高考物理复习第十一章第2讲变压器电能的输送讲义（含解析）新人教版.docx

第2讲变压器电能的输送基础知识填一填知识点1理想变压器1变压器的构造：变压器由原线圈、副线圈和闭合铁芯组成2原理：电流磁效应、电磁感应.3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、副线圈的电阻均为零，变压器的输入功率和输出功率相等4理想变压器原、副线圈基本量的关系功率关系根据能量守恒可得：原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，即P入P出电压关系原、副线圈的电压之比等于其匝数之比，公式：，与负载、副线圈的个数无关电流关系(1)只有一个副线圈时：(2)有多个副线圈时：由P入P出得I1U1I2U2I3U3InUn或I1n1I2n2I3n3Innn频率关系f1f2(变压器不改变交变电流的频率)判断正误，正确的划“”，错误的划“”(1)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()(2)理想变压器能改变交变电压、交变电流，但不改变功率，即输入功率总等于输出功率()(3)理想变压器基本关系式中，电压和电流可以均为有效值()(4)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()知识点2电能的输送如图所示，若发电站输出电功率为P，输电电压为U，用户得到的电功率为P，用户的电压为U，输电线总电阻为R.1输出电流：I.2电压损失：UUUIR3功率损失：PPPI2R2R.4减少输电线上电能损失的方法(1)减小输电线的电阻R.由R知，可加大导线的横截面积、采用电阻率小的材料做导线(2)减小输电线中的电流在输电功率一定的情况下，根据PUI，要减小电流，必须提高输电电压.判断正误，正确的划“”，错误的划“”(1)高压输电的目的是增大输电的电流()(2)在输送电压一定时，输送的电功率越大，输送过程中损失的功率越小()(3)高压输电可以减少输电线路上的电能损失，且输电线路上电压越高越好()教材挖掘做一做1(人教版选修32 P43科学漫步改编)(多选) 如图所示，L1、L2是高压输电线，图中两电表示数分别是220 V和10 A，已知甲图中原、副线圈匝数比为1001，乙图中原、副线圈匝数比为110，则()A甲图中的电表是电压表，输电电压为22 000 VB甲图是电流互感器，输电电流是100 AC乙图中的电表是电压表，输电电压为22 000 VD乙图是电流互感器，输电电流是100 A解析：AD根据匝数比，有U1U2220 V22 000 V，故A正确；甲图是电压互感器，故B错误；乙图是电流互感器，电表是电流表，故C错误；只有一个副线圈的变压器，电流比等于匝数的反比，有I1I210 A100 A，故D正确2(人教版选修32 P44第2题改编)有些机床为了安全，照明电灯用的电压是36 V，这个电压是把380 V的电压降压后得到的如果变压器的原线圈是1 140匝，副线圈是()A1 081匝B1 800匝C108 匝 D8 010匝解析：C由题意知U1380 V，U236 V，n11 140匝，则 得n2n1108匝3(人教版选修32 P50第3题改编)从发电站输出的功率为220 kW，输电线的总电阻为0.05 ，用110 V和11 kV两种电压输电两种情况下输电线上由电阻造成的电压损失之比为()A1001 B1100C110 D101解析：A由题意知输电线上的电流I，则输电线的总电阻造成的电压损失UIr，故，故选A.4(人教版选修32 P48科学漫步改编)超导是当今高科技研究的热点，利用超导材料可实现无损耗输电现有一直流电路，输电线的总电阻为0.4 ，它提供给用电器的电功率为40 kW，电压为800 V若用临界温度以下的超导电缆代替原来的输电线，保持供给用电器的功率和电压不变，那么节约的电功率为()A1 kWB1.6103 kWC1.6 kW D10 kW解析：A节约的电功率即为普通电路输电时损耗的电功率，I A50 A，P线I2R5020.4 W1 000 W，故节约的电功率为1 kW，A项正确考点一理想变压器基本关系的应用考点解读1理想变压器的制约关系制约关系电压副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定 U2U1功率原线圈的输入功率P入由副线圈的输出功率P出决定 P入P出电流原线圈电流I1由副线圈电流I2和匝数比决定I1I22.几种常用的变压器(1)自耦变压器调压变压器，如图甲(降压作用)、乙(升压作用)所示(2)互感器典例赏析典例1(2017北京卷)如图所示，理想变压器的原线圈接在u220sin 100t(V)的交流电源上，副线圈接有R55 的负载电阻，原、副线圈匝数之比为21，电流表、电压表均为理想电表下列说法正确的是()A原线圈的输入功率为220 WB电流表的读数为1 AC电压表的读数为110 VD副线圈输出交流电的周期为50 s解析B由题知，变压器的输入电压U1 V220 V，所以U2U1110 V；副线圈电流I22 A，原线圈电流I1I21 A本题中电压表、电流表的读数为有效值，故B项正确，C项错误；原线圈输入功率P1U1I1220 W，A项错误；交流电的周期Ts0.02 s，D项错误理想变压器问题三点应牢记1熟记两个基本公式：(1)，即对同一变压器的任意两个线圈，都有电压和匝数成正比(2)P入P出，即无论有几个副线圈在工作，变压器的输入功率总等于输出功率之和2原、副线圈中通过每匝线圈磁通量的变化率相等3原、副线圈中电流变化规律一样，电流的周期、频率一样题组巩固1如图为一理想变压器，其原、副线圈匝数之比n1n241，原线圈两端连接光滑导轨，副线圈与电阻R组成闭合电路当直导线MN在匀强磁场中沿导轨向左匀速切割磁感线时，电流表的示数是10 mA，那么电流表的示数是( )A40 mAB0C10 mA D2.5 mA答案：B2(2016全国卷)(多选)如图，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b.当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光下列说法正确的是()A原、副线圈匝数比为91B原、副线圈匝数比为19C此时a和b的电功率之比为91D此时a和b的电功率之比为19解析：AD设灯泡额定电压为U0，则原线圈两端电压U110U0U09U0，副线圈两端的电压U2U0，根据，可得原、副线圈匝数之比，选项A正确，选项B错误；由可得，原、副线圈电流之比为19，由PUI可得，此时a和b的电功率之比为19，选项C错误，选项D正确考点二理想变压器的动态分析考点解读1匝数比不变的情况(如图所示)(1)U1不变，根据，输入电压U1决定输出电压U2，可以得出不论负载电阻R如何变化，U2不变(2)当负载电阻发生变化时，I2变化，根据输出电流I2决定输入电流I1，可以判断I1的变化(3)I2变化引起P2变化，根据P1P2，可以判断P1的变化2负载电阻不变的情况(如图所示)(1)U1不变，发生变化，U2变化(2)R不变，U2变化，I2发生变化(3)根据P2和P1P2，可以判断P2变化时，P1发生变化，U1不变时，I1发生变化典例赏析典例2(2019定州月考)(多选)理想变压器的原线圈连接一只电流表，副线圈接入电路的匝数可以通过滑动触头Q调节，如图，在副线圈上连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，P为滑动变阻器的滑动触头原线圈两端接在电压为U的交流电源上，则()A保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表的读数变大B保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表的读数变小C保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表的读数变大D保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表的读数变小解析BC在原、副线圈匝数比一定的情况下，变压器的输出电压由输入电压决定因此，当Q位置不变时，输出电压U不变，此时P向上滑动，负载电阻值R增大，则输出电流I减小根据输入功率P入等于输出功率P出，电流表的读数I变小，故A错误，B正确；P位置不变，将Q向上滑动，则输出电压U变大，I变大，电流表的读数变大，变压器的输入功率变大，因此选项C正确，D错误解决理想变压器中有关物理量的动态分析问题的方法：(1)分清不变量和变量，弄清理想变压器中电压、电流、功率之间的联系和相互制约关系，利用闭合电路欧姆定律，串、并联电路特点进行分析判定母题探究母题典例2探究1.匝数比不变，负载改变时的动态分析探究2.匝数比改变，负载不变时的动态分析探究3.原、副线圈匝数都改变时的动态分析探究1匝数比不变，负载改变时的动态分析如图所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表下列说法正确的是()A当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R1消耗的功率变大B当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变大C当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电流表A1示数变大D若闭合开关S，则电流表A1示数变大、A2示数变大解析：B当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R的阻值变大，变压器的次级电压不变，则次级电流减小，则R1消耗的功率及两端电压均变小，电压表的示数等于变压器次级电压减去R1两端的电压，故电压表的示数变大，选项A错误，B正确；由于当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，次级电流减小，故初级电流也减小，电流表A1示数变小，选项C错误；若闭合开关S，则变压器的次级电阻减小，次级电流变大，R1的电压变大，则电压表V示数减小，则R2两端电压减小，电流表A2读数减小；次级电流变大，则初级电流变大，则电流表A1示数变大，选项D错误；故选B.探究2匝数比改变，负载不变时的动态分析如图为加热装置的示意图，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12B副线圈输出功率比为21C副线圈的接入匝数比为21D原线圈输入功率比为12解析：C原线圈的输入电压和匝数不变，根据输出电压的有效值由220 V降到110 V，由理想变压器原理，可得副线圈的匝数变为原来的，C选项正确；根据P可得，副线圈的输出功率变为原来的，同样原线圈的输入功率也变为原来的，B、D错误；故PUI可得副线圈的电流变为原来的，A错误探究3原、副线圈匝数都改变时的动态分析(2016四川理综)如图所示，接在家庭电路上的理想降压变压器给小灯泡L供电，如果将原、副线圈减少相同匝数，其他条件不变，则()A小灯泡变亮B小灯泡变暗C原、副线圈两端电压的比值不变D通过原、副线圈电流的比值不变解析：B根据变压器电压与匝数关系，因为是降压变压器，则n1n2，当原、副线圈减少相同匝数时，由数学知识可知变大，则U2减小，故灯泡变暗，选项A、C错误，B正确；根据可知通过原、副线圈电流的比值变小，选项D错误故选B.考点三远距离输电问题考点解读1理清三个回路回路1：发电机回路该回路中，通过线圈1的电流I1等于发电机中的电流I机；线圈1两端的电压U1等于发电机的路端电压U机；线圈1输入的电功率P1等于发电机输出的电功率P机回路2：输送电路I2I3I线，U2U3U，P2PP3.回路3：输出电路I4I用，U4U用，P4P用2抓住两个物理量的联系(1)理想的升压变压器联系着回路1和回路2，由变压器原理可得：线圈1(匝数为n1)和线圈2(匝数为n2)中各个量间的关系是，P1P2.(2)理想的降压变压器联系着回路2和回路3，由变压器原理可得：线圈3(匝数为n3)和线圈4(匝数为n4)中各个量间的关系是，P3P4.3掌握一个能量守恒定律发电机把机械能转化为电能，并通过导线将能量输送给线圈1，线圈1上的能量就是远程输电的总能量，在输送过程中，先被输送回路上的导线电阻损耗一小部分，剩余的绝大部分通过降压变压器和用户回路被用户使用消耗，所以其能量关系为P1P线损P用户典例赏析典例3(2019湖南六校联考)(多选)某大型光伏电站的功率是500 kW，电压为12 V，送往外地时，先通过逆变器转化为220 V的交流电(转化效率为80%)，然后经变压器升压为20 000 V，通过总电阻为20 的输电线路送往某地，再经变压器降为220 V，电压供用户使用，下列说法正确的是( )A变压器的原、副线圈匝数比为1 00011B变压器的原、副线圈匝数比为111 000C用户最多可使用的功率为392 kWD用户负载越多，线路上损耗的功率越小解析BC变压器的原、副线圈匝数比为，B项正确变压器的输出功率P2P1500 kW80%400 kW，输电电流I20 A，则输电线上损失的电压UIR线400 V，变压器的输入电压U1U2U19 600 V，则变压器的原、副线圈匝数比为，A项错误用户最多可使用的功率为P用P2I2R线4105 W8 000 W392 kW，C项正确用户负载越多，线路上电流越大，线路上损耗的功率越大，D项错误输电线路功率损失的计算方法P损P1P4P1为输送的功率，P4为用户得到的功率P损IR线I线为输电线路上的电流，R线为线路电阻P损U为输电线路上损失的电压，不要与U2、U3相混P损UI线注意：U不要错代入U2或U3题组巩固1(2018江苏卷)采用220 kV高压向远方的城市输电当输送功率一定时，为使输电线上损耗的功率减小为原来的，输电电压应变为()A55 kVB110 kVC440 kV D880 kV解析：C本题考查输电线路的电能损失，意在考查考生的分析能力当输电功率PUI，U为输电电压，I为输电线路中的电流，输电线路损失的功率为P损I2R，R为输电线路的电阻，即P损2R.当输电功率一定时，输电线路损失的功率变为原来的，则输电电压为原来的2倍，即440 V，故选项C正确2如图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uUmsin t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.C422r D422r解析：C升压变压器T的原线圈两端电压的有效值为U1；由变压关系可得，则U2；因为输送电功率为P，输电线中的电流为I2，则输电线上损失的电功率为PI(2r)422r，故选项C正确思想方法(二十二)含二极管的变压器问题方法阐述1.二极管具有单向导电性：正向导通，反向截止2.先假设二极管不存在，分析副线圈的电流，再利用二极管的单向导电性对副线圈的电流进行修正3.结合能量守恒定律进行分析.典例赏析典例(2019西安八校联考)如图所示的电路中，理想变压器原、副线圈的匝数比n1n2225，电阻R1R225 ，D为理想二极管，原线圈接u220sin 100t(V)的交流电，则( )A交流电的频率为100 HzB通过R2的电流为1 AC通过R2的电流为 AD变压器的输入功率为200 W解析C由原线圈交流电瞬时值表达式可知，交变电流的频率f50 Hz，A项错；由理想变压器变压规律可知，输出电压U250 V，由理想二极管单向导电性可知，交变电流每个周期只有一半时间有电流通过R2，由交变电流的热效应可知，TUU225 V，由欧姆定律可知，通过R2的电流为 A，B项错，C项正确；电阻R2的功率P2UI50 W，而电阻R1的电功率P1100 W，由理想变压器输入功率等于输出功率可知，变压器的输入功率为PP1P2150 W，D项错题组巩固1(2019沈阳模拟)(多选)如图，一理想变压器的原线圈接在电压为220 V的正弦交流电源上，两副线圈匝数分别为n216匝、n3144匝，通过理想二极管(具有单向导电性