【物理】2019届一轮复习人教版 变压器 远距离输电 学案

【物理】2019届一轮复习人教版 变压器 远距离输电 学案

变压器 远距离输电 【母题来源一】 2018 年全国普通高等学校招生统一考试物理（江苏卷） 【母题原题】采用 220 kV 高压向远方的城市输电．当输送功率一定时，为使输电线上损耗的功率减小为原 来的 ，输电电压应变为（ ） A. 55 kV B. 110 kV C. 440 kV D. 880 kV 【答案】 C 点睛：本意以远距离输电为背景考查输电线路的电能损失，解题时要根据输送电功率不变，利用输电线路 损失的功率 P 损=I2R 解题。 【母题来源二】 2018 年全国普通高等学校招生同一考试理科综合物理试题（天津卷） 【母题原题】教学用发电机能够产生正弦式交变电流。利用该发电机（内阻可忽略）通过理想变压器向定 值电阻 R 供电，电路如图所示，理想交流电流表 A、理想交流电压表 V 的读数分别为 I、U，R 消耗的功率 为 P。若发电机线圈的转速变为原来的 ，则 A. R 消耗的功率变为 B. 电压表 V 的读数为 C. 电流表 A 的读数变为 2I D. 通过 R 的交变电流频率不变 【答案】 B 【命题意图】 考查变压器的工作原理、欧姆定律、闭合电路欧姆定律和电功率等知识，意在考查考生的 理解能力和综合分析能力。 【考试方向】 对理想变压器的动态分析的考查：一是负载不变，通过匝数变化求解原副线圈的各参量； 二是匝数不变，负载变化，讨论各量的变化。 【得分要点】 1、 电压器的几个常用关系： （1）电压关系： 或者 或者 （多个副线圈时），即原 副线圈两端电压之比等于线圈的匝数之比。 （2）电流关系：根据 P 入=P 出可求出， 或者 n1I1=n2I2 或者 n1I1=n2I2+n3I3+n4I4+n5I5+…（有多个 副线圈时）。 （3）功率关系：P 入＝P 出，即 I1U1＝I2U2（一个副线圈）或者 I1U1＝I2U2+I3U3+I4U4+…（多个副线圈）。 （4）各物理量之间的制约关系：输入电压 U1 决定输出电压 U2；输出功率 P 出决定输入功率 P 入；输出电流 I2 决定输入电流 I1。 对于动态变化问题，求解思路是：通过某一电阻变化判断整体电阻变化，据闭合电路欧姆定律判断干路电 流变化；再抓住“原线圈电压决定副线圈电压、副线圈电路决定原线圈电流、副线圈输出功率决定输入功 率”这个结论。[ 2、解远距离输电问题必备技巧 （1）正确画出输电过程示意图，并在图上标出各物理量． （2）抓住变压器变压前、后各量间关系，求出输电线上的电流． （3）计算电路功率问题时常用关系式： ，注意输电线上的功率损失和电压损失． （4）电网送电遵循“用多少送多少”的原则，说明原线圈电流由副线圈电流决定． 【母题 1】如图所示，10 匝矩形线圈，在磁感应强度为 0.4T 的匀强磁场中，绕垂直磁场的轴 以角速度 为 100rad/s 匀速转动，线框电阻不计，面积为 0.5m2，线框通过滑环与一理想变压器的原线圈相连，副线 圈接有两只灯泡 L1 和 L2．已知变压器原、副线圈的匝数比为 10：1，开关断开时 L1 正常发光，且电流表示 数为 0.01A，则（　　） A. 若从图示位置开始计时，线框中感应电动势的瞬时值为 200sin100tV B. 若开关 S 闭合，电流表示数将增大 C. 若开关 S 闭合，灯泡 L1 将更亮 D. 灯泡 L1 的额定功率为 2W 【答案】 B 点睛：本题关键是记住交流发电机最大电动势表达式 Um=NBSω，同时要明确输入电压决定输出电压，输出 电流决定输入电流，输出功率决定输入功率． 【母题 2】如图所示的理想变压器，两个副线圈匝数分别为 n1 和 n2，当把电热器接在 ab，使 cd 空载时， 2 1 2 1 n n U U = 1 2 2 1 n n I I = tn U n U ∆ ∆Φ== 2 2 1 1 tn U n U n U ∆ ∆Φ====  3 3 2 2 1 1 RU PRIP 22 )(==∆ 电流表示数为 I1，当把同一电热器接在 cd，而使 ab 空载时，电流表的示数为 I2，则 I1：I2 等于 A. B. C. D. 【答案】 B 【点睛】根据理想变压器原副线圈匝数比与电压、电流比之间的关系即可求解，理想变压器的输入功率与 输出功率相等。 【母题 3】如图所示，单匝矩形闭合导线框 abcd 全部处于磁感应强度为 B 的水平匀强磁场中，线框面积为 S，电阻为 R，线框绕与 cd 边重合的竖直固定转轴以角速度 从中性面开始匀速转动，下列说法正确的是 A. 转过 时，线框中的电流方向为 abcda B. 线框中感应电流的有效值为 C. 线框转一周的过程中，产生的热量为 D. 从中性面开始转过 的过程中，通过导线横截面积的电荷量为 【答案】 B 点睛：知道交流电的有效值与最大值之间的关系 ，并会利用 求通过某个截面的电荷量。 【母题 4】如图甲所示的电路中，变压器原、副线圈匝数比为 3∶1，图乙是该变压器 cd 输入端交变电压 u 的图象，L1，L2、L3、L4 为四只规格均为“9 V　6 W”的相同灯泡，各电表均为理想交流电表，开关 K 闭合。 以下说法正确的是 A. 电流表的示数为 2 A B. ab 输入端输入功率 Pab＝18 W C. ab 输入端电压的瞬时值表达式为 Uab＝27 sin 100πt(V) D. 四只灯泡中除 L1 外，其余均能正常发光 【答案】 A 【母题 5】一含有理想变压器的电路如图甲所示，图中理想变压器原、副线圈匝数之比为 2∶1，电阻 R1 和 R2 的阻值分别为 3 Ω 和 1 Ω，电流表、电压表都是理想交流电表，a、b 输入端输入的电流如图乙所示，下列 说法正确的是（ ） A. 电流表的示数为 A B. 电压表的示数为 V C. 0～0.04s 内，电阻 R1 产生的焦耳热为 0.24J D. 0.03s 时，通过电阻 R1 的电流为 A 【答案】 C 点睛：有效值的是按照电流的热效应定义的，即让交流电流和直流电流流过相同的电阻，在相同的时间内 产生的热量相同，则交流的电压或电流有效值等于直流的电压或电流值； 【母题 6】如图所示额定电压为 220V 的用户供电的远距离输电的示意图，已知输入原线圈 两端的电压 =500V，发电机的输出功事为 P=50kW，输电线的电阻 R=3Ω，如果输电线上损失的功率为输送功率的 0.6%.如果图中的开压变压器以及降压变压器均为理想的变压器。则下列正确的是 A. =25：1 B. =1：10 C. 流过输电线的电流强度大小为 100A D. 降压变压器原线圈两端的为 4700V 【答案】 B 1n 1U 3 4:n n 1 2:n n 【解析】导线上的电流 ，升压变压器次级电压 ，则 ，选项 B 正确，C 错误；降压变压器的初级电压： ，则 ，选项 AD 错误；故选 B. 点睛：解决本题的关键知道变压器输入电压和输出电压比等于匝数之比，知道升压变压器的输出电压与降 压变压器的输入电压的关系即功率的关系． 【母题 7】（多选）如图所示的理想变压器，左端输入有效值不变的正弦交流电 u，电压表和电流表都是理 想电表，忽略小灯泡电阻的变化，则开关 S 闭合后与闭合前相比较，下列说法正确的是（ ） A. L1 变亮 B. L2 变亮 C. 电流表 A 的示数变小 D. 电压表 V 的示数变小 【答案】 AD 考点：变压器的构造和原理 【名师点睛】本题主要考查理想变压器的知识，要能对变压器的最大值、有效值、瞬时值以及变压器变压 原理、功率等问题彻底理解．结合电路动态分析进行分析即可。 【母题 8】（多选）如图所示，为远距离输电的示意图，变压器均为理想变压器，升压变压器 T1 的原、副 线圈的匝数比为 k1。降压变压器 T2 的原、副线圈匝数比为 k2。升压变压器原线圈两端接入一电压 的交流电源，用电设备的总电阻为 R（可视为纯电阻），输电线总电阻为 2r，若用户消耗的功 率为 P。不考虑其他因素的影响，则输电线上损失的电压△U 和用户获得的电压 U 分别为 A. 3 2 0 00.6 0.6 50 100 0 103 P I A AR × × = = = 3 2 2 50 10 500010 PU V VI ×= = = 1 1 2 2 500 1 5000 10 n U n U = = = 3 2 2 5000 10 3 4970U U I R V= − = − × = 3 3 4 4 4970 497 220 22 n U n U = = = B. C. D. 【答案】 AD 【母题 9】如图所示，一小型发电机内有 匝矩形线圈，线圈面积 ，线圈电阻可忽略不 计．在外力作用下矩形线圈在 匀强磁场中，以恒定的角速度 绕垂直于磁场方向的固 定轴 匀速转动，发电机线圈两端与 的电阻构成闭合回路．求： （ ）线圈转动时产生感应电动势的最大值． （ ）从线圈平面通过中性面时开始，线圈转过 角的过程中通过电阻 横截面的电荷量． （ ）线圈匀速转动 ，电流通过电阻 产生的焦耳热． 【答案】 （ ） ；（ ） ；（ ） 【母题 10】三峡水电站是我国最大的水力发电站，平均水位落差约 100m，水的流量约 1.35×104m3/s。船 只通航需要约 3500m 3/s 的流量，其余流量全部用来发电。水流冲击水轮机发电时，水流减少的势能有 20% 转化为电能。 （1）按照以上数据估算，三峡发电站的发电功率最大是多大； （2）本市现行阶梯电价每户每月 1 挡用电量最高为 240kW·h，如果按照本市现行阶梯电价 1 挡最高用电量 计算，三峡电站可以满足多少户家庭生活用电； （3）把抽水蓄能电站产生的电能输送到北京城区。已知输电功率为 P，输电线路的总阻值为 R，要使输电 线路上损耗的功率小于 ΔP。 a．求输电电压的最小值 U； b．在输电功率一定时，请提出两种减少输电过程中功率损耗的方法。 【答案】 （1） kW（2） 户（3）a． b．①提高输电电压②增大导线横截面积，减 小电阻