【物理】2018届二轮复习变压器、远距离输电教案

【物理】2018届二轮复习变压器、远距离输电教案

变压器、远距离输电 ‎　核心填空　‎ 一、变压器 ‎1．变压器的构造：变压器由原线圈、副线圈和闭合_______________________组成．‎ ‎2．理想变压器：不考虑铜损(线圈电阻产生的热量)、铁损(涡流产生的热量)和漏磁的变压器，即理想变压器原、副线圈的电阻均为________，变压器的输入功率和________相等．‎ ‎3．基本关系 ‎(1)功率关系：________________；(2)电压关系：________________；(3)电流关系：________________．‎ 二、远距离输电 ‎1．输电导线上的能量损失：输电线的电阻R发热产生热量，表达式为________．‎ ‎2．减小输电线电能损失的主要途径：(1)减小输电线的________；(2)采用________输电．‎ ‎3．高压输电过程：如图261所示．‎ 图261‎ ‎(1)输电线电压损失：ΔU＝U2－U3，ΔU＝I2R线；‎ ‎(2)输电线功率损失：ΔP＝P1－P4，ΔP＝IR线．‎ ‎　易错判断　‎ ‎(1)变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用．(　　)‎ ‎(2)变压器不但能改变交变电流的电压，还能改变交变电流的频率．(　　)‎ ‎(3)正常工作的变压器当副线圈与用电器断开时，副线圈两端无电压．(　　)‎ ‎(4)变压器副线圈并联更多的用电器时，原线圈输入的电流随之减小．(　　)‎ ‎(5)增大输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失．(　　)‎ ‎(6)高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗．(　　)‎ ‎(7)在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越大．(　　)‎ ‎　考点一　变压器的综合计算 ‎1.关于理想变压器 ‎(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；‎ ‎(5)原线圈两端的电压不一定等于电源电压，当原线圈回路里串联电阻或灯泡时，原线圈两端的电压小于电源电压．‎ ‎2．理想变压器的三个制约关系 ‎(1)输入电压U1决定输出电压U2，当U1不变时，不论负载电阻R变化与否，U2不会改变；‎ ‎(2)输出电流I2决定输入电流I1；‎ ‎(3)输出功率P2决定输入功率P1.‎ ‎1 2015·全国卷Ⅰ] 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262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262‎ A．U＝66 V，k＝ B．U＝22 V，k＝ C．U＝66 V，k＝ D．U＝22 V，k＝ 式题1 (多选)如图263所示是一个小型电风扇电路简图，其中理想变压器的原、副线圈的匝数比为n，原线圈接电压为U的交流电源，输出端接有一只电阻为R的灯泡L和风扇电动机D，电动机线圈电阻为r.接通电源后，电风扇正常运转，测出通过风扇电动机的电流为I，则下列说法正确的是(　　)‎ 图263‎ A．风扇电动机D两端的电压为Ir B．理想变压器的输入功率为 C．风扇电动机D输出的机械功率为－I2r D．若电风扇由于机械故障被卡住，则通过原线圈的电流为 ‎ 式题2 2014·新课标全国卷Ⅱ] 如图264所示，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A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264‎ 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，c、d间的电压Ucd越大 ‎ D．将二极管短路，电流表的读数加倍 ‎■ 特别提醒 在原、副线圈匝数不变的前提下，由于输入电压U1决定输出电压U2，所以不论负载如何变化，U1、U2均不变；由于输出电流I2决定输入电流I1，所以负载变化，I1发生变化．‎ ‎　考点二　变压器电路的动态分析 ‎1.负载电阻发生变化的情况(负载电阻发生变化如图265所示)：‎ 图265‎ ‎(1)根据＝，不论负载电阻R如何变化，U2也不变；‎ ‎(2)因输出电流I2决定输入电流I1，当I2变化时，将引起I1发生变化；‎ ‎(3)I2变化引起P2变化，因P1＝P2，所以P1随之发生变化．‎ ‎2．负载电阻不变的情况(原线圈电压不变，匝数比发生变化，如图266所示)：‎ 图266‎ ‎(1)根据＝知，U2将随匝数比发生变化；‎ ‎(2)R不变，U2改变，则I2发生变化；‎ ‎(3)根据P2＝知P2发生变化，根据P1＝P2知P1随之发生变化；因P1＝U1I1且U1不变，故I1随之发生变化．‎ ‎2 2015·陕西宝鸡模拟] 如图267所示，理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1，输入电压u＝311sin 100πt(V)，灯泡L1和L2都正常发光，两电表可视为理想交流电表．则(　　)‎ 图267‎ A．该交流电的频率为100 Hz B．电压表的示数为31.1 V C．若将变阻器的滑片P向上滑动，则电流表的示数将变大 D．若将变阻器的滑片P向上滑动，则灯泡L1将变暗、灯泡L2将变亮 式题 (多选)2015·济南模拟] 如图268甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为4∶1，b是原线圈的中心抽头，图中电表均为理想的交流电表，定值电阻R＝10 Ω，其余电阻均不计，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，则下列说法正确的是(　　)‎ ‎　　 　　甲　　　　　　　　　　　　乙 图268‎ A．当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为55 V B．当单刀双掷开关与a连接且t＝0.01 s时，电流表示数为零 C．当单刀双掷开关由a拨向b时，原线圈的输入功率增大 D．当单刀双掷开关由a拨向b时，副线圈输出电压的频率为25 Hz ‎■ 特别提醒 变压器电路的动态分析，既要符合变压器的基本规律(电压、电流、功率关系)，又要遵循欧姆定律．分析过程中首先确定是哪些量在变，哪些量不变，然后根据相应的规律进行分析．理想变压器不能改变交变电流的频率，负载电路电阻变化时，副线圈两端电压不变，副线圈电流和输出功率随之改变．‎ ‎　考点三　远距离输电问题物理建模 ‎1. 输电线路与物理量基本关系 输电线路如图269所示：‎ 图269‎ ‎2. 基本关系 ‎(1)功率关系：P1＝P2，P3＝P4，P2＝P损＋P3；‎ ‎(2)电压关系：＝，＝，U2＝ΔU＋U3；‎ ‎(3)电流关系：＝，＝，I2＝I3＝I线；‎ ‎(4)输电电流：I线＝；‎ ‎(5)输电线上损失：P损＝I线ΔU＝IR线．‎ ‎3 (多选)2015·吉林三模] 图2610甲为远距离输电示意图，变压器均为理想变压器．升压变压器原、副线圈匝数比为1∶100，其输入电压如图乙所示，远距离输电线的总电阻为100 Ω.降压变压器右侧部分为一火警报警系统原理图，其中R1为一定值电阻，R2为用半导体热敏材料制成的传感器，当温度升高时其阻值变小．电压表V显示加在报警器上的电压(报警器未画出)．未出现火警时，升压变压器的输入功率为750 kW.下列说法中正确的有(　　)‎ 甲 乙 图2610‎ A．降压变压器副线圈输出的交流电频率为50 Hz B．远距离输电线路损耗功率为180 kW C．当传感器R2所在处出现火警时，电压表V的示数变大 D．当传感器R2所在处出现火警时，输电线上的电流变大 式题 (多选)2015·江门模拟] 图2611为某小型水电站的电能输送示意图．已知输电线的总电阻R＝10 Ω，降压变压器T2的原、副线圈匝数之比为4∶1，电阻R0＝11 Ω.若T1、T2均为理想变压器，T2的副线圈两端电压表达式为u＝220 sin 100πt (V)，下列说法正确的是(　　)‎ 图2611‎ A．发电机中的电流变化频率为100 Hz B．通过R0的电流有效值为20 A C．升压变压器T1的输入功率为4650 W D．若R0的电阻减小，发电机的输出功率也减小 ‎■ 建模点拨 ‎(1)正确画出输电过程示意图并在图上标出各物理量；‎ ‎(2)理清三个回路：输电过程的电路被划分为三个独立的回路(如图2612所示)，电源回路、输送回路和用户回路．在每个回路中，变压器的原线圈是回路的用电器，而相应的副线圈是下一个回路的电源，每个回路均可应用闭合电路欧姆定律、串并联电路的规律，而变压器的电压、电流、功率关系则是联系不同回路的桥梁．‎ 图2612‎ ‎(3)抓住两个联系：①理想的升压变压器联系了电源回路和输送回路，由理想变压器原理，升压变压器原、副线圈中各个量间的关系是：＝，I1n1＝I2n2，P1＝P2；②理想的降压变压器联系了输送回路和用户回路，由理想变压器原理，降压变压器原、副线圈中各个量间的关系是： ＝，I3n3＝I4n4，P3＝P4.‎ ‎(4)掌握能量关系：原线圈的功率就是输电的总功率，在输送过程中，部分电能被输电线损耗，大部分电能通过降压变压器和用户回路被用户消耗，能量关系为P1＝P线损＋P用户．‎ 注意：输电线损失的电能和输电电流一般是解题的突破点．‎ 第26讲　变压器　远距离输电 参考答案及解析 ‎【教材知识梳理】‎ 核心填空 一、1.铁芯　2.零　输出功率 ‎3．(1)P1＝P2　(2)＝　(3)＝ 二、1.ΔP＝I2R　2.(1)电阻　(2)高压 易错判断 ‎(1)(√)变压器利用互感原理改变交流电的电压，不能改变恒定电流的电压．‎ ‎(2)(×)变压器不能改变交变电流的频率．‎ ‎(3)(×) 副线圈与用电器断开时，无电流通过副线圈，但副线圈两端存在电压．‎ ‎(4)(×)更多的用电器并联时，副线圈中电流增大，原线圈输入的电流随之增大．‎ ‎(5)(√)输电导线的横截面积增大时，输电线的电阻减小，输电线损失的电功率P＝I2R随之减小．‎ ‎(6)(√)输电功率不变时，采用高压输电可减小输电线中的电流，输电线损失的功率P＝I2R随之减小．‎ ‎(7)(√)输送电压一定，输电功率越大，输电电流越大，输电线损失的功率P＝I2R随之增大．‎ ‎【考点互动探究】‎ 考点一　变压器的综合计算 例1　A　‎ ‎【点评】 解答本题的关键是明确原线圈两端电压与电源电压之间的关系，电源电压等于原线圈两端电压与原线圈串联电阻两端的电压之和．‎ 变式题1　CD　‎ ‎【解析】 正常运转的风扇为非纯电阻电路，风扇电动机两端的电压u′>Ir，选项A错误；根据原、副线圈匝数比等于电压比可得＝n，副线圈电压U2＝，副线圈电流I2＝I＋IL，根据电流与匝数成反比，可得原线圈电流I1＝，理想变压器输入功率P1＝UI1＝，选项B错误；风扇电动机D输出的机械功率P＝U2I－I2r＝－I2r，选项C正确；若电风扇由于机械故障被卡住，则风扇变为纯电阻，此时副线圈电流I2＝＋＝，原线圈电流I1＝＝，选项D正确．‎ 变式题2　BD　‎ ‎【解析】 经交流电压表、交流电流表测得的值分别为交变电压和交变电流的有效值，根据变压器公式＝得到输出电压U2，而输出电压U2不等于c、d端电压，因二极管具有单向导电性，输出电压经二极管整流后有效值发生变化， Ucd＝＝，则Uab∶Ucd＝n1∶n2，故A错误．增大负载电阻的阻值R, Uab不变，Ucd也不变，根据 P出＝可知输出功率减小，根据理想变压器的输入功率等于输出功率可知，输入功率必减小，故电流表读数变小，B正确，C错误．二极管短路时，U′cd＝U2，输出功率P′出＝＝＝2P出，故输入功率P1也加倍，而输入电压U1不变，根据P1＝U1I1得电流表读数加倍，D正确．‎ 考点二　变压器电路的动态分析 例2　C　‎ ‎【解析】 变压器不改变交流电的频率，根据输入电压的表达式可知输入的交流电的频率为f＝＝50 Hz，选项A错误；电压表的示数为输出电压的有效值，根据＝，可知输出电压U2＝U1＝22 V，选项B错误；变压器的原、副线圈匝数不变时，变压器的输出电压由输入电压决定，则输出电压不变，当P向上移动时，负载电路的总电阻减小，所以输出电流增大，根据＝可知，通过原线圈的电流增大，选项C正确．灯泡L1的亮度不变，选项D错误．‎ 变式题　AC　‎ 考点三　远距离输电问题 例3　AD　‎ ‎【解析】 由图乙知交流电的周期T＝0.02 s，所以频率为50 Hz，选项A正确；由图乙知升压变压器输入端电压有效值为250 V，根据电压与匝数成正比知副线圈电压为25 000 V，所以输电线中的电流为I＝＝30 A，输电线损失的电压为ΔU＝IR＝30×100 V＝3000 V，输电线路损耗功率为ΔP＝ΔUI＝90 kW，选项B错误；把降压变压器及其负载组成的整体等效为一个电阻，当传感器R2所在处出现火警时其阻值减小，等效电阻的阻值也减小，等效电阻两端电压减小，输电线中电流增大，降压变压器副线圈中电流增大，定值电阻的分压增大，所以电压表V的示数变小，选项C错误，选项D正确．‎ ‎【点评】 解决本题的关键是明确并利用下列关系：(1)输送功率与输送电压、电流的关系；(2)变压器原、副线圈的电压比与匝数比的关系；(3)升压变压器输出电压、降压变压器输入电压、电压损失的关系；(4)升压变压器的输出功率、功率损失、降压变压器的输入功率关系．(5)注意等效电阻的利用．‎ 变式题　BC　‎ ‎【解析】 变压器不能改变交变电流的频率，交变电流的频率f＝＝50 Hz，选项A错误；降压变压器副线圈两端交变电压有效值为220 V，负载电阻为11 Ω，所以通过R0电流的有效值是I4＝20 A，选项B正确；根据电流与匝数成反比可知，输电线上的电流为I3＝5 A，所以输电线上消耗的功率为IR＝250 W，用电器消耗的功率为IR0＝4400 W，所以升压变压器的输入功率为4650 W，选项C正确；当用电器的电阻R0减小时，通过用电器的电流增大，通过输电线的电流增大，用电器的功率增大，输电线损耗的功率增大，则发电机的输出功率也增大，所以D错误．‎ ‎【教师备用习题】‎ ‎1．2015·江苏卷]一电器中的变压器可视为理想变压器，它将220 V交变电流改变为110 V．已知变压器原线圈匝数为800，则副线圈匝数为(　　)‎ A．200 B．400 C．1600 D．3200‎ ‎【答案】B　‎ ‎【解析】 根据＝可知，副线圈匝数为400匝，选项B正确．‎ ‎2．2015·安徽卷]如图所示电路中，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(　　)‎ 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　‎ ‎3．(多选)2014·广东卷]如图所示的电路中，P为滑动变阻器的滑片，保持理想变压器的输入电压U1不变，闭合开关S，下列说法正确的是(　　)‎ A. P向下滑动时，灯L变亮 B. P向下滑动时，变压器的输出电压不变 C. P向上滑动时，变压器的输入电流变小 D. P向上滑动时，变压器的输出功率变大 ‎【答案】BD　‎ ‎【解析】 由于理想变压器输入电压不变，则副线圈电压U2不变，滑片P滑动时，对灯泡两端的电压没有影响，故灯泡亮度不变，则选项A错误；滑片P下滑，电阻变大，但副线圈电压由原线圈电压决定，则副线圈电压不变，故选项B正确；滑片P上滑，电阻减小，副线圈输出电流I2增大，则原线圈输入电流I1也增大，此时变压器输出功率P2＝U2I2将变大，故选项C错误，选项D正确．‎ ‎4．2015·福建卷]如图所示为远距离输电示意图，两变压器均为理想变压器，升压变压器T的原、副线圈匝数分别为n1、n2，在T的原线圈两端接入一电压u＝Umsin ωt的交流电源，若输送电功率为P，输电线的总电阻为2r，不考虑其他因素的影响，则输电线上损失的电功率为(　　)‎ A. B. C. 4r D. 4r ‎【答案】C　‎ ‎【解析】 设升压变压器副线圈的电压为U，对升压变压器，有＝，解得U＝，则输电线上损失的电功率为P损＝·R线＝·(2r)＝4r.‎ ‎5．2015·广东卷]如图所示为气流加热装置的示意图，使用电阻丝加热导气管，视变压器为理想变压器，原线圈接入电压有效值恒定的交流电并保持匝数不变，调节触头P，使输出电压有效值由220 V降至110 V．调节前后(　　)‎ A. 副线圈中的电流比为1∶2 B. 副线圈输出功率比为2∶1‎ C. 副线圈的接入匝数比为2∶1 D. 原线圈输入功率比为1∶2‎ ‎【答案】C　‎ ‎6．(多选)2015·海南卷]如图所示，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，V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(　　)‎ 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】 负载电阻减小为5R0时，有＝，可得U2＝6 V，由＝可得U1＝24 V，原线圈两端电压的最大值为U1＝24 V≈34 V，选项A正确；保持变压器输入电流不变即I1不变，由＝知，负载电阻变化前后副线圈电流I2不变，则＝，可得U2′＝12 V，根据＝可得原线圈两端电压U1′＝48 V，选项D正确．‎ ‎【教师备用习题】‎ ‎1．在输液时，药液有时会从针口流出体外，为了及时发现，设计了一种报警装置，电路如图所示．M是贴在针口处的传感器，接触到药液时其电阻RM发生变化，导致S两端电压 U增大，装置发出警报，此时(　　)‎ A．RM变大，且R越大，U增大越明显 B．RM变大，且R越小，U增大越明显 C．RM变小，且R越大，U增大越明显 D．RM变小，且R越小，U增大越明显 ‎【答案】C　‎ ‎【解析】 此装置电路中RM先与R并联后与RS串联．根据闭合电路的欧姆定律得I＝，S两端的电压U＝IRS增大，则电流I增大，故R并减小，所以并联的一条支路电阻减小，即RM必减小，故排除选项A和B.由于＝＋，即R并＝＝，当R≫RM时，→0，则R并≈RM，RM变化了多少，R并也变化了多少．对U的变化影响明显，即R越大，U增大越明显，选项C正确，选项D错误．‎ ‎2．(多选)2015·扬州模拟]传感器是把非电学量转换成电学量的一种元件．如图所示，图乙、图丙是两种常见的电容式传感器，现将图乙、图丙两种传感器分别接到图甲的电路中进行实验(电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏)，下列实验现象中正确的是(　　)‎ A．当乙传感器接入电路实验时，若F变小，则电流表指针向右偏转 B．当乙传感器接入电路实验时，若F变大，则电流表指针向右偏转 C．当丙传感器接入电路实验时，若导电溶液深度h变大，则电流表指针向左偏转 D．当丙传感器接入电路实验时，若导电溶液深度h变小，则电流表指针向左偏转 ‎【答案】BD　‎ ‎【解析】 当乙传感器接入电路实验时，若F变小，电容器两极板间的距离增大，根据电容的决定式C＝，电容减小，而电压不变，则由Q＝CU可知，电容器所带的电荷量减少，电容器放电，电路中有顺时针方向的电流，则电流表指针向左偏转，选项A错误；当乙传感器接入电路实验时，若F变大，电容器两极板间的距离减小，根据电容的决定式C＝得知，电容增大，而电压不变，则由Q＝CU可知，电容器所带的电荷量增加，电容器充电，电路中有逆时针方向的电流，则电流表指针向右偏转，选项B正确；当丙传感器接入电路实验时，若导电溶液深度h变大，两电极正对面积增大，电容增大，而电压不变，则电容器充电，电路中有逆时针方向的电流，则电流表指针向右偏转，选项C错误；当丙传感器接入电路实验时，若导电溶液深度h变小，两电极正对面积减小，电容减小，而电压不变，则电容器放电，电路中有顺时针方向的电流，则电流表指针向左偏转，选项D正确．‎ ‎3．2015·南昌十校二模]在温控电路中，通过热敏电阻阻值随温度的变化而变化可实现对电路相关物理量的控制．如图所示，R1为电阻箱，R2为半导体热敏电阻，C为电容器．已知热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，则有(　　)‎ A．若R1固定，环境温度不变，当电容器C两极板间的距离增大时极板之间的电场强度减小 B．若R1固定，当环境温度降低时电压表的示数减小 C．若R1固定，当环境温度降低时R1消耗的功率增大 D．若环境温度不变，当电阻箱R1的阻值增大时，电容器C的电荷量增大 ‎【答案】A　‎