（通用版）2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十一章 第70課時 變壓器、電能的輸送（重點(diǎn)突破課）講義（含解析）

（通用版）2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十一章 第70課時 變壓器、電能的輸送（重點(diǎn)突破課）講義（含解析） 考點(diǎn)一理想變壓器理想變壓器的構(gòu)造、原理的理解，各物理量之間的基本關(guān)系、制約關(guān)系，以及變壓器電路的動態(tài)分析既是高考重點(diǎn)，也是學(xué)習(xí)難點(diǎn)。1構(gòu)造：如圖所示，變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的原線圈和副線圈組成的。2原理：電流磁效應(yīng)、電磁感應(yīng)。3理想變壓器三個基本關(guān)系電壓電流功率關(guān)系式n1I1n2I2P入P出依據(jù)EnU1I1U2I2能量守恒注意電流關(guān)系式僅適用于一個副線圈的情況 考法細(xì)研考法1理想變壓器關(guān)系式的應(yīng)用例1(2018·天津高考) 教學(xué)用發(fā)電機(jī)能夠產(chǎn)生正弦式交變電流。利用該發(fā)電機(jī)(內(nèi)阻可忽略)通過理想變壓器向定值電阻R供電，電路如圖所示，理想交流電流表A、理想交流電壓表V的讀數(shù)分別為I、U，R消耗的功率為P。若發(fā)電機(jī)線圈的轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼?，則()AR消耗的功率變?yōu)镻B電壓表V的讀數(shù)變?yōu)閁C電流表A的讀數(shù)變?yōu)?ID通過R的交變電流頻率不變解析發(fā)電機(jī)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大值EmNBS，其中2n，理想變壓器的輸入電壓(有效值)U1，若發(fā)電機(jī)線圈的轉(zhuǎn)速n變?yōu)樵瓉淼?，根?jù)，則電壓表V的讀數(shù)變?yōu)閁，通過R的電流變?yōu)樵瓉淼?，R消耗的功率變?yōu)镻，根據(jù)，電流表A的讀數(shù)變?yōu)镮，故B正確，A、C錯誤；交變電流的頻率f等于線圈的轉(zhuǎn)速n，故D錯誤。答案B(1)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化時，電動勢最大值發(fā)生變化，交變電流的頻率發(fā)生變化。(2)當(dāng)R兩端的電壓變?yōu)樵瓉淼臅r，R消耗的功率變?yōu)樵瓉淼摹?考法2理想變壓器的動態(tài)分析例2(2019·三門峽月考)如圖所示，變壓器輸入有效值恒定的電壓，副線圈匝數(shù)可調(diào)，輸出電壓通過輸電線輸送給用戶(小燈泡等用電器)，R表示輸電線的電阻，則()A用電器增加時，變壓器輸出電壓增大B要提高用戶的電壓，滑動觸頭P應(yīng)向上滑C用電器增加時，輸電線的熱損耗減小D用電器增加時，變壓器的輸入功率減小解析由于變壓器原、副線圈的匝數(shù)不變，而且輸入電壓不變，因此用電器增加不會影響輸出電壓，選項A錯誤；根據(jù)變壓器的變壓比可知輸出電壓U2U1，當(dāng)滑動觸頭P向上滑時，n2增大，所以輸出電壓增大，用戶的電壓增大，選項B正確；由于用電器是并聯(lián)的，因此用電器增加時總電阻變小，輸出電壓不變，總電流增大，故輸電線的熱損耗增大，選項C錯誤；用電器增加時總電阻變小，總電流增大，變壓器輸出功率增大，所以輸入功率增大，選項D錯誤。答案B規(guī)律方法理想變壓器動態(tài)變化問題的分析方法(1)分清不變量：線圈匝數(shù)比；負(fù)載電阻。(2)弄清理想變壓器中的制約關(guān)系： 集訓(xùn)沖關(guān)1.(多選)(2019·安慶檢測)如圖所示，理想變壓器原、副線圈分別接有額定電壓相同的燈泡a和b。當(dāng)輸入電壓U為燈泡額定電壓的10倍時，兩燈泡均能正常發(fā)光。下列說法正確的是()A原、副線圈匝數(shù)比為91B原、副線圈匝數(shù)比為19C此時a和b的電功率之比為91D此時a和b的電功率之比為19解析：選AD設(shè)燈泡的額定電壓為U0，輸入電壓為燈泡額定電壓的10倍時燈泡正常發(fā)光，則變壓器原線圈的電壓為9U0，變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為91，選項A正確，B錯誤；由9U0IaU0Ib得，流過b燈泡的電流是流過a燈泡電流的9倍，根據(jù)PUI，a、b燈泡的電功率之比為19，選項C錯誤，D正確。2.(2019·江西三校高三聯(lián)考)如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為101，b是原線圈中心的抽頭，電壓表和電流表均為理想交流電表，除R以外其余電阻不計。從某時刻開始在原線圈兩端加上交變電壓，其瞬時值表達(dá)式為u1220sin 100t V。下列說法中正確的是()At s時，電壓表的示數(shù)為220 VBt s時，a、c兩點(diǎn)間電壓瞬時值為110 VC滑動變阻器滑片向上移，電壓表的示數(shù)不變，電流表的示數(shù)減小D單刀雙擲開關(guān)由a扳向b，電壓表的示數(shù)不變，電流表的示數(shù)減小解析：選C原線圈兩端電壓有效值為220 V，由理想變壓器原、副線圈電壓之比等于匝數(shù)之比可得，副線圈兩端電壓有效值為 22 V，理想交流電壓表測量的是有效值即22 V，故A錯誤；t s 時，a、c兩點(diǎn)間電壓瞬時值為110 V，故B錯誤；滑動變阻器滑片向上移，接入電阻變大，副線圈兩端電壓由匝數(shù)比和輸入電壓決定，電壓表的示數(shù)不變，電流表示數(shù)減小，故C正確；單刀雙擲開關(guān)由a扳向b，原、副線圈的匝數(shù)比變小，匝數(shù)與電壓成正比，所以電壓表和電流表的示數(shù)均變大，故D錯誤。3(多選)(2019·河南中原名校聯(lián)盟質(zhì)檢)如圖所示是變壓器通過降壓給用戶供電的示意圖。變壓器的輸入電壓是市區(qū)電網(wǎng)的電壓，負(fù)載變化時輸入電壓不會有大的波動，可以認(rèn)為電壓表V1示數(shù)不變。兩條輸電線的總電阻用R0表示，滑動變阻器R表示用戶用電器的總電阻。如果變壓器上的能量損失忽略不計，當(dāng)用戶的用電器增加時，圖中各表的示數(shù)變化的情況是()A電流表A1示數(shù)變大B電流表A2示數(shù)變小C電壓表V2示數(shù)變大 D電壓表V3示數(shù)變小解析：選AD理想變壓器的輸出電壓是由輸入電壓和匝數(shù)比決定的，由于輸入電壓和匝數(shù)比不變，所以副線圈的輸出電壓不變，所以電壓表V2的示數(shù)不變，C錯誤；當(dāng)用電器增加時，相當(dāng)于R的值減小，副線圈的總電阻減小，所以電流變大，即電流表A2的示數(shù)變大，B錯誤；由于變壓器的輸入功率和輸出功率相等，副線圈的電阻減小時，輸出功率變大，所以原線圈的輸入功率也變大，因?yàn)檩斎腚妷翰蛔?，所以輸入電流變大，所以電流表A1的示數(shù)變大，A正確；由于副線圈的電流變大，電阻R0兩端的電壓變大，又因?yàn)殡妷罕鞻2的示數(shù)不變，所以電壓表V3的示數(shù)變小，D正確。 考點(diǎn)二三類特殊的變壓器三類特殊變壓器的結(jié)構(gòu)和工作情景復(fù)雜，成為變壓器問題的難點(diǎn)，其中兩類互感器結(jié)構(gòu)類似，容易造成混淆。對此類問題，關(guān)鍵還是理解三類特殊變壓器的工作原理，用好各物理量之間的基本關(guān)系。1自耦變壓器自耦變壓器(又稱調(diào)壓器)，它只有一個線圈，其中的一部分作為另一個線圈，如圖所示。當(dāng)交流電源接不同的端點(diǎn)時，它可以升壓(如圖甲)也可以降壓(如圖乙)，變壓器的基本關(guān)系對自耦變壓器均適用。2多副線圈的變壓器分析具有兩個(或兩個以上)副線圈的變壓器問題時，應(yīng)注意三個關(guān)系：(1)電壓關(guān)系：(2)電流關(guān)系：n1I1n2I2n3I3(3)功率關(guān)系：P1P2P33電壓互感器和電流互感器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)榈碗妷簩⒋箅娏髯優(yōu)樾‰娏骼玫墓絀1n1I2n2考法細(xì)研類型1自耦變壓器例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線圈，將其接在a、b間作為原線圈。通過滑動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，c、d間的輸出電壓為U2。在將滑動觸頭從M點(diǎn)順時針旋轉(zhuǎn)到N點(diǎn)的過程中()AU2U1，U2降低BU2U1，U2升高CU2U1，U2降低 DU2U1，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)，在滑動觸頭由M點(diǎn)移動到N點(diǎn)的過程中，副線圈的匝數(shù)減小，由變壓器工作原理知，U2U1，且U2降低，選項C正確。答案C類型2多副線圈的變壓器例2如圖所示，理想變壓器有兩個副線圈，匝數(shù)分別為n1和n2，所接負(fù)載4R1R2，當(dāng)只閉合S1時，電流表示數(shù)為1 A，當(dāng)S1和S2都閉合時，電流表示數(shù)為2 A，則n1n2為()A11 B12C13 D14解析變壓器原、副線圈的磁通量變化率相同，所以UU1U2nn1n2，根據(jù)能量守恒，輸出功率等于輸入功率，所以當(dāng)只閉合S1時，UI，當(dāng)S1和S2都閉合時，UI，代入數(shù)據(jù)I1 A、I2 A可得U224U12，即U1U212，所以n1n212，選項B對。答案B對于副線圈有兩個及以上的理想變壓器，電壓與匝數(shù)成正比是成立的，而電流與匝數(shù)成反比的規(guī)律不成立。但在任何情況下，電流關(guān)系都可以根據(jù)原線圈的輸入功率等于所有副線圈的輸出功率之和進(jìn)行求解。 類型3電壓互感器和電流互感器例3(2019·合肥一中等六校聯(lián)考)如圖所示，L1和L2是不計電阻的輸電線，甲是電壓互感器，乙是電流互感器。若已知甲的變壓比為5001，乙的變流比為2001，并且已知加在電壓表兩端的電壓為220 V，通過電流表的電流為5 A，則輸電線的輸送功率為()A1.1×108 W B1.1×106 WC1.1×104 W D1.1×102 W解析已知變壓比為5001，電壓表示數(shù)為220 V，故傳輸電壓為：U220×500 V1.1×105 V；已知變流比為2001，電流表示數(shù)為5 A，故傳輸電流為：I5×200 A1 000 A；故輸送功率為：PUI1.1×105 V×1 000 A1.1×108 W，故選項A正確。答案A考點(diǎn)三遠(yuǎn)距離輸電問題1一條線路2兩處關(guān)系升壓變壓器T1兩端降壓變壓器T2兩端，P1P2，P3P43.兩種損耗(1)電壓損耗：輸電線路上I2IRI3，總電阻R導(dǎo)致的電壓損耗URU2U3IRR。(2)功率損耗：輸電線路發(fā)熱導(dǎo)致的功率損耗PRP2P3IR2R，注意PR。典例如圖所示，甲是遠(yuǎn)距離輸電線路的示意圖，乙是發(fā)電機(jī)輸出電壓隨時間變化的圖像，則()A用戶用電器上交流電的頻率是100 HzB發(fā)電機(jī)輸出交流電的電壓有效值是500 VC輸電線的電流只由降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比決定D當(dāng)用戶用電器的總電阻增大時，輸電線上損失的功率減小解析由u­t圖像可知，交流電的周期T0.02 s，故頻率f50 Hz，選項A錯誤；交流電的最大值Um500 V，故有效值U250 V，選項B錯誤；輸電線上的電流還受降壓變壓器副線圈上的電阻的影響，選項C錯誤；當(dāng)用戶用電器的總電阻增大時，降壓變壓器副線圈上的電流減小，根據(jù)，降壓變壓器原線圈(輸電線)上的電流減小，根據(jù)PI12R，得輸電線損失的功率減小，選項D正確。答案D輸電線上損失的功率必須與輸電線上的電流和電壓相對應(yīng)，即PRIR2RURIR，不要把輸電線上的輸電電壓U和輸電導(dǎo)線上損失的電壓UR相混淆。 集訓(xùn)沖關(guān)1在電能輸送過程中，若輸送的電功率一定、輸電線電阻一定，則在輸電線上損失的功率()A與輸電線上電壓的二次方成正比B與輸送電流的二次方成反比C與輸電線上損失的電壓的二次方成正比D與輸送電流成正比解析：選C輸電線上的功率損失PI線2R線，電壓損失UUUI線R線，輸電電流I線，所以PI線2R線2R線，可知在輸送功率一定和輸電線電阻一定時，P與I線2成正比，與U2成正比，與U2成反比，C正確。2(多選)如圖為遠(yuǎn)距離輸電示意圖，發(fā)電機(jī)的輸出電壓和輸電線的電阻、理想變壓器匝數(shù)均不變，且n1n2n4n3。當(dāng)用戶用電器的總電阻減小時()AU1U2U4U3B用戶的電壓U4增大C輸電線上損失功率增大D用戶消耗的功率等于發(fā)電機(jī)的輸出功率解析：選AC根據(jù)，以及n1n2n4n3，知U1U2U4U3，故A正確；當(dāng)用戶用電器總電阻減小時，則電流增大，所以輸電線上的電流增大，根據(jù)P損I2R知，輸電線上損耗的功率增大，根據(jù)UIR知，輸電線上的電壓損失變大，發(fā)電機(jī)的輸出電壓不變，則升壓變壓器的輸出電壓不變，降壓變壓器的輸入電壓變小，用戶的電壓U4減小，故C正確，B錯誤；用戶消耗的功率等于發(fā)電機(jī)的輸出功率與輸電線上損失的功率之差，故D錯誤。3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()ABC422r D422r解析：選C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PI22·2r，故選項C正確。