【物理】2018届一轮复习人教版 变压器　电能的输送 学案

【物理】2018届一轮复习人教版 变压器　电能的输送 学案

‎1．了解变压器的构造，理解变压器的工作原理。‎ ‎2．理解理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系，能应用它分析解决有关问题。‎ ‎3．知道远距离输电过程，知道降低输电损耗的两个途径。了解电网供电的优点和意义。‎ ‎ ‎ 一、理想变压器 ‎1．构造：如图1所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。‎ 图1‎ ‎(1)原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫初级线圈。‎ ‎(2)副线圈：与负载连接的线圈，也叫次级线圈。‎ ‎2．原理：电流磁效应、电磁感应。‎ ‎3．基本关系式 ‎(1)功率关系：P入＝P出。‎ ‎(2)电压关系：＝。‎ 有多个副线圈时＝＝＝…。‎ ‎(3)电流关系：只有一个副线圈时＝。‎ 由P入＝P出及P＝UI推出有多个副线圈时，U1I1＝U2I2＋U3I3＋…＋UnIn。‎ ‎4．几种常用的变压器 ‎(1)自耦变压器——调压变压器 ‎(2)互感器 二、远距离输电 ‎1．输电过程(如图2所示)‎ 图2‎ ‎2．输电导线上的能量损失：主要是由输电线的电阻发热产生的，表达式为Q＝I2Rt。‎ ‎3．电压损失 ‎(1)ΔU＝U－U′；(2)ΔU＝IR ‎4．功率损失 ‎(1)ΔP＝P－P′；(2)ΔP＝I2R＝2R ‎5．输送电流 ‎(1)I＝；(2)I＝。‎ 高频考点一　理想变压器基本关系的应用 例1．一理想变压器的原、副线圈的匝数比为3∶1，在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻，原线圈一侧接在电压为220 V的正弦交流电源上，如图2所示．设副线圈回路中电阻两端的电压为U，原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k，则(　　)‎ 图2‎ A．U＝66 V，k＝ B．U＝22 V，k＝ C．U＝66 V，k＝ D．U＝22 V，k＝ 答案　A ‎【变式探究】用220 V的正弦交流电通过理想变压器对一负载供电，变压器输出电压是110 V，通过负载的电流图象如图3所示，则(　　)‎ 图3‎ A．变压器输入功率约为3.9 W B．输出电压的最大值是110 V C．变压器原、副线圈匝数比是1∶2‎ D．负载电流的函数表达式i＝0.05sin (100πt＋) A 答案　A ‎【举一反三】如图4，理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝2∶1，和均为理想电表，灯泡电阻RL＝6 Ω，AB端电压u1＝12sin 100πt (V)．下列说法正确的是(　　)‎ 图4‎ A.电流频率为100 Hz B.的读数为24 V C.的读数为0.5 A D.变压器输入功率为6 W 答案　D 解析　由ω＝2πf＝100π rad/s得：f＝50 Hz，A错．有效值U1＝12 V，又因为＝得：U2＝6 V，I2＝＝1 A，选项B、C错．由能量守恒得P1＝P2＝U2I2＝6 W，D选项对．‎ ‎【变式探究】自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈，原、副线圈都只取该线圈的某部分．一升压式自耦调压变压器的电路如图5所示，其副线圈匝数可调．已知变压器线圈总匝数为1 900匝，原线圈为1 100匝，接在有效值为220 V的交流电源上．当变压器输出电压调至最大时，负载R上的功率为2.0 kW.设此时原线圈中电流的有效值为I1，负载两端电压的有效值为U2，且变压器是理想的，则U2和I1分别约为(　　)‎ 图5‎ A．380 V和5.3 A B．380 V和9.1 A C．240 V和5.3 A D．240 V和9.1 A 答案　B ‎【方法规律】关于理想变压器的四点说明 ‎1．变压器不能改变直流电压．‎ ‎2．变压器只能改变交变电流的电压和电流，不能改变交变电流的频率．‎ ‎3．理想变压器本身不消耗能量．‎ ‎4．理想变压器基本关系中的U1、U2、I1、I2均为有效值．‎ 高频考点二　理想变压器的动态分析 例2．如图9所示电路中，变压器为理想变压器，a、b接在电压有效值不变的交流电源两端，R0为定值电阻，R为滑动变阻器．现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置，观察到电流表A1的示数增大了0.2 A，电流表A2的示数增大了0.8 A，则下列说法正确的是(　　)‎ 图9‎ A．电压表V1示数增大 B．电压表V2、V3示数均增大 C．该变压器起升压作用 D．变阻器滑片是沿c→d的方向滑动 答案　D 解析　由于a、b接在电压有效值不变的交流电源两端，故电压表V1示数不变，选项A错误；由理想变压器原理公式＝且U1、n1、n2不变，则U2不变，即V2的示数不变，V3的示数U3＝U2－I2R0应减小，故选项B错误；由公式＝得：＝＝＝4，则n1＞n2，该变压器起降压作用，故C错误；又I2＝，I2增大，R应减小，故滑片应沿c→d方向滑动，故D正确．‎ ‎【变式探究】 (多选)如图10所示，理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表，副线圈匝数可以通过滑动触头Q来调节，在副线圈两端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，P为滑动变阻器的滑动触头．在原线圈上加一电压为U的正弦交流电，则(　　)‎ 图10‎ A．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变大 B．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变小 C．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变大 D．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变小 答案　BC ‎【举一反三】 (多选)如图11，一理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2.原线圈通过一理想电流表接正弦交流电源，一个二极管和阻值为R的负载电阻串联后接到副线圈的两端．假设该二极管的正向电阻为零，反向电阻为无穷大，用交流电压表测得a、b端和c、d端的电压分别为Uab和Ucd，则(　　)‎ 图11‎ A．Uab∶Ucd＝n1∶n2‎ B．增大负载电阻的阻值R，电流表的读数变小 C．负载电阻的阻值越小，cd间的电压Ucd越大 D．将二极管短路，电流表的读数加倍 答案　BD 解析　变压器的变压比＝，其中U1、U2是变压器原、副线圈两端的电压．U1＝Uab，由于二极管的单向导电特性，Ucd≠U2，选项A错误．增大负载电阻的阻值R，负载的电功率减小，由于P入＝P出，且P入＝I1Uab，所以原线圈上的电流I1减小，即电流表的读数变小，选项B正确．c、d端的电压由输入电压Uab决定，负载电阻R的阻值变小时，Ucd不变，选项C错误．根据变压器上的能量关系有E输入＝E输出，在一个周期T内，二极管未短路时有UabI1T＝·＋0(U为副线圈两端的电压)，二极管短路时有UabI2T＝T，由以上两式得I2＝2I1，选项D正确．‎ ‎【变式探究】图12甲为理想变压器，其原、副线圈的匝数比为4∶1，原线圈接图乙所示的正弦交流电．图甲中Rt为阻值随温度升高而减小的热敏电阻，R1为定值电阻，电压表和电流表均为理想电表．则下列说法正确的是(　　)‎ 图12‎ A．图乙所示电压的瞬时值表达式为u＝51sin 50πt V B．变压器原、副线圈中的电流之比为1∶4‎ C．变压器输入、输出功率之比为1∶4‎ D．Rt处温度升高时，电压表和电流表的示数均变大 答案　B 高频考点三　远距离输电问题 例3．(多选)在远距离输电中，当输电线的电阻和输送的电功率不变时，那么(　　)‎ A．输电线路上损失的电压与输送电流成正比 B．输送电压越高，输电线路上损失的电压越大 C．输电线路上损失的功率跟输送电压的平方成反比 D．输电线路上损失的功率跟输电线上的电流成正比 答案　AC 解析　输电线路上损失电压ΔU＝Ir，在r一定时，ΔU和I成正比．若U越高，I＝，I越小，那么ΔU越小．输电线路上损失的功率ΔP＝I2r，当P一定时，I＝，所以ΔP＝()2r，即ΔP和U的平方成反比，跟I的平方成正比，故A、C正确．‎ ‎【变式探究】如图15所示，甲是远距离输电线路的示意图，乙是发电机输出电压随时间变化的图象，则(　　)‎ 图15‎ A．用户用电器上交流电的频率是100 Hz B．发电机输出交流电的电压有效值是500 V C．输电线上的电流只由降压变压器原副线圈的匝数比决定 D．当用户用电器的总电阻增大时，输电线上损失的功率减小 答案　D ‎【举一反三】(多选)一台发电机最大输出功率为4 000 kW，电压为4 000 V，经变压器T1升压后向远方输电．输电线路总电阻为R＝1 kΩ.到目的地经变压器T2降压，负载为多个正常发光的灯泡(220 V、60 W)．若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%，变压器T1和T2的损耗可忽略，发电机处于满负荷工作状态，则(　　)‎ A．T1原、副线圈电流分别为103 A和20 A B．T2原、副线圈电压分别为1.8×105 V和220 V C．T1和T2的变压比分别为1∶50和40∶1‎ D．有6×104盏灯泡(220 V、60 W)正常发光 答案　ABD 解析　远距离输电的模型如图所示．‎ T1原线圈的电流为I1＝＝ A＝1×103 A，输电线上损失的功率为P损＝IR＝10%P1，所以I2＝ ＝ A＝20 A，A正确；T1的变压比为＝＝＝；T1副线圈的电压为U2＝50U1＝2×105 V，T2原线圈的电压为U3＝U2－I2R＝2×105 V－20×103 V＝1.8×105 V，B正确；T2的变压比为＝＝＝，C错误；能正常发光的灯泡盏数为N＝＝6×104，D正确．‎ ‎1．如图所示，理想变压器原线圈的匝数n1＝1 100匝，副线圈的匝数n2＝110匝，原线圈接u＝311sin(314t)(V)的交流电源。开始开关S处于断开状态。下列叙述正确的是(　　)‎ A．电压表示数为22 V B．当开关S闭合后，电压表示数变大 C．当开关S闭合后，电流表示数变小 D．当开关S闭合后，变压器的输出功率增大 答案：　D ‎2．如图2所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，b是原线圈的中心接头，电压表V和电流表A均为理想电表，除滑动变阻器电阻R、定值电阻R0以外的其余电阻不计，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值表达式为u1＝220sin 100πt(V)．下列说法中正确的是 (　　)‎ 图2‎ A．t＝ s时刻，c、d两点间的电压瞬时值为110 V B．当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为22 V C．单刀双掷开关与a连接，在滑动变阻器滑片P向上移动的过程中，电压表和电流表的示数均变小 D．当单刀双掷开关由a扳向b时，电压表和电流表的示数均变大 答案　D ‎3．如图3为远距离输电的示意图，若电厂输出电压u1＝220sin 100πt(V)，则下列表述不正确的是(　　)‎ 图3‎ A．U1＜U2，U3＞U4‎ B．U1＝220 V C．若U2提高为原来的10倍，输电线上损失的功率为原来的 D．用户得到的交变电流频率为25 Hz 答案　D 解析　远距离输电采用高压输电，降压后才能使用，所以A正确；U1为有效值，应该是220 V，所以B正确；输电线上损失的功率为P损＝()2R线，所以C正确；由交变电流的瞬时值表达式可得交变电流的频率为f＝ Hz＝50 Hz，所以D错误．‎ ‎4．(多选)图4甲为一火灾报警系统．其中R0为定值电阻，R为热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小．理想变压器原、副线圈匝数比为5∶1，副线圈输出电压如图乙所示，则下列说法正确的是(　　)‎ 图4‎ A．原线圈输入电压有效值为220 V B．副线圈输出电压瞬时值表达式u＝44cos 100πt(V)‎ C．R处出现火情时，原线圈电流增大 D．R处出现火情时，电阻R0的电功率减小 答案　AC ‎5．(多选)如图5甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝10∶1，b是原线圈的中心抽头，S为单刀双掷开关，定值电阻R＝10 Ω.从某时刻开始在原线圈c、d两端加上如图乙所示的交变电压，则下列说法中正确的是(　　)‎ 图5‎ A．当S与a连接后，理想电流表的示数为2.2 A B．当S与a连接后，t＝0.01 s时理想电流表示数为零 C．当S由a拨到b后，原线圈的输入功率变为原来的4倍 D．当S由a拨到b后，副线圈输出电压的频率变为25 Hz 答案　AC ‎6．(多选)在如图6所示的电路中，T为一降压式自耦调压变压器，开始时灯泡L正常发光，现在电源电压U略降低，为使灯L仍能正常发光，可采取的措施是(　　)‎ 图6‎ A．将自耦调压变压器的滑片P适当上滑 B．将自耦调压变压器的滑片P适当下滑 C．适当增大滑动变阻器R2的阻值 D．适当减小滑动变阻器R2的阻值 答案　AC 解析　根据＝可得U2＝·U，所以应增加n2，故A正确；匝数比不变，应使R1两端电压减小，则总电流减小，所以使R2阻值增加，故C正确．‎ ‎7．(多选)远距离输电装置如图7所示，升压变压器和降压变压器均是理想变压器．当S由2改接为1时，下列说法正确的是(　　)‎ 图7‎ A．电压表读数变大 B．电流表读数变大 C．电流表读数变小 D．输电线损失的功率减小 答案　AB 解析　改接为1时，升压变压器的原线圈匝数不变，副线圈匝数变大，所以输送电压变大，降压变压器的输入电压和输出电压均变大，电压表示数变大，A正确．降压变压器的输出电压变大时，流过灯泡的电流I灯也变大，输电线上的电流I线随着I灯的变大而变大，所以电流表读数变大，B正确，C错误．I线变大时，输电线损失的功率P线＝IR变大，D错误．‎ ‎8．(多选)如图8所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为1∶10，接线柱a、b接在电压为u＝22sin 100πt(V)的交流电源上，R1为定值电阻，其阻值为100 Ω，R2为用半导体热敏材料(电阻随温度升高而减小)制成的传感器．下列说法中正确的是(　　)‎ 图8‎ A．t＝ s时，a、b两点间电压的瞬时值为11 V B．t＝ s时，电压表的读数为220 V C．当温度升高时，电压表示数不变，电流表示数变大 D．在1分钟内电阻R1上产生的热量为29 040 J 答案　BCD ‎9．(多选)如图17，一理想变压器原、副线圈匝数之比为4∶1，原线圈与一可变电阻串联后，接入一正弦交流电源；副线圈电路中固定电阻的阻值为R0，负载电阻的阻值R＝11R0，是理想电压表．现将负载电阻的阻值减小为R＝5R0，保持变压器输入电流不变，此时电压表的读数为5.0 V，则(　　)‎ 图17‎ A．此时原线圈两端电压的最大值约为34 V B．此时原线圈两端电压的最大值约为24 V C．原线圈两端原来的电压有效值约为68 V D．原线圈两端原来的电压有效值约为48 V 答案　AD 解析　当R＝5R0时，示数为5.0 V，所以输出电流I出＝，UR0＝I出R0＝1 V，则变压器输出电压为6 V，由＝得到输入电压的有效值为24 V，所以原线圈两端电压最大值为U1≈34 V，A正确，B错误．因I入∶I出＝n2∶n1不变，故输入电流不变时输出电流也不变，当负载由R＝11R0变为R＝5R0时，由U＝IR知副线圈电压由I(R0＋11R0)降到I(R0＋5R0)＝6 V，则副线圈两端原来的电压有效值为12 V，原线圈两端原来的电压有效值为48 V，C错误，D正确．‎ ‎10．如图18所示，匀强磁场的磁感应强度B＝ T，单匝矩形线圈的面积S＝1 m2，电阻不计，绕垂直于磁场的轴OO′匀速转动．线圈通过电刷与理想变压器原线圈相连接，A为交流电流表．调整副线圈的触头P，当变压器原、副线圈的匝数比为2∶1时，副线圈电路中标有“6 V　6W”的灯泡正常发光，以下判断正确的是(　　)‎ 图18‎ A．电流表的示数为1 A B．矩形线圈产生电动势的有效值为18 V C．从矩形线圈转到中性面开始计时，矩形线圈产生的电动势随时间的变化规律为e＝12sin 30πt V D．若矩形线圈的转速增大，为使灯泡仍能正常发光，应将P适当上移 答案　D ‎11．(多选)如图19甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为5∶1，原线圈接交流电源和交流电压表，副线圈与热水器、抽油烟机连接．已知副线圈上的电压按图乙所示规律变化，现闭合开关S接通抽油烟机，下列说法正确的是(　　)‎ 图19‎ A．电压表示数为44 V B．副线圈上电压的瞬时值表达式u＝220sin(100πt) V C．热水器消耗的功率变大 D．变压器的输入功率增大 答案　BD ‎12．(多选)如图21为发电厂向远处用户的输电电路示意图，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变．若输送功率增大，下列说法中正确的有(　　)‎ 图21‎ A．升压变压器的输出电压增大 B．降压变压器的输出电压增大 C．输电线上损耗的功率增大 D．输电线上损耗的功率占总功率的比例增大 答案　CD 解析　已知发电厂的输出电压不变，升压变压器的原、副线圈匝数比不变，则由＝知，升压变压器的输出电压U2不变，A错；若输送功率增大，输电电压U2不变，则由P＝U2I2知，输电线上电流I2增大，又输电线的电阻不变，由U损＝I2R 知输电线上损失电压增大，则降压变压器输出电压减小，B错．因输电电流增大，则由P＝IR知，输电线上损耗的功率变大，C对．输电线上损耗功率占总功率的比例(＝)增大，D对．‎ ‎13．如图11为学校配电房向各个教室的供电示意图，T为理想变压器，V1、A1为监控市电供电端的电压表和电流表，V2、A2为监控校内变压器输出端的电压表和电流表，R1、R2为教室的负载电阻，V3、A3为教室内的监控电压表和电流表，配电房和教室间有相当长的一段距离，则当开关S闭合时(　　)‎ 图11‎ A．电流表A1、A2和A3的示数都变大 B．只有电流表A1的示数变大 C．电压表V3的示数变小 D．电压表V2和V3的示数都变小 答案　C ‎14．一台理想变压器的原、副线圈的匝数比是5∶1，原线圈接入电压为220 V的正弦交流电，各元件正常工作，一个理想二极管和一个滑动变阻器R串联接在副线圈上，如图所示。电压表和电流表均为理想交流电表，则下列说法正确的是(　　)‎ A．原、副线圈中的电流之比为5∶1 B．电压表的读数约为31.11 V C．若滑动变阻器接入电路的阻值为20 Ω，则1 min内产生的热量为2 904 J D．若将滑动变阻器的滑片向上滑动，则两电表读数均减小 解析：　由n1I1＝n2I2，可得I1∶I2＝n2∶n1＝1∶5，选项A错误；U1＝220 V，U2＝44 V，电压表测量的是电阻R两端的电压，其示数表示有效值，需要根据电流的热效应计算电压的有效值，取交流电的一个周期T，考虑到二极管具有单向导电性，则·＝T，代入数据可得变阻器两端电压有效值U＝22 V≈31.11 V，选项B正确；1 min内电阻R上产生的热量为Q＝t＝2 904‎ ‎ J，选项C正确；若将滑动变阻器的滑片向上滑动，滑动变阻器接入电路的阻值变小，但滑动变阻器两端电压的有效值不变，即电压表示数不变，变阻器消耗的功率变大，输出功率变大，输入功率和输入电流均变大，所以电流表示数变大，选项D错误。‎ 答案：　BC