、A2中電流與原、副線圈中電流相同，由I1I2n2n1，可知n1n2，為降壓變壓器，C項(xiàng)錯(cuò)誤；副線圈所連接的電路電壓不變，電流變大，則電阻變小，即滑動(dòng)變阻器沿cd的方向滑動(dòng)，D項(xiàng)正確。答案D【反思總結(jié)】分析動(dòng)態(tài)問題的思路題|組|微|練3如圖所示的電路中，有一自耦變壓器，左側(cè)并聯(lián)一只理想電壓表V1后接

12、在穩(wěn)定的交流電源上；右側(cè)串聯(lián)燈泡L和滑動(dòng)變阻器R，R上并聯(lián)一只理想電壓表V2。下列說法正確的是()A若F不動(dòng)，滑片P向下滑動(dòng)時(shí)，V1示數(shù)變大，V2示數(shù)變小B若F不動(dòng)，滑片P向下滑動(dòng)時(shí)，燈泡消耗的功率變小C若P不動(dòng)，滑片F(xiàn)向下移動(dòng)時(shí)，V1、V2的示數(shù)均變小D若P不動(dòng)，滑片F(xiàn)向下移動(dòng)時(shí)，燈泡消耗的功率變大解析若F不動(dòng)，滑片P向下滑動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻變大，則副線圈回路中總電阻變大，則回路中電流減小，燈泡兩端電壓減小，功率變小，滑動(dòng)變阻器兩端電壓變大，V2的示數(shù)變大，而原線圈兩端電壓不變，則A項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確；若P不動(dòng)，滑片F(xiàn)向下移動(dòng)時(shí)，根據(jù)理想變壓器特點(diǎn)可知原線圈兩端電壓不變，副線圈兩

13、端電壓減小，則副線圈回路中電流變小，燈泡L消耗的功率減小，電壓表V2的示數(shù)變小，C、D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案B4(多選)圖甲為理想變壓器的示意圖，其原、副線圈的匝數(shù)之比為41，電壓表和電流表均為理想電表。若發(fā)電機(jī)向原線圈輸入圖乙所示的正弦交流電，圖中Rt為NTC型熱敏電阻(阻值隨溫度升高而變小)，R1為定值電阻。下列說法正確的是()A交流電壓u的表達(dá)式為u36sin50t VBt0.01 s時(shí)，發(fā)電機(jī)線圈中穿過的磁通量最大CRt溫度升高時(shí)，變壓器的輸入功率變小DRt溫度升高時(shí)，電壓表的示數(shù)不變、電流表的示數(shù)變大解析原線圈接的是題圖乙所示的正弦交流電，由題圖知最大電壓為36 V，周期為0.02 s，故角速

14、度是100 rad/s，u36sin100t V，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；t0.01 s時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0，線圈處于中性面位置，發(fā)電機(jī)線圈中穿過的磁通量最大，B項(xiàng)正確；Rt溫度升高時(shí)，副線圈中的電阻減小，由于原、副線圈電壓均不變，故電壓表示數(shù)不變，電流表的示數(shù)變大，故輸出功率變大，理想變壓器的輸入、輸出功率相等，故輸入功率變大，C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確。答案BD微考點(diǎn)3遠(yuǎn)距離輸電核|心|微|講處理遠(yuǎn)距離輸電問題的一般思路步驟1畫出電能輸送的原理草圖，如圖所示。2以變壓器鐵芯為界線區(qū)分各個(gè)回路，各回路獨(dú)立，運(yùn)用歐姆定律，分析回路中的電壓、電流和功率等問題。3各回路間通過變壓器的匝數(shù)比、電壓比、電流比和原、副線圈輸

15、入功率與輸出功率相同的關(guān)系相聯(lián)系。4在計(jì)算輸電線上的功率損失時(shí)，思路應(yīng)該是P損I2RP送P用，絕對(duì)不能用P損。典|例|微|探【例3】圖為遠(yuǎn)距離輸電示意圖，兩變壓器均為理想變壓器，升壓變壓器T的原、副線圈匝數(shù)分別為n1、n2，在T的原線圈兩端接入一電壓uUmsin t的交流電源，若輸送電功率為P，輸電線的總電阻為2r，不考慮其他因素的影響，則該電阻上損失的電功率為()A. B.C422r D422r【解題導(dǎo)思】(1)升壓變壓器的原線圈和副線圈兩端電壓各是多少？答：原線圈兩端電壓U1，副線圈兩端電壓U2U1。(2)輸電線電阻上消耗的功率如何計(jì)算？答：輸電線損失功率P損I22r，且I。 解析電源提供

16、的交流電最大值為Um，因此有效值U1，經(jīng)過升壓變壓器，根據(jù)，得U2，輸電電流I，所以輸電線上損失的功率PI22r422r，C項(xiàng)正確。答案C題|組|微|練5(多選)如圖所示的遠(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且都有一個(gè)線圈可調(diào)，發(fā)電廠的輸出電壓及輸電線的電阻均不變。在用電高峰期，隨著用戶耗電量的增大導(dǎo)致實(shí)際用戶電壓偏低，為使用戶電壓達(dá)到正常，下列說法正確的是()AP1上調(diào)一點(diǎn)可使用戶電壓升高，線路損失減小BP1下調(diào)一點(diǎn)可使用戶電壓升高，線路損失增大CP2上調(diào)一點(diǎn)可使用戶電壓升高，線路損失增大DP2下調(diào)一點(diǎn)可使用戶電壓升高，線路損失減小解析根據(jù)變壓器原理，P1上調(diào)，n1增大，

17、由可知U2減小，導(dǎo)致U3、U4都減小，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；P1下調(diào)，n1減小，U4增大，I4增大，I3增大即輸電電流增大，則由PI2R可知，線路損失增大，故B項(xiàng)正確；P2下調(diào)，U4減小，D項(xiàng)錯(cuò)誤；P2上調(diào)，U4增大，線路損失增大，C項(xiàng)正確。答案BC6(多選)如圖所示，有一臺(tái)交流發(fā)電機(jī)E，通過理想升壓變壓器T1和理想降壓變壓器T2向遠(yuǎn)處用戶供電，輸電線的總電阻為R。T1的輸入電壓和輸入功率分別為U1和P1，它的輸出電壓和輸出功率分別為U2和P2；T2的輸入電壓和輸入功率分別為U3和P3，它的輸出電壓和輸出功率分別為U4和P4。設(shè)T1的輸入電壓U1一定，當(dāng)用戶消耗的電功率變大時(shí)，則()AU2減小，U4變大

18、 BU2不變，U3變小CP1變小，P2變小 DP2變大，P3變大解析本題考查遠(yuǎn)距離輸電及理想變壓器的基本知識(shí)，解決本題的關(guān)鍵是對(duì)變壓器的工作原理的掌握和閉合電路歐姆定律的應(yīng)用。由理想變壓器輸出功率決定輸入功率可得，當(dāng)用戶功率增大時(shí)，升壓變壓器的輸入功率必增大，即P1增大，輸入電壓U1為定值不變，升壓變壓器的匝數(shù)不變，輸入電壓不變，故輸出電壓U2不變，由于P1增大，由P1U1I1P2U2I2可得，I1增加，P2、I2增加，由閉合電路歐姆定律：U3U2I2R，故U3減小，降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)不變，所以隨U3減小，U4減小，A、C項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確；由于用戶功率增加，即P4增加，理想變壓器無功率損

19、耗可得P3P4，功率P3也增加，故D項(xiàng)正確。答案BD見學(xué)生用書P176三種特殊的理想變壓器模型素能培養(yǎng)1自耦變壓器高中物理中研究的變壓器本身就是一種忽略了能量損失的理想模型，自耦變壓器(又稱調(diào)壓器)，它只有一個(gè)線圈，其中的一部分作為另一個(gè)線圈，當(dāng)交流電源接不同的端點(diǎn)時(shí)，它可以升壓也可以降壓，變壓器的基本關(guān)系對(duì)自耦變壓器均適用，如圖所示。2互感器分為電壓互感器和電流互感器，比較如下：經(jīng)典考題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

20、M點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到N點(diǎn)的過程中()AU2U1，U2降低 BU2U1，U2升高CU2U1，U2降低 DU2U1，U2升高解析根據(jù)變壓器原、副線圈兩端電壓和原、副線圈匝數(shù)的關(guān)系式有，這里n2 n1，所以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，n2變小，n1不變，而原線圈兩端電壓U1也不變，因此U2降低，選項(xiàng)C正確。答案C對(duì)法對(duì)題1有一種調(diào)壓變壓器的構(gòu)造如圖所示。線圈AB繞在一個(gè)圓環(huán)形的鐵芯上，C、D之間加上輸入電壓，轉(zhuǎn)動(dòng)滑動(dòng)觸頭P就可以調(diào)節(jié)輸出電壓。圖中A為交流電流表，V為交流電壓表，R1、R2為定值電阻，R3為滑動(dòng)變阻器，C、D兩端接正弦交流電源，變壓器可視為理想變壓器，則下列說法

21、正確的是()A當(dāng)R3不變，滑動(dòng)觸頭P順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電流表讀數(shù)變小，電壓表讀數(shù)變小B當(dāng)R3不變，滑動(dòng)觸頭P逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電流表讀數(shù)變小，電壓表讀數(shù)變小C當(dāng)P不動(dòng)，滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)觸頭向上滑動(dòng)時(shí)，電流表讀數(shù)變小，電壓表讀數(shù)變小D當(dāng)P不動(dòng)，滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)觸頭向下滑動(dòng)時(shí)，電流表讀數(shù)變大，電壓表讀數(shù)變大解析當(dāng)R3不變，P順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，nMN減小，由，知UMN減小，則電壓、電流表讀數(shù)均減小，A項(xiàng)正確，同理知B項(xiàng)錯(cuò)；當(dāng)P不動(dòng)時(shí)，匝數(shù)nMN不變，輸出電壓UMN不變，滑動(dòng)觸頭向上滑動(dòng)，R3阻值變大，根據(jù)串反并同，得電壓表示數(shù)變大，電流表示數(shù)變小，C項(xiàng)錯(cuò)誤，同理知D項(xiàng)也錯(cuò)誤。答案A2如圖所示，M、N為兩條交流輸電線

22、，甲、乙兩圖是配電室中的互感器和交流電表的兩種接線示意圖，以下說法正確的是 ()A在乙圖中，線圈N4的導(dǎo)線一定比線圈N3的導(dǎo)線粗B甲圖中的電表是交流電流表，乙圖中的電表是交流電壓表C甲圖中的電表是交流電壓表，乙圖中的電表是交流電流表D甲、乙兩圖中的電表均為交流電流表解析甲圖為電壓互感器、乙圖為電流互感器。由此判斷C項(xiàng)正確；乙圖中N3對(duì)應(yīng)大電流，匝數(shù)少，可使用較粗導(dǎo)線繞制，減少能量損失。N4對(duì)應(yīng)小電流，匝數(shù)多，相對(duì)N3來說，可使用較細(xì)導(dǎo)線繞制，故A項(xiàng)錯(cuò)。答案C見學(xué)生用書P1761.(多選)如圖，理想變壓器原、副線圈分別接有額定電壓相同的燈泡a和b，當(dāng)輸入電壓U為燈泡額定電壓的10倍時(shí)，兩燈泡均能

23、正常發(fā)光。下列說法正確的是()A原、副線圈匝數(shù)比為91B原、副線圈匝數(shù)比為19C此時(shí)a和b的電功率之比為91D此時(shí)a和b的電功率之比為19解析因?yàn)閮蔁襞蓊~定電壓相同且均正常發(fā)光，且輸入電壓為燈泡額定電壓的10倍，所以理想變壓器的輸入、輸出電壓比為91，由理想變壓器變壓規(guī)律可知，原、副線圈的匝數(shù)比為91，A項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤；由理想變壓器變流規(guī)律可知，原、副線圈的電流比為19，由電功率PUI可知，a和b的電功率之比為19，C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確。答案AD2(多選)如圖所示，發(fā)電機(jī)單匝線圈邊長(zhǎng)為 abacbdL0.2 m，在磁感應(yīng)強(qiáng)度 B T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞cd 軸以角速度1 100 rad/s勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，c、d 兩端點(diǎn)與變壓器相接，副線圈向“220 V,30 W”燈泡L供電，若燈泡均正常工作，變壓器視為理想變壓器，導(dǎo)線電阻不計(jì)，則下列說法正確的是()A變壓器的原副線圈的匝數(shù)比為15B線圈由圖示位置向紙外轉(zhuǎn)動(dòng)，第一次轉(zhuǎn)到與紙面垂直的過程中在原線圈中產(chǎn)生逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流C線圈從圖示的位置轉(zhuǎn)過時(shí)，cd邊兩端電壓為UcdBL2D若原線圈輸電線接220 A的熔絲，則可使322盞白熾燈正常發(fā)光解析單匝