（江蘇專版）2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十章 第2節(jié) 變壓器 電能的輸送講義（含解析）

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1、（江蘇專版）2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十章 第2節(jié) 變壓器 電能的輸送講義（含解析） (1)理想變壓器的基本關(guān)系式中，電壓和電流均為有效值。(√) (2)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。(×) (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。(×) (4)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減小。(×) (5)增大輸電導(dǎo)線的橫截面積有利于減少輸電過程中的電能損失。 (√) (6)高壓輸電是通過減小輸電電流來減少電路的發(fā)熱損耗。(√) (7)在輸送電壓一定時(shí)，輸送的電功率越大，輸電過程中的電能損失越大。(√

2、) 突破點(diǎn)(一)　理想變壓器 1．變壓器的工作原理 2．理想變壓器的基本關(guān)系 基本關(guān)系 功率關(guān)系 P入＝P出 電壓關(guān)系 原、副線圈的電壓比等于匝數(shù)比：＝ 電流關(guān)系 只有一個(gè)副線圈時(shí)，電流和匝數(shù)成反比：＝ 頻率關(guān)系 原、副線圈中電流的頻率相等 制約關(guān)系 電壓 原線圈電壓U1和匝數(shù)比決定副線圈電壓U2 功率 副線圈的輸出功率P出決定原線圈的輸入功率P入 電流 副線圈電流I2和匝數(shù)比決定原線圈電流I1 [題點(diǎn)全練] 1．(2019·南京、鹽城一模)變壓器線圈中的電流越大，所用的導(dǎo)線應(yīng)當(dāng)越粗。如圖所示，是降壓變壓器，假設(shè)它只有一個(gè)原線圈和一個(gè)副線圈，匝

3、數(shù)分別為n1和n2。下列說法正確的是(　　) A．n1>n2，原線圈比副線圈的導(dǎo)線粗 B．n1>n2，原線圈比副線圈的導(dǎo)線細(xì) C．n1n2，故C、D錯(cuò)誤，輸入功率等于輸出功率，所以副線圈的電流大于原線圈的電流，則較粗導(dǎo)線的線圈應(yīng)該作為副線圈，故B正確，A錯(cuò)誤。 2.[多選](2019·蘇州一模)如圖所示的電路中，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2＝4∶1，電阻R＝25 Ω，C為電容器。原線圈接u1＝200sin(100πt)V的交流電。則

4、(　　) A．該交流電的頻率為50 Hz B．交流電流表的讀數(shù)為0 C．電阻R的功率為200 W D．電容器的耐壓值應(yīng)大于50 V 解析：選AD　由ω＝2πf可知該交流電的頻率為f＝＝50 Hz，故A正確；電容器通交流隔直流，則交流電流表的讀數(shù)不為0，故B錯(cuò)誤；由＝可知，副線圈的電壓為U2＝50 V，電阻R的功率為P＝＝100 W，故C錯(cuò)誤；由于副線圈的電壓有效值為50 V，最大值為50 V，所以電容器的耐壓值應(yīng)大于50 V，故D正確。 突破點(diǎn)(二)　理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析 常見的理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析問題一般有兩種：匝數(shù)比不變的情況和負(fù)載電阻不變的情況。 匝數(shù)比不變的情況 負(fù)載

5、電阻不變的情況 (1)U1不變，根據(jù)＝，輸入電壓U1決定輸出電壓U2，可以得出不論負(fù)載電阻R如何變化，U2不變。 (2)當(dāng)負(fù)載電阻發(fā)生變化時(shí)，I2變化，根據(jù)輸出電流I2決定輸入電流I1，可以判斷I1的變化。 (3)I2變化引起P2變化，根據(jù)P1＝P2，可以判斷P1的變化。 (1)U1不變，發(fā)生變化，U2變化。 (2)R不變，U2變化，I2發(fā)生變化。 (3)根據(jù)P2＝和P1＝P2，可以判斷P2變化時(shí)，P1發(fā)生變化，U1不變時(shí)，I1發(fā)生變化。 [典例]　(2016·天津高考)如圖所示，理想變壓器原線圈接在交流電源上，圖中各電表均為理想電表。下列說法正確的是(　　) A．

6、當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)時(shí)，R1消耗的功率變大 B．當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)時(shí)，電壓表V示數(shù)變大 C．當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)時(shí)，電流表A1示數(shù)變大 D．若閉合開關(guān)S，則電流表A1示數(shù)變大，A2示數(shù)變大 [思路點(diǎn)撥]　解答本題時(shí)應(yīng)從以下三點(diǎn)進(jìn)行分析： (1)變壓器中次級(jí)線圈電流決定初級(jí)線圈電流。 (2)變壓器中次級(jí)線圈功率決定初級(jí)線圈功率。 (3)變壓器中初級(jí)線圈電壓決定次級(jí)線圈電壓。 [解析]　當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)變阻器連入電路的電阻R變大，則副線圈所在電路的總電阻R總變大，因原、副線圈兩端的電壓U1、U2不變，則通過R1的電流I2

7、＝變小，R1消耗的功率PR1＝I22R1變小，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；R1兩端的電壓UR1＝I2R1變小，則電壓表V的示數(shù)UV＝U2－UR1變大，選項(xiàng)B正確；因通過原、副線圈的電流關(guān)系＝，I2變小，則I1變小，即電流表A1的示數(shù)變小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；若閉合開關(guān)S，則副線圈所在電路的總電阻R總′變小，通過副線圈的電流I2′＝變大，則通過原線圈的電流I1′變大，電流表A1的示數(shù)變大，R1兩端的電壓UR1′＝I2′R1變大，則R2兩端的電壓UR2′＝U2－UR1′變小，電流表A2的示數(shù)變小，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 [答案]　B [集訓(xùn)沖關(guān)] 1.[多選]如圖所示，M是一個(gè)小型理想變壓器，原、副線圈匝數(shù)之比n1∶n2＝1

8、0∶1，接線柱a、b接上一個(gè) 正弦交變電源，電壓u＝220sin(100πt)V。變壓器右側(cè)部分為一火警報(bào)警系統(tǒng)原理圖，其中R2為用半導(dǎo)體熱敏材料(電阻隨溫度升高而減小)制成的傳感器，R1為一定值電阻。下列說法中正確的是(　　) A．電壓表V示數(shù)為22 V B．當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火警時(shí)，電壓表V的示數(shù)減小 C．當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火警時(shí)，電流表A的示數(shù)減小 D．當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火警時(shí)，電阻R1的功率變大 解析：選BD　由題意可知，輸入的電壓為220 V，變壓器的電壓與匝數(shù)成正比，由此可得副線圈的電壓為22 V，電壓表測(cè)的是半導(dǎo)體熱敏材料的電壓，R1和R2的總電壓為22

9、V，所以電壓表的示數(shù)小于22 V，故A錯(cuò)誤；當(dāng)出現(xiàn)火警時(shí)，溫度升高，電阻R2減小，副線圈的電流變大，所以R1的電壓增大，由于副線圈的總電壓不變，所以R2的電壓減小，故B正確；由B分析可知，副線圈的電阻減小，副線圈的電流變大，所以原線圈的電流也就要增大，故C錯(cuò)誤；由B分析可知，副線圈的電阻減小，副線圈的電流變大，由于R1的電阻不變，由P＝I2R1可知，電阻R1的功率變大，故D正確。 2.[多選](2019·南通一模)如圖所示，理想變壓器原線圈接電壓為220 V的正弦交流電，開關(guān)S接1時(shí)，原副線圈的匝數(shù)比為11∶1，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為10 Ω，電壓表和電流表均為理想電表。下列說法正確的是

10、(　　) A．變壓器輸入功率與輸出功率之比為1∶1 B．1 min內(nèi)滑動(dòng)變阻器產(chǎn)生的熱量為40 J C．僅將S從1撥到2，電流表示數(shù)減小 D．僅將滑動(dòng)變阻器的滑片向下滑動(dòng)，兩電表示數(shù)均減小 解析：選AC　根據(jù)理想變壓器的特點(diǎn)可知，變壓器的輸入功率與輸出功率之比為1∶1，故A正確；原、副線圈的電壓與匝數(shù)成正比，所以副線圈兩端電壓為U2＝U1＝×220 V＝20 V，則1 min內(nèi)滑動(dòng)變阻器產(chǎn)生的熱量為Q＝t＝×60 J＝2 400 J，故B錯(cuò)誤；若只將S從1撥到2，副線圈的電壓減小，副線圈電流減小，原線圈電流即電流表示數(shù)減小，故C正確；將滑動(dòng)變阻器滑片向下滑動(dòng)，接入電路中的阻值變大，副

11、線圈電流減小，原線圈電流即電流表的示數(shù)減小，但對(duì)原、副線圈兩端的電壓無影響，即電壓表的讀數(shù)不變，故D錯(cuò)誤。 突破點(diǎn)(三)　遠(yuǎn)距離輸電 1．理清三個(gè)回路 在回路2中，U2＝ΔU＋U3，I2＝I線＝I3。 2．抓住兩個(gè)聯(lián)系 (1)理想的升壓變壓器聯(lián)系著回路1和回路2，由變壓器原理可得：線圈1(匝數(shù)為n1)和線圈2(匝數(shù)為n2)中各個(gè)量間的關(guān)系是＝，＝，P1＝P2。 (2)理想的降壓變壓器聯(lián)系著回路2和回路3，由變壓器原理可得：線圈3(匝數(shù)為n3)和線圈4(匝數(shù)為n4)中各個(gè)量間的關(guān)系是＝，＝，P3＝P4。 3．掌握一個(gè)守恒 能量守恒關(guān)系式P1＝P損＋P4。遠(yuǎn)距離輸電問題的“三

12、二 一” [典例]　如圖為遠(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u＝Umsin ωt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，則輸電線上損失的電功率為(　　) A.　　　　　　 　B. C．422r D．422r [解析]　升壓變壓器T的原線圈兩端電壓的有效值為U1＝；由變壓關(guān)系可得＝，則U2＝；因?yàn)檩斔碗姽β蕿镻，輸電線中的電流為I2＝＝，則輸電線上損失的電功率為ΔP＝I22(2r)＝，故選項(xiàng)C正確。 [答案]　C [方法規(guī)律]　輸電線路功率損失的計(jì)算方法 P損＝

13、P1－P4 P1為輸送的功率，P4為用戶得到的功率 P損＝I線2R線 I線為輸電線路上的電流，R線為線路電阻 P損＝ ΔU為輸電線路上損失的電壓，不要與U2、U3相混 P損＝ΔU·I線 注意：ΔU不要錯(cuò)代入U(xiǎn)2或U3 [集訓(xùn)沖關(guān)] 1．(2019·蘇州模擬)發(fā)電廠的輸出電壓為U1，發(fā)電廠至用戶間輸電導(dǎo)線的總電阻為R，通過導(dǎo)線的電流為I，用戶得到的電壓為U2。下列輸電導(dǎo)線上損耗功率的表達(dá)式中錯(cuò)誤的是(　　) A．(U1－U2)I　　　　　　　 　B．I2R C. D. 解析：選C　發(fā)電廠的輸出電壓為U1，用戶得到的電壓為U2，則輸電線上的電壓損失ΔU＝U1－U2，輸電

14、線上損失的功率為P損＝ΔUI＝I(U1－U2)或P損＝＝，則A、D正確；因?yàn)檩旊娋€上的電流為I，則輸電線上損失的功率P損＝I2R，故B正確，C錯(cuò)誤。 2．[多選](2018·宿遷期末)如圖甲所示，在遠(yuǎn)距離輸電電路中，升壓、降壓變壓器均為理想變壓器，電表均為理想電表，發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)線圈匝數(shù)為100匝，線圈的磁通量隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖乙所示。則(　　) A．原線圈中電壓表示數(shù)為500 V B．用戶端交流電的頻率是50 Hz C．當(dāng)用戶端的負(fù)載電阻增大時(shí)，原線圈中電流表示數(shù)增大 D．當(dāng)用戶端的負(fù)載電阻增大時(shí)，輸電線上損失的功率減小 解析：選BD　發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)的最大值為Em＝nΦmω＝

15、100××10－2× V＝500 V，原線圈中電壓表示數(shù)等于發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)的有效值 V，故A錯(cuò)誤；由線圈的磁通量隨時(shí)間變化的關(guān)系圖，可知周期T＝0.02 s，頻率f＝＝50 Hz，故B正確；當(dāng)用戶端的負(fù)載電阻增大時(shí)，用戶端的功率減小，降壓變壓器的輸入功率減小，輸電線上的電流減小，則輸電線上損失的功率減小，用戶端功率減小，則升壓變壓器原線圈輸入功率減小，原線圈電流減小，故C錯(cuò)誤，D正確。 突破點(diǎn)(四)　兩種特殊的變壓器 模型一　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)

16、，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。 [例1]　(2016·江蘇高考)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M點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到N點(diǎn)的過程中(　　) A．U2＞U1，U2降低　　　　 　B．U2＞U1，U2升高 C．U2＜U1，U2降低 D．U2＜U1，U2升高 [解析]　a、b間原線圈的匝數(shù)大于c、d間副線圈的匝數(shù)，在滑動(dòng)觸頭由M點(diǎn)移動(dòng)到N點(diǎn)的過程中，副線圈的匝數(shù)進(jìn)一步減小，

17、由變壓器工作原理＝知，U2＜U1，且U2降低，選項(xiàng)C正確。 [答案]　C 模型二　互感器 分為電壓互感器和電流互感器，比較如下： 電壓互感器 電流互感器 原理圖 原線圈的連接 并聯(lián)在高壓電路中 串聯(lián)在交流電路中 副線圈的連接 連接電壓表 連接電流表 互感器的作用 將高電壓變?yōu)榈碗妷? 將大電流變成小電流 利用的公式 ＝ I1n1＝I2n2 [例2]　(2019·合肥六校聯(lián)考)如圖所示，L1和L2是不計(jì)電阻的輸電線，甲是電壓互感器，乙是電流互感器。若已知甲的變壓比為500∶1，乙的變流比為200∶1，并且已知加在電壓表兩端的電壓為220 V，通

18、過電流表的電流為5 A，則輸電線的輸送功率為(　　) A．1.1×108 W B．1.1×106 W C．1.1×104 W D．1.1×102 W [解析]　已知變壓比為500∶1，電壓表示數(shù)為220 V，故傳輸電壓為：U＝220×500 V＝1.1×105 V；已知變流比為200∶1，電流表示數(shù)為5 A，故傳輸電流為：I＝5×200 A＝1 000 A；故輸送功率為：P＝UI＝1.1×105 V×1 000 A＝1.1×108 W，故選項(xiàng)A正確。 [答案]　A [例3]　鉗形電流測(cè)量?jī)x的結(jié)構(gòu)圖如圖所示，其鐵芯在捏緊扳手時(shí)會(huì)張開，可以在不切斷被測(cè)載流導(dǎo)線的情況下，通過內(nèi)

19、置線圈中的電流值I和匝數(shù)n獲知載流導(dǎo)線中的電流大小I0，則關(guān)于該鉗形電流測(cè)量?jī)x的說法正確的是(　　) A．該測(cè)量?jī)x可測(cè)量直流電的電流 B．載流導(dǎo)線中電流大小I0＝ C．若鉗形部分鐵芯沒有完全閉合，測(cè)量出的電流將小于實(shí)際電流 D．若將載流導(dǎo)線在鐵芯上多繞幾匝，鉗形電流測(cè)量?jī)x的示數(shù)將變小 [解析]　鉗形電流測(cè)量?jī)x實(shí)質(zhì)上是一個(gè)升壓變壓器，只能測(cè)量交流電的電流，故A錯(cuò)誤；根據(jù)＝，得載流導(dǎo)線中電流大小I0＝nI，故B錯(cuò)誤；若鉗形部分鐵芯沒有完全閉合，載流導(dǎo)線中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)減弱，磁通量變化率減小，在內(nèi)置線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)減小，感應(yīng)電流減小，則測(cè)量出的電流將小于實(shí)際電流，故C正確；根據(jù)n1I1

20、＝n2I2，知若將載流導(dǎo)線在鐵芯上多繞幾匝，即n1變大，I1、n2不變，I2＝I1，I2變大，D錯(cuò)誤。 [答案]　C 含二極管的變壓器問題 在理想變壓器問題中，偶爾在副線圈的電路中存在二極管，該類問題在高考中也時(shí)有出現(xiàn)，應(yīng)加以重視。 1．[多選](2018·江陰模擬)一臺(tái)理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比是5∶1，原線圈接入電壓為220 V的正弦交流電，一只理想二極管和一個(gè)滑動(dòng)變阻器R串聯(lián)接在副線圈上，如圖所示。電壓表和電流表均為理想交流電表，則下列說法正確的是(　　) A．原、副線圈電流之比為1∶5 B．電壓表的讀數(shù)小于44 V C．若滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為20 Ω，則

21、1 min內(nèi)產(chǎn)生的熱量為2 904 J D．若將滑動(dòng)變阻器滑片向上滑動(dòng)，兩電表讀數(shù)均減小 解析：選ABC　原線圈接入電壓為220 V的正弦交流電，原、副線圈的匝數(shù)比是5∶1，則副線圈電壓為44 V，原、副線圈中的電流與匝數(shù)成反比，所以電流之比為1∶5，由于副線圈接著二極管，它具有單向?qū)щ娦?，而電表均是交流電的有效值，電壓表的讀數(shù)小于44 V，故A、B正確；原、副線圈的電壓與匝數(shù)成正比，所以副線圈兩端電壓為44 V，但二極管具有單向?qū)щ娦裕鶕?jù)有效值的定義有×＝×T，從而求得電壓表兩端電壓有效值為U有效＝22 V，則1 min內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q＝×T＝2 904 J，故C正確；將滑動(dòng)變阻器滑片

22、向上滑動(dòng)，接入電路中的阻值變小，但對(duì)原、副線圈兩端的電壓無影響，即電壓表的讀數(shù)不變，電流表的讀數(shù)變大，所以D錯(cuò)誤。 2．(2018·淮安聯(lián)考)如圖所示的電路中，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2＝22∶5，電阻R1＝R2＝25 Ω，D為理想二極管，原線圈接u＝220sin 100πt(V)的交流電，則(　　) A．交流電的頻率為100 Hz B．通過R2的電流為1 A C．通過R2的電流為 A D．變壓器的輸入功率為200 W 解析：選C　由原線圈交流電瞬時(shí)值表達(dá)式可知，交變電流的頻率f＝＝＝50 Hz，A項(xiàng)錯(cuò)；由理想變壓器變壓規(guī)律＝可知，輸出電壓U2＝50 V，由理想二極管單向?qū)щ娦钥芍?，交變電流每個(gè)周期只有一半時(shí)間有電流通過R2，由交變電流的熱效應(yīng)可知，·＝·T?U＝U2＝25 V，由歐姆定律可知，通過R2的電流為 A，B項(xiàng)錯(cuò)，C項(xiàng)正確；其功率P2＝UI＝50 W，而電阻R1的電功率P1＝＝100 W，由理想變壓器輸入功率等于輸出功率可知，變壓器的輸入功率為P＝P1＋P2＝150 W，D項(xiàng)錯(cuò)。 把握三點(diǎn)，解決該類問題 (1)二極管具有單向?qū)щ娦裕赫驅(qū)ǎ聪蚪刂埂? (2)先假設(shè)二極管不存在，分析副線圈的電流，再利用二極管的單向?qū)щ娦詫?duì)副線圈的電流進(jìn)行修正。 (3)結(jié)合能量守恒定律進(jìn)行分析。