【物理】2019届一轮复习人教版变压器与电能的输送学案

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文档介绍

【物理】2019届一轮复习人教版变压器与电能的输送学案

考点精讲 一、理想变压器 ‎1.构造和原理 ‎(1)构造:如图所示,变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。‎ ‎ (2)原理:电磁感应的互感现象。‎ ‎2.理想变压器的基本关系式 ‎(1)功率关系:P入=P出(有多个副线圈时,P1=P2+P3+…).‎ ‎(2)电压关系:=(有多个副线圈时,仍然成立),若n1>n2,为降压变压器;若n1U1,U2降低 B.U2>U1,U2升高 C.U2Icd C.ab接PQ、cd接MN,IabIcd ‎【答案】B ‎ ‎【解析】由理想变压器的基本规律:Uab:Ucd=nab:ncd,Pab=Pcd,可知nab Iab =ncd Icd,高压输电线MN上电流较大,故应设法降低交流电流表的待测电流,B选项正确。‎ ‎7.如图所示,理想变压器原副线圈匝数之比为4:1,原线圈接入一电压为u=U0sinωt的交流电源,副线圈接一个R=27.5Ω的负载电阻。若U0=220V,ω=100πrad/s,则下述结论正确的是(  ) ‎ A.副线圈中电压表的读数为55V B.副线圈中输出交流电的周期为s C.原线圈中电流表的读数为‎0.5A D.原线圈中的输入功率为110W ‎【答案】AC ‎ ‎8.用220V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110V,通过负载的电流图象如图所示,则( )‎ A.变压器输入功率约为3.9W B.输出电压的最大值是110V C.变压器原、副线圈的匝数比是1∶2 ‎ D.负载电流的函数表达式 ‎ ‎【答案】A ‎ ‎9. 如图所示,理想变压器的原线圈接在u=220sin 100πt(V)的交流电源上,副线圈接有R=55 Ω的负载电阻,原、副线圈匝数之比为2∶1,电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是(  )‎ A.原线圈的输入功率为220 W B.电流表的读数为1 A C.电压表的读数为110 V D.副线圈输出交流电的周期为50 s ‎【答案】 B ‎【解析】 由u=220sin 100πt(V)可知,原线圈电压最大值为220 V,故原线圈电压的有效值为U1=220 V ,根据=可知,U2=U1=110 V,故电压表的读数为110 V,选项C错误;副线圈电流有效值为I2==2 A,根据P=UI可知,输出功率为220 W,则原线圈的输入功率为220 W,故选项A错误;原线圈中的电流I1==1 A,故选项B正确;因为ω==100π rad/s,所以T=0.02 s,故选项D错误。‎ ‎10. 如图甲所示电路中,L1、L2、L3为三只“6 V 3 W”的灯泡,变压器为理想变压器。各电表均为理想电表。当ab端接如图乙所示的交变电压时,三只灯泡均正常发光。下列说法正确的是(  )‎ A.变压器原副线圈的匝数比为1∶2 B.副线圈两端输出的交流电频率为50 H ‎ C.电流表的示数为0.5 A D.电压表的示数为18 V ‎【答案】 B ‎【解析】 灯泡正常发光时的电流I0= A=0.5 A,则副线圈中电流I2=2I0,而原线圈中电流I1=I0,则变压器原副线圈的匝数比n1∶n2=I2∶I1=2∶1,选项A错误;由乙图可知交流电的周期T=0.02 s,则频率f==50 H ,变压器不改变交流电的频率,选项B正确;电流表的示数IA=I2=2I0=1‎ ‎ A,选项C错误;因灯泡正常发光,则副线圈的两端电压U2=6 V,则原线圈两端电压U1=U2=12 V,电压表示数为12 V,选项D错误。 ‎ 题组2 电能的输送 ‎1.随着社会经济的发展,人们对能源的需求也日益扩大,节能变得越来越重要。某发电厂采用升压变压器向某一特定用户供电,用户通过降压变压器用电,若发电厂输出电压为U1,输电导线总电阻为R,在某一时段用户需求的电功率为P0,用户的用电器正常工作的电压为U2。在满足用户正常用电的情况下,下列说法正确的是(  )‎ A.输电线上损耗的功率为 B.输电线上损耗的功率为 C.若要减少输电线上损耗的功率可以采用更高的电压输电 D.采用更高的电压输电会降低输电的效率 ‎【答案】C ‎ ‎2.一台该型号的柴油发电机给灾民临时安置区供电,如图11所示。发电机到安置区的距离是400 m,输电线路中的火线和零线均为GBC 60型单股铜导线,该型号导线单位长度的电阻为2.5×10-4Ω,安置区家用电器的总功率为44 kW,当这些额定电压为220 V的家用电器都正常工作时(  )‎ 图11‎ 型号 AED6500S 输出电压范围 ‎220 300 V 最大输出功率 ‎60 kW A.输电线路中的电流为20 A B.发电机的实际输出电压为300 V C.在输电线路上损失的电功率为8 kW D.如果该柴油发电机发出的是正弦式交变电流,则其输出电压最大值是300 V ‎【答案】 C ‎3.中国已投产运行的1 000 kV特高压输电,是目前世界上电压最高的输电工程.假设甲、乙两地原来用500 kV的超高压输电,在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下,现改用1000 kV特高压输电,不考虑其他因素的影响。则(  )‎ A.送电电流变为原来的2倍 B.输电线上降落的电压将变为原来的2倍 C.输电线上降落的电压将变为原来的 D.输电线上损耗的电功率将变为原来的 ‎【答案】C ‎ ‎【解析】根据输送电功率P输=U输I输及P输不变可知送电电流I输=∝,当U输变为原来的2倍时,I输变为原来的,选项A错误;输电线上降落的电压U降=I输R降∝I输,当送电电流变为原来的时,输电线上降落的电压也变为原来的,选项B错误,选项C正确;输电线上损耗的电功率P损=IR降∝I,故输电线上损耗的电功率变为原来的,选项D错误。‎ ‎4. 在远距离输电时,输送的电功率为P,输电电压为U,所用输电导线的电阻率为ρ,横截面积为S,两地的距离为L,输电线上损耗的电功率为P1,用户得到的电功率为P2.下列关于P1和P2的表达式中正确的是(  )‎ A.P2=P      B.P2=P- C.P1= D.P1= ‎【答案】AC.‎ ‎【解析】 输电线上的电流I=,输电导线的电阻R=,输电线上损耗的电功率为:P1=I2R= ‎,用户得到的电功率为:P2=P,故A、C正确.学 ‎ ‎5.在如图所示的远距离输电电路中,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.随着发电厂输出功率的增大,下列说法中正确的有(  )‎ A.升压变压器的输出电压增大 B.输入用户的电压增大 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 ‎6. 某同学在实验室中研究远距离输电。由于输电线太长,他将每100米导线卷成一卷,共卷成8卷来代替输电线路(忽略输电线路的自感作用)。第一次直接将输电线与学生电源及用电器相连,测得输电线上损失的功率为P1。第二次采用如图所示的电路输电,其中理想变压器T1与电源相连,其原、副线圈的匝数比为n1∶n2,理想变压器T2与用电器相连,测得输电线上损失的功率为P2。下列说法正确的是(  )‎ A.前后两次实验都可用于研究远距离直流输电 B.实验可以证明,减小输电电流能减小远距离输电的能量损失 C.若输送功率一定,则P2∶P1=n∶n D.若输送功率一定,则P2∶P1=n1∶n2‎ ‎【答案】 BC ‎ ‎ 题组3 高压输电的几个基本关系 ‎1. 如图为模拟远距离交流输电的电路,升压变压器T1的原、副线圈匝数比n1∶n2=1∶k,降压变压器T2的原、副线圈匝数比n3∶n4=k∶1,模拟输电导线的电阻r=3 Ω,T2的负载是规格为“15 V 45 W”的灯泡L。当T1的输入电压为16 V时L正常发光,两个变压器可视为理想变压器,则k的值为(  )‎ A. B.3 C.4 D.9‎ ‎【答案】 B ‎【解析】 由变压器的工作原理可知,变压器T1原线圈的电压为16 V,则副线圈的输出电压为16k V,降压变压器T2的输出电压为15 V、输出电流为I4== A=3 A,则降压变压器T2原线圈两端的电压为15k V、输入电流为 A,又U2=U3+I2r,即16k V=(15k+3×)V,解得k=3,选项B正确。‎ ‎ 2.如图所示为远距离输电示意图,发电机的输出电压U1和输电线的电阻、理想变压器的匝数均不变,且n1∶n2=n4∶n3。当用户消耗的功率增大时,下列表述正确的是(  )‎ A.用户的总电阻增大 B.用户的电压U4增大 C.U1∶U2=U4∶U3 D.用户消耗的功率等于发电机的输出功率 ‎【答案】C ‎ ‎【解析】对两个变压器,=,=,所以=,选项C正确;由能量守恒定律可知,发电机的输出功率等于用户消耗的功率和输电导线消耗的功率之和,选项D错误;输出电压U1一定,U2也一定,当用户消耗的功率P出增大时,负载增多,并联支路增加,用户的总电阻减小,P出=IR负载,降压变压器的输出电流I4‎ 增大, 由=知,降压变压器的输入电流I3增大,即I2增大,则U3=U2-I2r减小,用户的电压U4减小,选项A、B错误。‎ ‎3.如图所示,有一台交流发电机E,通过理想升压变压器T1和理想降压变压器T2向远处用户供电,输电线的总电阻为R.T1的输入电压和输入功率分别为U1和P1,它的输出电压和输出功率分别为U2和P2;T2的输入电压和输入功率分别为U3和P3,它的输出电压和输出功率分别为U4和P4.设T1的输入电压U1一定,当用户消耗的电功率变大时,有(  )‎ A.U2减小,U4变大 B.U2不变,U3变小 C.P1变小,P2变小 D.P2变大,P3变大 ‎【答案】BD ‎ ‎4.如图所示,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像,则(  )‎ ‎ ‎ ‎ 甲             乙 A.用户用电器上交流电的频率是100 H ‎ B.发电机输出交流电的电压有效值是500 V C.输出线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 ‎ ‎【解析】从图乙得到交流电的频率是50 H ,变压器在输电过程中不改变交流电的频率, A错误;从图乙得到发电机输出电压的最大值是500 V,所以有效值为250 V,B错误;输电线的电流是由降压变压器的负载电阻和输出电压决定的,C错误;由于变压器的输出电压不变,当用户用电器的总电阻增大时,输出电流减小,根据电流与匝数成反比的关系可知,输电线上的电流减小,由P线=I线R线 可知,输电线上损失的功率减小,D正确。学 ‎ ‎5.如图所示为远距离交流输电的简化电路图。发电厂的输出电压是U,用等效总电阻是r的两条输电线输电,输电线路中的电流是I1,其末端间的电压为U1。在输电线与用户间连有一理想变压器,流入用户端的电流为I2。则(  )‎ A. 用户端的电压为 B. 输电线上的电压降为U C. 理想变压器的输入功率为Ir D. 输电线路上损失的电功率为I1U ‎【答案】A ‎ ‎6.某小型水电站的电能输送示意图如图所示,发电机通过升压变压器T1和降压变压器T2向用户供电。已知输电线的总电阻为r=4 Ω,升压变压器T1的原、副线圈匝数之比为1∶4,降压变压器T的原、副线圈匝数之比为4∶1,降压变压器的副线圈与阻值R=11 Ω的电阻组成闭合电路.已知降压变压器副线圈两端的交变电压为u2=220sin 100πt(V),将变压器视为理想变压器,则(  )‎ A.通过电阻R电流的有效值是20 A B.输电线上损失的电功率为50 W C.升压变压器的输入功率为4500 W D.升压变压器输入电压的表达式为220sin100πt(V)‎ ‎【答案】AC ‎ ‎【解析】依题意知降压变压器副线圈两端电压U4=220 V,则通过R的电流有效值I4==20 A,选项A正确;降压变压器原线圈中电流I3,==,I3=5 A,输电线上损失的功率P损=Ir=100 W,选项B错误;升压变压器的输入功率P1=P损+PR=100+IR=4500 W,选项C正确;升压变压器原线圈中电流I1,==4,I1=4I3=20 A,输入电压U1==225 V,Um=225 V,选项D错误。‎ 方法突破 方法1 利用制约关系处理变压器动态问题的方法 所谓变压器的动态问题,指的就是电路中某一部分或某一物理量的变化,引起电路其他部分或其他物理量的变化情况。‎ 题组4 利用制约关系处理变压器动态问题的方法 ‎1.如图所示是一种理想自耦变压器示意图,线圈绕在一个圆环形的铁芯上,P是可移动的滑动触头.A、B间接交流电压U,输出端连接了两个相同的灯泡L1和L2,Q为滑动变阻器的滑动触头。当开关S闭合,P处于如图所在的位置时,两灯均能发光。下列说法正确的是(  )‎ A.将P沿逆时针方向移动,两灯均变暗 B.P不动,将Q向左移动,两灯均变亮 C.P不动,将Q向右移动,输入功率变大 D.断开开关S,L1将变暗 ‎【答案】B ‎2.(多选)如所示是通过变压器给用户供电的示意图,变压器的输入电压是电 电压,基本稳定,输出电压通过输电线输送给用户。输电线的电阻用R0表示,用变阻器的电阻R表示用户用电器的总电阻,当变阻器的滑动触头P向上移动时,以下说法正确的是(  )‎ A.相当于增加用电器的个数 B.V1的示数随V2示数的增大而增大 C.A1的示数随A2示数的减小而减小 D.变压器的输入功率减小 ‎【答案】 CD ‎3. 如图所示,理想变压器的输入端通过灯泡L1与输出电压稳定的正弦式交流电源相连,副线圈通过导线与两个相同的灯泡L2和L3相连,开始时开关S处于断开状态。当S闭合后,所有灯泡都能发光,下列说法正确的是(  )‎ A.灯泡L1变亮 B.灯泡L2变亮 C.原线圈两端电压不变 D.副线圈两端电压变大 ‎【答案】 A ‎【解析】 开关S闭合,副线圈电路增加一并联电路,总电阻减小,所以副线圈中的电流增大,根据变压器规律=,可知原线圈电流I1增大,L1变亮,所以选项A正确;灯泡L1的电压UL1=I1R增大,由于输入的正弦式交流电压稳定,根据U=UL1+U1,可知原线圈两端的电压U1减小,则副线圈两端电压U2随着减小,L2变暗,所以选项B、C、D错误。‎ ‎4. 如图所示,一理想变压器的原、副线圈匝数之比为n1∶n2=55∶1,原线圈接电压u=220sin 100πt (V)的交流电源,电表均为理想电表。闭合开关后,在滑动变阻器的滑片P从最上端滑到最下端的过程中,下列说法正确的是(  )‎ ‎ ‎ A.副线圈交变电流的频率是100 H B.电压表的示数为4 V C.滑动变阻器两端的电压先变大后变小 D.电流表的示数变大 ‎【答案】 BD ‎5. 如图所示,电源输出电压不变,要使电路中电流表示数变大,可采用的方法有(  )‎ A.将R上的滑片向上移动 B.将R上的滑片向下移动 C.将开关S掷向1 D.将开关S掷向2‎ ‎【答案】 AD ‎【解析】 输入的电压和匝数比不变,输出的电压也不变,当滑片向上移动时,副线圈所在电路的电阻变小,所以电流要增加,电流表示数增大,故选项A正确;当滑片向下移动时,副线圈所在电路的电阻变大,所以电流要变小,故选项B错误;将开关S掷向1,原线圈的匝数变大,由电压与匝数成正比可得,副线圈的输出电压要减小,副线圈所在电路的电阻不变,所以电流要减小,故选项C错误;将开关S掷向2时,原线圈的匝数减小,副线圈的输出电压要变大,副线圈所在电路的电阻不变,所以电流要增大,故选项D正确。‎ ‎6.如图所示是一个理想变压器的示意图,S为单刀双掷开关,P是滑动变阻器的滑动触头,R0是定值电阻,保持交变电压U1不变.下列说法正确的是(  )‎ A.若P的位置不变,S由a合到b处,则电流表示数减小 B.若P的位置不变,S由a合到b处,则电压表示数增大 C.若S置于b处,将P向上滑动,则电流表示数增大 D.若S置于b处,将P向上滑动,则电压表示数增大 ‎【答案】BD 方法2求解涉及多组副线圈问题的方法 多组副线圈的理想变压器与只有一组副线圈的问题的思路基本一致。‎ 题组5 求解涉及多组副线圈问题的方法 ‎1.如图所示,理想变压器原线圈的匝数为1 000匝,两个副线圈的匝数分别为n2=50匝和n3=100匝,L1是“6 V 2 W”的小灯泡,L2是“12 V 4W”的小灯泡,当n1接上交流电压时,L1、L2都正常发光,那么,原线圈中的电流为( )‎ A.A B.A C.A D.A ‎【答案】C ‎ ‎【解析】由I=P/U知,两副线圈的电流。当变压器有多个副绕组时n1I1=n2I2+n3I3,解得:I1=A,选项C正确。‎ ‎2.如图所示,变压器的输入电压U1一定,原线圈匝数为n1,两个副线圈的匝数分别是n2和n3。当把电热器接a、b,让c、d空载时,电流表读数是I2;当把同一电热器接c、d,而a、b空载时,电流表读数是I3,则I2∶I3等于(  )‎ A.n2∶n3 B.n3∶n2 C.n∶n D.n∶n ‎【答案】 C ‎【解析】 由变压比知==,由P2=P1知,当电热器接a、b,让c、d空载时,有I2U1=;当把同一电热器接c、d而a、b空载时,有I3U1=,所以I2∶I3=U∶U=n∶n。学 ‎ ‎3.如图所示为模拟远距离输电实验电路图,两理想变压器的匝数n1=n42R,忽略灯丝电阻随温度的变化。当A、B端接入低压交流电源时(  )‎ A.A1、A2两表的示数相同 B.L1、L2两灯泡的亮度相同 C.R1消耗的功率大于R3消耗的功率 D.R2两端的电压小于R4两端的电压 ‎【答案】D ‎ ‎4.理想变压器原线圈中输入电压U1=3300 V,副线圈两端电压U2为220 V,输出端连有完全相同的两个灯泡L1和L2,绕过铁芯的导线所接的电压表的示数U=2 V。‎ ‎(1)原线圈n1等于 匝;‎ ‎(2)当开关S断开时,电流表A2的示数I2=5 A.则电流表A1的示数I1为 A;‎ ‎(3)当开关S闭合时,电流表A1的示数I1′等于 A。‎ ‎【答案】(1)1650匝 (2) A (3) A
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