2019-2020年高考物理一輪復習講義 第2講 變壓器電能的輸送.doc

2019-2020年高考物理一輪復習講義 第2講 變壓器電能的輸送一、變壓器1變壓器的構(gòu)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(1)原線圈：與交流電源連接的線圈，也叫初級線圈(2)副線圈：與負載連接的線圈，也叫次級線圈2變壓器的原理：電流通過原線圈時在鐵芯中激發(fā)磁場，由于電流的大小、方向在不斷變化，鐵芯中的磁場也在不斷變化變化的磁場在副線圈中產(chǎn)生感應電動勢，所以盡管兩個線圈之間沒有導線相連，副線圈也能夠輸出電流互感現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ)3理想變壓器沒有能量損失的變壓器，即輸入功率等于輸出功率4基本關(guān)系式(1)功率關(guān)系：P入P出(2)電壓關(guān)系：；有多個副線圈時，(3)電流關(guān)系：只有一個副線圈時，.由P入P出及PUI推出有多個副線圈時，U1I1U2I2U3I3UnIn.5幾種常用的變壓器(1)自耦變壓器的原、副線圈共用一個線圈，如圖所示(2)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)在高壓電路中作用把高電壓變成低電壓把大電流變成小電流匝數(shù)特點副線圈匝數(shù)比原線圈匝數(shù)少副線圈匝數(shù)比原線圈匝數(shù)多二、電能的輸送1輸電線路及其電壓、電能損失(1)輸電線路(如圖所示)(2)電壓和電能損失輸電電流：I；電壓損失：UUUIrr；電能損失：PPPI2r()2r；2減少電能損失的方法：根據(jù)P損I2R線，減小輸電電能損失有兩種方法(1)減小輸電線的電阻：根據(jù)電阻定律R，要減小輸電線的電阻R，在輸電距離一定的情況下，可采用的方法有選用電阻率小的金屬材料，盡可能增大導線的橫截面積等(2)減小輸電導線中的電流：在輸電功率一定的情況下，根據(jù)PUI，要減小電流，必須提高輸電電壓3遠距離輸電(1)遠距離輸電導線上損失的電功率：輸送功率一定時，線路電流I，輸電線上損失功率P損I2R線R線，可知P損.遠距離輸電線路中的功率關(guān)系：P輸P損P用(2)遠距離輸電的基本電路：由于發(fā)電機組本身的輸出電壓不可能很高，所以采用高壓輸電時，在發(fā)電站內(nèi)需要升壓變壓器升壓到幾百千伏后再向遠距離送電，到達用電區(qū)再用降壓變壓器降到所需的電壓，基本電路如圖所示1如圖所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為21.電池和交變電源的電動勢都為6 V，內(nèi)阻均不計下列說法正確的是()AS與a接通的瞬間，R中無感應電流BS與a接通穩(wěn)定后，R兩端的電壓為0CS與b接通穩(wěn)定后，R兩端的電壓為3 VDS與b接通穩(wěn)定后，原、副線圈中電流的頻率之比為21解析：由理想變壓器的原理可知，當S與a接通電流穩(wěn)定時，由于通過原線圈與副線圈中的磁通量不發(fā)生變化，故在副線圈中無感應電流，但在剛接通瞬間，副線圈兩端的電壓不為零，R中有感應電流，故A錯誤，B正確；當S與b接通穩(wěn)定后，原線圈中接有交變電流，由變壓器的變壓比可得副線圈電壓為3 V，C正確；變壓器并不改變交變電流的頻率，D錯誤答案：BC2如圖所示，原、副線圈匝數(shù)比為21的理想變壓器正常工作時，以下說法不正確的是()A原、副線圈磁通量之比為21B原、副線圈電流之比為12C輸入功率和輸出功率之比為11D原、副線圈磁通量變化率之比為11解析： 由于原、副線圈共用一個鐵芯，故通過原、副線圈磁通量之比和原、副線圈磁通量變化率之比均為11，選項A錯誤而D正確；由I1I2n2n1得，I1I212，選項B正確；由于理想變壓器不考慮變壓器自身的功率損失，故選項C正確，本題選擇不正確的選項，故應選A.答案：A3對于遠距離輸電，在P送一定的情況下，設(shè)輸電線路中的電流為I送，輸電線的總電阻為R線，為了節(jié)能，采用高壓U送輸電，下列說法正確的是()A由U送I送R線，輸電線路中的電流變大B由P送I送U送，輸電線路中的電流變小C由P耗U/R線，輸電線路消耗功率增大D由P送IR線，不會影響輸電線路中的電流解析：由U線I線R線，I送I線，U送U線(U送U到U線)，故U送I送R線，選項A錯；公式P送I送U送，針對的是同一研究對象，故選項B對、D錯；P耗IR線IR線(P送/U送)2R線，因此U送增大時，輸電線路消耗功率P耗減小，故選項C錯答案：B4.如圖所示，一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為12；副線圈電路中接有燈泡，燈泡的額定電壓為220 V，額定功率為22 W；原線圈電路中接有電壓表和電流表現(xiàn)閉合開關(guān)，燈泡正常發(fā)光若用U和I分別表示此時電壓表和電流表的讀數(shù)，則()AU110 V，I0.2 A BU110 V，I0.05 ACU110 V，I0.2 A DU110 V，I0.2 A解析：由于燈泡正常發(fā)光，故燈泡兩端電壓即副線圈兩端電壓為U2220 V，通過燈泡的電流即副線圈中的電流為I20.1 A根據(jù)理想變壓器電壓關(guān)系U1U2n1n2，得U1110 V，電流關(guān)系I1I2n2n1，得I10.2 A，則UU1110 V，II10.2 A故選項A正確，選項B、D、D錯誤答案：A5圖甲中的變壓器為理想變壓器，原線圈的匝數(shù)n1與副線圈的匝數(shù)n2之比為101.變壓器的原線圈接如圖乙所示的正弦式電流，兩個20 的定值電阻串聯(lián)接在副線圈兩端電壓表為理想電表則()A原線圈上電壓的有效值為100 VB原線圈上電壓的有效值約為70.7 VC電壓表的讀數(shù)為5.0 VD電壓表的讀數(shù)約為3.5 V解析：本題考查交流電圖象的應用及理想變壓器與閉合電路由圖乙可得該正弦交流電的峰值為100 V，所以其有效值為：U70.7 V，A錯誤，B正確；由理想變壓器原、副線圈的電壓比等于相應的匝數(shù)比可得：u2，其中：U1有U70.7 V，所以U2有7.07 V，故副線圈上的電壓表的讀數(shù)為：UVU2有3.5 V，D正確，C錯誤答案：BD變壓器的工作原理及基本關(guān)系(xx課標)自耦變壓器鐵芯上只繞有一個線圈，原、副線圈都只取該線圈的某部分一升壓式自耦調(diào)壓變壓器的電路如圖所示其副線圈匝數(shù)可調(diào)已知變壓器線圈總匝數(shù)為1 900匝；原線圈為1 100匝，接在有效值為220 V的交流電源上當變壓器輸出電壓調(diào)至最大時，負載R上的功率為2.0 kW.設(shè)此時原線圈中電流有效值為I1，負載兩端電壓的有效值為U2，且變壓器是理想的，則U2和I1分別約為()A380 V和5.3 AB380 V和9.1 AC240 V和5.3 A D240 V和9.1 A解析：根據(jù)理想變壓器電壓比關(guān)系，代入數(shù)據(jù)解得副線圈兩端的電壓有效值U2380 V，因理想變壓器原、副線圈輸入和輸出的功率相等，即P入P出U1I1，解得I1 A9.1 A，選項B正確；選項A、C、D錯誤答案：B理想變壓器的注意事項(1)在理想變壓器中，副線圈的端電壓U2由輸入電壓U1和匝數(shù)比n2/n1共同決定，與負載電阻大小無關(guān)(2)電網(wǎng)送電遵循“用多少送多少”的原則，原線圈中的輸入電流I1是由副線圈中的輸出電流I2決定的，原、副線圈各一個繞組時，I1I2，副線圈有多個繞組時，由P入P出的功率關(guān)系來確定11：如圖甲所示，矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，輸出交流電的電動勢圖象如圖乙所示，經(jīng)原、副線圈的匝數(shù)比為110的理想變壓器給一燈泡供電如圖丙所示，副線圈電路中燈泡額定功率為22 W，現(xiàn)閉合開關(guān)，燈泡正常發(fā)光則()At0.01 s時刻穿過線框回路的磁通量為零B交流發(fā)電機的轉(zhuǎn)速為50 r/sC變壓器原線圈中電流表示數(shù)為1 AD燈泡的額定電壓為220 V解析：t0.01 s時刻交變電流電動勢為零，線圈處于中性面，磁通量最大；由圖象可知周期T0.02 s，轉(zhuǎn)速n50 r/s；變壓器原線圈中電壓有效值為U122 V，原線圈中輸入功率與副線圈輸出功率相同，由P22 W，PUI，得I1 A；由知副線圈兩端電壓U2220 V正確選項為B、C.答案：BC1匝數(shù)比不變的情況(如圖)(1)U1不變，根據(jù)，輸入電壓U1決定輸出電壓U2，不論負載電阻R如何變化，U2也不變(2)當負載電阻發(fā)生變化時，I2變化，輸出電流I2決定輸入電流I1，故I1發(fā)生變化(3)I2變化引起P2變化，P1P2，故P1發(fā)生變化2負載電阻不變的情況(如圖)(1)U1不變， 發(fā)生變化，故U2變化(2)R不變，U2改變，故I2發(fā)生變化(3)根據(jù)P2，P2發(fā)生變化，再根據(jù)P1P2，故P1變化，P1U1I1，U1不變，故I1發(fā)生變化(xx福建理綜)如圖，理想變壓器原線圈輸入電壓uUmsin t，副線圈電路中R0為定值電阻，R是滑動變阻器，和是理想交流電壓表，示數(shù)分別用U1和U2表示；和是理想交流電流表，示數(shù)分別用I1和I2表示下列說法正確的是()AI1和I2表示電流的瞬時值BU1和U2表示電壓的最大值C滑片P向下滑動過程中，U2不變、I1變大D滑片P向下滑動過程中，U2變小、I1變小解析：交流電表的示數(shù)為有效值，故A、B兩項均錯誤；P向下滑動過程中，R變小，由于交流電源、原副線圈匝數(shù)不變，U1、U2均不變，所以I2變大，由，得I1I2變大，故C項正確，D項錯誤答案：C分析動態(tài)問題的思路程序為：21：(xx濟南定時練習)自耦調(diào)壓變壓器上的滑動觸頭P移動，可以調(diào)節(jié)輸出電壓，線圈MN兩端與一個滑動變阻器相連接，Q為滑動變阻器的滑動觸頭，V1、V2為理想電壓表，如圖所示，下列說法正確的是()A當交流電源接a、b時，觸頭P上移，Q也上移，V1的示數(shù)不變，V2示數(shù)可能不變B當交流電源接a、b時，觸頭P上移，Q下移，V1的示數(shù)不變，V2示數(shù)增大C當交流電源接c、d時，觸頭P上移，V1的示數(shù)增大，V2示數(shù)不變D當交流電源接c、d時，觸頭P上移，V1的示數(shù)減小，V2示數(shù)不變解析：當交流電源接a、b時，P上移，原線圈匝數(shù)變大，電源電壓不變，V1示數(shù)不變，由電壓關(guān)系和U1、n2不變、n1變大可知副線圈電壓U2減小，Q上移，cd間阻值變大，V2示數(shù)可能不變，故A正確，同理B錯誤；當交流電源接cd時，P上移，電源電壓不變，V2示數(shù)不變，副線圈匝數(shù)變大，副線圈電壓變大，V1示數(shù)增大，故C正確、D錯誤答案：AC遠距離高壓輸電的幾個基本關(guān)系(以下圖為例)(1)功率關(guān)系P1P2，P3P4，P2P線P3.(2)電壓、電流關(guān)系，U2U線U3，I2I3I線(3)輸電電流：I線.(4)輸電導線上損失的電功率P損U線I線Ir()2r(xx天津理綜)通過一理想變壓器，經(jīng)同一線路輸送相同的電功率P，原線圈的電壓U保持不變，輸電線路的總電阻為R.當副線圈與原線圈的匝數(shù)比為k時，線路損耗的電功率為P1，若將副線圈與原線圈的匝數(shù)比提高到nk，線路損耗的電功率為P2，則P1和分別為()A.，B.2R，C. ， D. 2R，解析：根據(jù)變壓器的變壓規(guī)律，得k，nk，所以U1kU，U2nkU.根據(jù)PUI，知匝數(shù)比為k和nk的變壓器副線圈的電流分別為I1，I2.根據(jù)PI2R，輸電線路損耗的電功率分別為P1IR2R，P2IR2R，所以.選項D正確，選項A、B、C錯誤答案：D1.關(guān)于遠距離輸電問題的處理思路(1)畫出輸電線路圖，將已知量和未知量標在圖中相應位置；(2)將輸電線路劃分為幾個獨立回路；(3)根據(jù)串并聯(lián)電路特點、歐姆定律、電功率公式等確定各部分回路物理量之間關(guān)系；(4)根據(jù)升壓、降壓，原、副線圈的電壓、電流關(guān)系和功率關(guān)系列式求解2遠距離輸電問題的四個關(guān)鍵(1)畫出一個模型遠距離輸電模型圖(2)抓住輸電的兩端電源和用電器(3)分析兩條導線輸電導線(4)研究兩次電壓變換升壓和降壓31：如圖所示，有一臺交流發(fā)電機E，通過理想升壓變壓器T1和理想降壓變壓器T2向遠處用戶供電，輸電線的總電阻為R.T1的輸入電壓和輸入功率分別為U1和P1，它的輸出電壓和輸出功率分別為U2和P2；T2的輸入電壓和輸入功率分別為U3和P3，它的輸出電壓和輸出功率分別為U4和P4.設(shè)T1的輸入電壓U1一定，當用戶消耗的電功率變大時，有()AU2減小，U4變大BU2不變，U3變小CP1變小，P2變小 DP2變大，P3變大解析：本題考查遠距離輸電及理想變壓器的基本知識，解決本題的關(guān)鍵是對變壓器的工作原理的掌握和閉合電路歐姆定律的應用由理想變壓器輸出功率決定輸入功率可得，當用戶功率增大時，升壓變壓器的輸入功率必增大，即P1增大，輸入電壓U1為定值不變，升壓變壓器的匝數(shù)不變，輸入電壓不變，故輸出電壓U2不變，由于P1增大，由P1U1I1P2U2I2可得，I1增加，P2、I2增加，由閉合電路歐姆定律：U3U2I2R，故U3減小，降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)不變，所以隨U3減小，U4減小，A、C錯誤，B正確；由于用戶功率增加，即P4增加，理想變壓器無功率損耗可得：P3P4，功率P3也增加，故D正確答案：BD1思路1電壓思路：理想變壓器原、副線圈的電壓之比為U1/U2n1/n2；當變壓器有多個副繞組時U1/n1U2/n2U3/n32思路2功率思路：理想變壓器的輸入、輸出功率為P入P出，即P1P2；當變壓器有多個副繞組時P1P2P33思路3電流思路：理想變壓器原、副線圈的電流比為I1/I2n2/n1；當變壓器有多個副繞組時n1I1n2I2n3I3如圖所示的理想變壓器副線圈為雙繞組，兩個副線圈n2、n3分別通過開關(guān)S1、S2與電阻R1、R2連接，其阻值為R1R2R，原線圈n1接入正弦式交變電壓u10cos 100t (V)若只閉合開關(guān)S1，則電流表示數(shù)為0.2 A；若只閉合開關(guān)S2，電流表示數(shù)為1.25 A則()AR1消耗的電功率比R2大Bn2n325C若兩個開關(guān)同時閉合，電路消耗的總功率為14.5 WD若兩個開關(guān)同時閉合，R1消耗的電功率比R2大解析：開關(guān)分別閉合時，電阻消耗的電功率等于變壓器的輸入功率，即PI1U1，因此R1消耗的電功率比R2小，A錯；開關(guān)分別閉合時，而I1，I3，聯(lián)立解得，B正確；若兩個開關(guān)同時閉合，有I1U1I2U2I3U3，代入前面的和變壓比得I1I1I11.45 A，電路消耗的總功率PI1U114.5 W，C正確；若兩個開關(guān)同時閉合，通過R1、R2的電流與原來相同，因此消耗的功率也與原來相同，D錯答案：BC1.(xx海南單科)如圖，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為201，兩個標有“12 V，6 W”的小燈泡并聯(lián)在副線圈的兩端當兩燈泡都正常工作時，原線圈電路中電壓表和電流表(可視為理想的)的示數(shù)分別是()A120 V，0.10 AB240 V，0.025 AC120 V，0.05 A D240 V，0.05 A解析：副線圈電壓U212 V，由得U1240 V，副線圈中電流I221 A，由得I10.05 A.答案：D2在變電站里，經(jīng)常要用交流電表去監(jiān)測電網(wǎng)上的強電流，所用的器材叫電流互感器如圖所示的四個圖中，能正確反映其工作原理的是()解析：電流互感器是測電流的，應串聯(lián)在火線上，故B、D選項錯誤；同時，由I1n1I2n2知要使I2I1，須n2n1，故A選項正確，C選項錯誤答案：A3.如圖所示，理想變壓器的副線圈上通過輸電線接有兩個相同的燈泡L1和L2，輸電線的等效電阻為R，開始時，開關(guān)S斷開當S接通后，以下說法中正確的是()A副線圈兩端M、N的電壓不變B副線圈輸電線等效電阻R上的電壓減小C通過燈泡L1的電流增大D原線圈的輸入功率不變解析：副線圈輸出電壓決定于原線圈電壓和原副線圈匝數(shù)比，S接通后，副線圈兩端電壓不變，A項正確；S接通后，負載總電阻變小，故R上電流變大，R上的電壓變大，B項錯；燈泡L1兩端的電壓和通過其的電流均減小，C項錯；副線圈輸出功率變大，故原線圈輸入功率變大，D項錯答案：A4在遠距離輸電時，輸送的電功率為P，輸送電壓為U，所用導線的電阻率為，橫截面積為S，兩地距離為L，輸電線損失的電功率為P，用戶得到的電功率為P用，則P、P用的表達式正確的是()AP BPCP用P DP用P(1)解析：導線的電阻r，輸送的電流I，輸電線損失的電功率PI2r，B項正確用戶得到的電功率P用PPP(1)，D項正確答案：BD5(xx重慶理綜)如圖所示，理想變壓器的原線圈接入u11 000sin 100t(V)的交變電壓，副線圈通過電阻r6 的導線對“220 V/880 W”的電器RL供電，該電器正常工作由此可知()A原、副線圈的匝數(shù)比為501B交變電壓的頻率為100 HzC副線圈中電流的有效值為4 AD變壓器的輸入功率為880 W解析：由電器RL正常工作，可得通過副線圈的電流為I A4 A，故C對；副線圈導線所分電壓為Ur46 V24 V，副線圈兩端電壓U2220 V24 V244 V，因此原、副線圈的匝數(shù)比，故A錯；又P1P2U2I22444 W976 W，故D錯；交變電壓的頻率f50 Hz，故B錯答案：C