（新課改省份專用）2022年高考物理一輪復習 第十一章 第2節(jié) 理想變壓器與遠距離輸電學案（含解析）

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1、（新課改省份專用）2022年高考物理一輪復習 第十一章 第2節(jié) 理想變壓器與遠距離輸電學案（含解析）一、理想變壓器1構造和原理(1)構造：如圖所示，變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個線圈組成的。(2)原理：電磁感應的互感現(xiàn)象。副線圈與用電器斷開時，無電流通過副線圈，但副線圈兩端存在電壓。變壓器不能改變交變電流的頻率。2.基本關系式(1)功率關系：P入P出。(2)電壓關系：。有多個副線圈時。(3)電流關系：只有一個副線圈時。由能量守恒推出有多個副線圈時，U1I1U2I2U3I3UnIn。 二、遠距離輸電1功率關系：P1P2，P3P4，P2PP3。2電壓、電流關系：，U2UU3，I2I線I3。3

2、.輸電電流：I線。4電壓損失：UU2U3I2R線。5功率損失：PP2P3I22R線。深化理解1在分析變壓器問題時，一定要注意原、副線圈中各量的決定關系：U1決定U2，I2決定I1，P2決定P1。2分析和計算輸電線上的電壓損失和功率損失時要用U損I線R線，P損I線2R線，注意P損?；A自測一、判斷題(1)理想變壓器的基本關系式中，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副線圈與用電器斷開時，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，原線圈輸入的電流隨之減小。()(5)增大輸電導線的橫截面積有利于減少輸電

3、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，輸送的電功率越大，輸電過程中的電能損失越大。()二、選擇題1滬科版選修32 P75T3如圖所示為一理想變壓器，其原、副線圈匝數(shù)之比n1n241，原線圈兩端連接光滑導軌，副線圈與電阻R組成閉合電路。當直導線MN在勻強磁場中沿導軌向左勻速切割磁感線時，電流表 的示數(shù)是10 mA，那么電流表 的示數(shù)是()A40 mAB0C10 mAD2.5 mA解析：選B由于直導線MN勻速運動，則MN切割磁場產生的電流恒定，線圈中產生的磁通量也是恒定的，所以不會引起副線圈的磁通量變化，所以副線圈中不會有感應電流

4、產生，即電流表A2的示數(shù)為0，選項B正確。2粵教版選修32 P59 T4改編如圖所示，P是電壓互感器，Q是電流互感器，如果兩個互感器的變壓比和變流比都是50，電壓表的示數(shù)為220 V，電流表的示數(shù)為3 A，則輸電線路中的電壓和電流分別是()A11 000 V,150 A B1 100 V,15 AC4.4 V,16.7 AD4.4 V,0.06 A解析：選A由兩個互感器的變壓比和變流比可知輸電線路中的電壓為U22050 V11 000 V，電流為I350 A150 A，故A正確。3人教版選修32 P50 T3改編從發(fā)電站輸出的功率為220 kW，輸電線的總電阻為0.05 ，用110 V和11

5、kV兩種電壓輸電。兩種情況下輸電線上由電阻造成的電壓損失之比為()A1001 B1100C110D101解析：選A由PUI得輸電線的電流I，則輸電線上由電阻造成的電壓損失UIRR，所以兩種情況下：U1U2U2U11001，A正確。4如圖所示的電路中，變壓器為理想變壓器，a、b接在電壓有效值不變的交流電源兩端，R0為定值電阻，R為滑動變阻器?，F(xiàn)將變阻器的滑片從一個位置滑動到另一位置，觀察到電流表A1的示數(shù)增大了0.2 A，電流表A2的示數(shù)增大了0.8 A，則下列說法正確的是()A電壓表V1示數(shù)增大B電壓表V2、V3示數(shù)均增大C該變壓器起升壓作用D變阻器滑片是沿cd的方向滑動解析：選D電壓表V1的

6、示數(shù)和a、b間電壓的有效值相同，滑片滑動時V1示數(shù)不變，選項A錯誤；電壓表V2測量的電壓為副線圈兩端的電壓，原、副線圈匝數(shù)不變，輸入電壓不變，故V2示數(shù)不變，V3示數(shù)為V2示數(shù)減去R0兩端電壓，兩線圈中電流增大，易知R0兩端電壓升高，故V3示數(shù)減小，選項B錯誤；理想變壓器滿足U1I1U2I2，則U1I1U2I2，因I2I1，故U2n1，原線圈要接在火線上，故選項A正確。名師微點理想變壓器以及原、副線圈基本量的關系理想變壓器沒有能量損失(銅損、鐵損)，沒有磁通量損失(磁通量全部集中在鐵芯中)基功率關系原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率，P入P出本電壓關系原、副線圈的電壓比等于匝數(shù)比，U1U2n

7、1n2，與負載的多少無關關電流關系只有一個副線圈時，I1I2n2n1；有多個副線圈時，由P入P出，即I1U1I2U2I3U3InUn，得I1n1I2n2I3n3Innn系頻率關系f1f2(變壓器不改變交流電的頻率)考點二理想變壓器的動態(tài)分析問題多維探究類常見的理想變壓器的動態(tài)分析問題一般有兩種：匝數(shù)比不變的情況和負載電阻不變的情況。匝數(shù)比不變的情況負載電阻不變的情況(1)U1不變，根據(jù)，輸入電壓U1決定輸出電壓U2，可以得出不論負載電阻R如何變化，U2不變(2)當負載電阻發(fā)生變化時，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)P1P2，可以判斷

8、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P1P2，可以判斷P2變化時，P1發(fā)生變化，U1不變時，I1發(fā)生變化考法(一)匝數(shù)比不變，負載變化的情況例1如圖所示，理想變壓器原、副線圈接有額定電壓均為20 V的燈泡a和b。當輸入u220sin(100t)V的交變電壓時，兩燈泡均能正常發(fā)光。設燈泡不會被燒壞，下列說法正確的是()A原、副線圈匝數(shù)比為111B原、副線圈中電流的頻率比為111C當滑動變阻器的滑片向下滑少許時，燈泡b變亮D當滑動變阻器的滑片向下滑少許時，燈泡a變亮解析兩燈均正常發(fā)光，則原線圈輸入的電壓為：U1UU燈(22020)V200

9、 V，副線圈電壓：U2U燈20 V，根據(jù)理想變壓器變壓比得，故A錯誤；變壓器不改變交流電的頻率，即頻率比為11，故B錯誤；當滑動變阻器的滑片向下滑少許時，阻值減小，副線圈電流變大，根據(jù)，可知原線圈電流變大，燈泡a分擔的電壓變大，原線圈輸入的電壓變小，副線圈輸出電壓變小，所以燈泡a變亮，b變暗，故C錯誤，D正確。答案D例2 有一理想變壓器，副線圈所接電路如圖所示，燈L1、L2為規(guī)格相同的兩只小燈泡。當S斷開時，燈L1正常發(fā)光。S閉合后，下列說法正確的是()A電阻R消耗的電功率增大B燈L1、L2都能正常發(fā)光C原線圈的輸入功率減小D原、副線圈的電流比減小解析：選A當S閉開后，由變壓器電壓與匝數(shù)比關系

10、：，可知副線圈電壓U2不變，而電路的電阻減小，所以副線圈的電流增大，由PI2R知R消耗的功率增大，故A正確；副線圈的電流增大，所以電阻R的電壓增大，而副線圈電壓U2不變，所以燈泡兩端的電壓減小，燈L1、L2都不能正常發(fā)光，故B錯誤；由于副線圈中負載電阻減小，消耗的功率為P，故消耗的功率增大，又因為輸入功率等于輸出功率，故原線圈的輸入功率增大，所以C錯誤；變壓器原、副線圈的匝數(shù)不變，由電流與匝數(shù)關系，知原、副線圈中電流之比不變，故D錯誤?？挤?二)匝數(shù)比改變，負載不變的情況 例3(多選)如圖所示，電路中的變壓器為理想變壓器，S為單刀雙擲開關，U1為加在原線圈兩端的交變電壓，I1、I2分別為原、副

11、線圈中的電流。下列說法中正確的是()A保持U1不變，S由b切換到a，則R上消耗的功率減小B保持U1不變，S由a切換到b，則I2減小C保持U1不變，S由b切換到a，則I1增大D保持U1不變，S由a切換到b，則變壓器的輸入功率增大解析保持U1不變，S由b切換到a時，副線圈匝數(shù)增多，則輸出電壓U2增大，電流I2增大，R消耗的功率增大，由變壓器功率關系可知，其輸入功率也增大，故I1增大；S由a切換到b時，副線圈匝數(shù)減少，則輸出電壓U2減小，輸出電流I2減小，所以根據(jù)P2I2U2，P2減小；又因P1P2，所以變壓器輸入功率減小。由以上分析可知，正確選項為B、C。答案BC例4 如圖所示，接在家庭電路上的理

12、想降壓變壓器給小燈泡L供電，如果將原、副線圈減少相同匝數(shù)，其他條件不變，則()A小燈泡變亮B小燈泡變暗C原、副線圈兩端電壓的比值不變D通過原、副線圈電流的比值不變解析：選B由于家庭電路上理想變壓器為降壓變壓器，故n1n2，當原、副線圈減少相同的匝數(shù)時，其變壓比變大，根據(jù)，U1一定，U2變小，故小燈泡變暗，選項A錯誤，B正確；由知，原、副線圈電壓的比值變大，選項C錯誤；根據(jù)，則通過原、副線圈電流的比值變小，選項D錯誤。共性歸納含有變壓器的動態(tài)電路問題的解題思路考點三遠距離輸電師生共研類謹記遠距離輸電問題的“三 二 一”1理清三個回路在回路2中，U2UU3，I2I線I3。2抓住兩個聯(lián)系(1)理想的

13、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)中各個量間的關系是，P1P2。(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)中各個量間的關系是，P3P4。3掌握一個守恒能量守恒關系式P1P損P4。典例如圖為遠距離輸電示意圖，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uUmsin t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.C422rD422r解析升壓變壓器T的原線圈兩端電壓

14、的有效值為U1；由變壓關系可得，則U2；因為輸送電功率為P，輸電線中的電流為I2，則輸電線上損失的電功率為PI22(2r)，故選項C正確。答案C輸電線路功率損失的計算方法P損P1P4P1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U為輸電線路上損失的電壓，不要與U2、U3相混P損UI線U不要錯代入U2或U3題點全練1輸電原理遠距離輸電的原理圖如圖所示，升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為n1、n2，電壓分別為U1、U2，電流分別為I1、I2，輸電線上的電阻為R。變壓器為理想變壓器，則下列關系式中正確的是()A. BI2CI1U1I22RDI1U1I2U

15、2解析：選D根據(jù)變壓器的工作原理可知，所以選項A錯誤；因U2、I2、R不滿足歐姆定律公式中物理量之間的對應關系，所以選項B錯誤；U1I1U2I2，但U2I2I22R，選項C錯誤，D正確。2電壓、功率損失用一臺某型號的柴油發(fā)電機給災民臨時安置區(qū)供電，如圖所示。發(fā)電機到安置區(qū)的距離是400 m，輸電線路中的火線和零線均為GBCZ60型單股銅導線，該型號導線單位長度的電阻為2.5104，安置區(qū)家用電器的總功率為44 kW，當這些額定電壓為220 V的家用電器都正常工作時()型號AED6500S輸出電壓范圍220300 V最大輸出功率60 kWA.輸電線路中的電流為20 AB發(fā)電機的實際輸出電壓為30

16、0 VC在輸電線路上損失的電功率為8 kWD如果該柴油發(fā)電機發(fā)出的是正弦式交變電流，則其輸出電壓最大值是300 V解析：選C當這些額定電壓為220 V的家用電器都正常工作時，輸電線路中的電流為I200 A，選項A錯誤；導線電阻為R2.51044002 0.2 ，則發(fā)電機的實際輸出電壓為U輸UIR260 V，選項B錯誤；在輸電線路上損失的電功率為P損I2R8 kW，選項C正確；如果該柴油發(fā)電機發(fā)出的是正弦式交變電流，則其輸出電壓的最大值是UmU輸368 V，選項D錯誤。3輸電電路的計算(多選)如圖為某小型水電站的電能輸送示意圖，發(fā)電機通過升壓變壓器T1和降壓變壓器T2向用戶供電。已知輸電線的總電

17、阻R10 ，降壓變壓器T2的原、副線圈匝數(shù)之比為41，副線圈與用電器R0組成閉合電路。若T1、T2均為理想變壓器，T2的副線圈兩端電壓u220sin(100t)V。當用電器電阻R011 時，下列說法正確的是()A通過用電器R0的電流有效值是20 AB當用電器R0的阻值減小時，輸電線損耗的功率也隨著減小C發(fā)電機中的電流變化頻率為100 HzD升壓變壓器的輸入功率為4 650 W解析：選AD通過用電器R0的電流有效值I A20 A，A正確；當用電器R0的阻值減小時，由于電壓不變，電流增大，輸電線上的電流也增大，輸電線上損失的功率增大，B錯誤；變壓器不改變交流電的頻率，f50 Hz，C錯誤；降壓變壓

18、器的輸出功率為P1UI22020 W4 400 W，由理想變壓器原、副線圈電流與匝數(shù)成反比，得輸電線上的電流為I5 A，輸電線上損失的功率PI2R5210 W250 W，升壓變壓器的輸入功率PP1P4 650 W，D正確?？键c四實驗：探究變壓器電壓與線圈匝數(shù)的關系1實驗器材：學生電源、可拆變壓器(配備幾個不同匝數(shù)的線圈)、多用電表。2實驗步驟(1)把兩個線圈套到可拆變壓器的鐵芯上。一個線圈作為原線圈，連到學生電源的交流輸出端。另一個作為副線圈，兩端可以不接用電器。(2)閉合電源開關，用多用電表的交流電壓擋分別測量兩個線圈兩端的電壓，測量時，先用量程比較大的交流電壓擋，例如交流50 V擋，如果電

19、壓讀數(shù)表明實際電壓不太大，可以改用較小一級的電壓擋。測量完畢時斷開學生電源的開關。(3)改變學生電源的電壓設置，重復以上實驗。(4)原線圈與副線圈對調，重復以上實驗。(5)換用其他線圈，重復以上實驗。3實驗結論：在誤差允許的范圍內，變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)成正比， ?；A考法1(2019浙江臺州中學模擬)在“探究變壓器電壓與線圈匝數(shù)的關系”實驗中，某同學利用“教學用的可拆變壓器”進行探究。 (1)下列器材中，實驗需要的器材是_。(填字母)A干電池B低壓交流電源C220 V交流電源 D條形磁鐵E可拆變壓器和導線 F直流電壓表G多用電表(2)關于實驗操作，下列說法正確的是_ 。(填字母)A為了人

20、身安全，原線圈兩端只能使用低壓交流電源，所用電壓不要超過12 VB實驗通電時，可用手接觸裸露的導線、接線柱等檢查電路C使用多用電表測電壓時，先用中等量程擋試測，再選用恰當?shù)膿跷贿M行測量解析：(1)“探究變壓器電壓與線圈匝數(shù)的關系”的實驗，需要的器材有學生電源，提供低壓交流電，同時還需要交流電壓表來測量電壓及可拆變壓器和導線；故選B、E、G。(2)實驗時，為了人身安全，原線圈兩端只能使用低壓交流電源，所用電壓不超過12 V，故A正確；實驗通電時，用手接觸裸露的導線、接線柱等檢查電路，這樣無形之中，將人體并聯(lián)電路中，導致所測數(shù)據(jù)不準確，故B錯誤；使用多用電表測電壓時，先用最高量程擋試測，再選用恰當

21、的擋位進行測量，故C錯誤。答案：(1)BEG(2)A2(2019大慶模擬)有一個教學用的可拆變壓器，如圖甲所示，它有兩個外觀基本相同的線圈A、B，線圈外部還可以繞線。(1)某同學用一多用電表的同一歐姆擋先后測量了A、B線圈的電阻值，指針分別對應圖乙中的a、b位置，由此可推斷_線圈的匝數(shù)較多(選填“A”或“B”)。(2)如果把它看成理想變壓器，現(xiàn)要測定A線圈的匝數(shù)，提供的器材有：一根足夠長的絕緣導線、一只多用電表和低壓交流電源，請簡要敘述實驗的步驟(寫出要測的物理量，并用字母表示)。解析：(1)歐姆表示數(shù)等于指針示數(shù)與擋位的乘積，用同一擋位測電阻，指針偏角越大，所測電阻阻值越小，指針偏角越小，電

22、阻阻值越大，由題圖所示可知，a位置指針偏角小，線圈A的電阻大，線圈A的匝數(shù)較多。(2)實驗步驟：用長導線繞一個n匝線圈，作為副線圈替代A線圈；把低壓交流電源接B線圈，測得線圈的輸出電壓為U；用A線圈換下繞制的線圈測得A線圈的輸出電壓為UA，由可得線圈A的匝數(shù)nAn。答案：(1)A(2)用長導線繞一個n匝線圈，作為副線圈替代A線圈；把低壓交流電源接B線圈，測得線圈的輸出電壓為U；用A線圈換下繞制的線圈測得A線圈的輸出電壓為UA，由可得線圈A的匝數(shù)nAn?！皩ｍ椦芯俊蓖匾曇斑h距離輸電電路的兩類動態(tài)分析問題類型(一)發(fā)電電壓一定的動態(tài)分析問題例1(多選)小型水力發(fā)電站的發(fā)電機有穩(wěn)定的輸出電壓，該電壓

23、先通過發(fā)電站附近的升壓變壓器升壓，然后通過輸電線路把電能輸送到遠處用戶附近的降壓變壓器，經降壓變壓器降低電壓后再輸送至各用戶，如圖所示。設變壓器都是理想變壓器，那么在用電高峰期，隨著用電器增多，用戶消耗的電功率增加，下列說法正確的是()A發(fā)電機的輸出電流變小B高壓輸電線路的功率損失變大C降壓變壓器副線圈兩端的電壓變小D升壓變壓器副線圈兩端的電壓變大思路點撥根據(jù)用電器增加，可知降壓變壓器的輸出電流變大，故輸電線上的電流增大，升壓變壓器的輸入電流增大，進而分析其他物理量。解析用電高峰期用電器增多，降壓變壓器的輸出電流增大，由變壓器原副線圈電流關系可知輸電線上的電流I增大，發(fā)電機的輸出電流變大，選項

24、A錯誤；輸電線路上損失的功率P損I2r，r為輸電線路電阻，故P損變大，選項B正確；升壓變壓器副線圈的輸出電壓U2只與輸入電壓U1及原、副線圈匝數(shù)比有關，即升壓變壓器副線圈兩端的電壓不變，選項D錯誤；降壓變壓器原線圈兩端的電壓U3U2U損，U損Ir，I增大，U損增大，故U3減小，由理想變壓器原副線圈的電壓關系可知降壓變壓器副線圈兩端的電壓變小，選項C正確。答案BC針對訓練1如圖所示為某小型發(fā)電站的輸電示意圖，發(fā)電站輸出U1220sin(100t)V的交流電通過升壓變壓器升壓后進行高壓輸電，接近用戶時再通過降壓變壓器降壓給用戶供電。圖中高壓輸電線部分總電阻為r，負載端的電壓表是理想電壓表。下列有關

25、描述正確的是()A若開關S1、S2都斷開，則電壓表示數(shù)為零B負載端所接收交流電的頻率為25 HzC深夜開燈時燈較亮是因為高壓輸電線上電壓損失減小的緣故D用電高峰期燈泡較暗，可通過減少降壓變壓器副線圈的匝數(shù)來提高其亮度解析：選C開關都斷開時降壓變壓器空載，其副線圈兩端有電壓，電壓表示數(shù)不為零，選項A錯誤；變壓器不能改變交流電的頻率，故負載端所接收交流電的頻率還是50 Hz，選項B錯誤；深夜大部分用戶已關燈，干路中電流減小，線路損耗電壓也減小，用戶得到的電壓升高，故此時開燈較亮，選項C正確；用電高峰時，負載增多，負載電阻減小，干路中電流增大，因此輸電線路上損耗電壓增大，導致降壓變壓器的輸入電壓降低

26、，為提高負載電壓，可增大降壓變壓器副線圈的匝數(shù)，使負載電壓提高，選項D錯誤。類型(二)發(fā)電功率一定的動態(tài)分析問題例2(多選)如圖所示為某小型發(fā)電站高壓輸電示意圖，變壓器均為理想變壓器，發(fā)電機輸出功率P20 kW。在輸電線路上接入一個電流互感器，其原、副線圈的匝數(shù)比為110，電流表的示數(shù)為1 A，輸電線的總電阻r10 。下列說法正確的是()A采用高壓輸電可以增大輸電線路中的電流B升壓變壓器的輸出電壓U22 000 VC用戶獲得的功率為19 kWD將P下移，用戶獲得的電壓將增大思路點撥本題屬于發(fā)電機功率不變的遠距離輸電問題，解題時先利用電流互感器求得輸電線路上的電流，從而得到輸電線路上損失的功率，

27、然后利用PPrP用，得到降壓變壓器上的功率。解析采用高壓輸電可以減小輸電線路中的電流，從而減小輸電損耗，選項A錯誤；電流表的示數(shù)為1 A，電流互感器匝數(shù)比為110，故輸電線路中電流的大小I210 A，根據(jù)PU2I2可得升壓變壓器的輸出電壓U22 000 V，選項B正確；線路損耗的功率PrI22r1 kW，故用戶獲得的功率為19 kW，選項C正確；將P下移，降壓變壓器原線圈匝數(shù)增大，用戶獲得的電壓將減小，選項D錯誤。答案BC針對訓練2(多選)如圖甲為遠距離輸電示意圖，變壓器均為理想變壓器，升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為1100，其輸入電壓如圖乙所示，遠距離輸電線的總電阻為100 。降壓變壓器右側部

28、分為一火警報警系統(tǒng)原理圖，其中R1為一定值電阻，R2為用半導體熱敏材料制成的傳感器，當溫度升高時其阻值變小。電壓表V顯示加在報警器上的電壓(報警器未畫出)。未出現(xiàn)火警時，升壓變壓器的輸入功率為750 kW。下列說法正確的是()A降壓變壓器副線圈輸出的交變電流頻率為50 HzB遠距離輸電線路損耗功率為180 kWC當出現(xiàn)火警時，電壓表V的示數(shù)變小D當出現(xiàn)火警時，輸電線上的電流變小解析：選AC由題圖乙知交變電流的周期為0.02 s，所以頻率為50 Hz，A正確；由題圖乙知升壓變壓器輸入電壓有效值為250 V，根據(jù)變壓比公式知升壓變壓器副線圈兩端電壓為25 000 V，所以輸電線中的電流為I30 A，輸電線損失的電壓為UIR30100 V3 000 V，輸電線路損耗功率為PUI90 kW，B錯誤；當出現(xiàn)火警時傳感器R2阻值減小，降壓變壓器副線圈中電流增大，輸電線上電流變大，輸電線損失的電壓變大，降壓變壓器輸入、輸出電壓都變小，定值電阻的分壓增大，電壓表V的示數(shù)變小，C正確，D錯誤。