2019年高考物理大一轮复习第11章交变电流传感器第2讲变压器电能的输送学案新人教版.doc

第二讲变压器电能的输送一理想变压器12对于理想变压器，原线圈与电源相连，副线圈不接负载时，副线圈两端的电压为零吗？副线圈中的电流为零吗？提示：不为零为零3理想变压器的副线圈有两个，公式和还成立吗？此时电流和匝数有何关系？提示：由于线圈中的磁通量相同，故成立；由能量守恒I1U1I2U2I3U3，I1n1I2n2I3n3，公式不成立.二电能的输送12在如图所示的高压输电线路中写出不同回路间各物理间的关系I2I3P2P3IR线P1P2U2U3U P3P41判断正误(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)变压器副线圈并联更多的用电器时，原线圈的输入电流随之增大()(4)变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用()(5)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()答案：(1)(2)(3)(4)(5)2(人教版选修32P44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匝答案：C3(人教版选修32P44第5题改编)如图所示的电路中，变压器为理想变压器，a、b接在电压有效值不变的交流电源两端，R0为定值电阻，R为滑动变阻器现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置，观察到电流表A1的示数增大了0.2 A，电流表A2的示数增大了0.8 A，则下列说法正确的是()A电压表V1示数增大B电压表V2、V3示数均增大C该变压器起升压作用D变阻器滑片是沿cd的方向滑动答案：D4(人教版选修32P50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100 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()A1001B1100C110D101答案：A考点一理想变压器基本关系和动态分析1匝数比不变的情况(1)U1不变，根据，输入电压U1决定输出电压U2，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，输出电流I2决定输入电流I1，故I1发生变化(3)I2变化引起P2变化，P1P2，故P1发生变化2负载电阻不变的情况(1)U1不变，发生变化，故U2变化(2)R不变，U2变化，故I2发生变化(3)根据P2，P2发生变化，再根据P1P2，故P1变化，P1U1I1，U1不变，故I1发生变化3变压器动态问题的分析流程 (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、副线圈匝数之比为91B原、副线圈匝数之比为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：选AD设灯泡的额定电压为U0，两灯均能正常发光，所以原线圈输出端电压为U19U0，副线圈两端电压为U2U0，故，根据，A正确B错误；根据公式可得，由于小灯泡两端的电压相等，所以根据公式PUI可得两者的电功率之比为19，C错误，D正确处理变压器问题需要注意的细节(1)熟记两个基本公式，即对同一变压器的任意两个线圈，都有电压和匝数成正比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. (2015全国卷)一理想变压器的原、副线圈的匝数为31，在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻，原线圈一侧接在电压为220 V的正弦交流电源上，如图所示设副线圈回路中电阻两端的电压为U，原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k，则()AU66 V，kBU22 V，kCU66 V，kDU22 V，k解析：选A设原线圈中电流为I，由知副线圈中的电流为3I，由题意知副线圈中电阻两端的电压U3IR，则原线圈回路中R两端的电压UIR，原线圈两端的电压U13U，由闭合电路中电压关系可知U1U220 V，即3U220 V，U66 V，原线圈回路中电阻消耗的功率P1I2R，副线圈回路中电阻消耗的功率P2(3I)2R，k，选项A正确 (2016全国卷)一含有理想变压器的电路如图所示，图中电阻R1、R2和R3的阻值分别是3 、1 和4 ，A为理想交流电流表，U为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定当开关S断开时，电流表的示数为I；当S闭合时，电流表的示数为4I.该变压器原、副线圈匝数比为()A2B 3C4D5解析：选B当S断开时，电路如图所示由闭合电路欧姆定律，原线圈两端电压U1UIR1得U1U3I根据变压器原副线圈电压关系：副线圈中的电流：I2联立得：2当S闭合时，电路如图所示由闭合电路欧姆定律，原线圈两端电压U1U4IR1得U1U12I根据变压器原副线圈电压关系：副线圈中的电流得：I2联立得2联立解得3变压器与电路动态分析相结合问题的分析方法(1)分清不变量和变量；(2)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；(3)利用闭合电路欧姆定律、串并联电路特点进行分析判定 (2018大连双基测试)如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为41，b是原线圈的中心抽头，图中电表均为理想的交流电表，定值电阻R10 ，其余电阻均不计从某时刻开始在原线圈c、d两端加上如图乙所示的交变电压，则下列说法正确的是()A当单刀双掷开关由a拨向b时，原线圈的输入功率增大B当单刀双掷开关与a连接且t0.01 s时，电流表示数为零C当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为778 VD当单刀双掷开关由a拨向b时，副线圈输出电压的频率为25 Hz解析：选A当单刀双掷开关由a拨向b时，原线圈的匝数减小，由得U2，则副线圈电压增大，副线圈功率增大，由P1P2可得原线圈的功率也增大，选项A正确；电流表显示的是有效值，则任意时刻都不是零，选项B错误；由乙图可得原线圈输入电压的有效值为220 V，由U2可得副线圈的电压为55 V，选项C错误；由乙图可得交变电流的频率为50 Hz，理想变压器不改变电压的频率，则副线圈电压的频率也为50 Hz，选项D错误1(2017福建宁德一模)如图所示，理想变压器的副线圈接有一规格为“44 V44 W”的灯泡和线圈电阻r1 的电动机，原线圈接上u220sin 100t(V)的正弦交流电后灯泡和电动机都正常工作，且原线圈中理想交流电流表的示数为1 A，下列说法正确的是()A理想变压器原、副线圈匝数之比为41B电动机的输出功率为176 WC电动机的热功率为6 WD若电动机被卡住，灯泡仍正常工作，则电流表的示数变为9 A解析：选D原线圈两端的电压有效值为U1220 V，灯泡和电动机都正常工作，所以灯泡两端的电压有效值为44 V，根据理想变压器原、副线圈电压与匝数成正比，得，故A错误；根据电流与匝数成反比有，得副线圈中的电流有效值I25 A，灯泡中的电流IL A1 A，因为I2IMIL，可得流过电动机的电流有效值IM4 A，电动机输入功率为P入U2IM176 W，电动机的热功率为P热Ir16 W，所以电动机的输出功率为P出P入P热160 W，故B、C错误；若电动机被卡住，灯泡仍正常工作，IM44 A，流过副线圈的电流I2ILIM45 A，根据电流与匝数成反比得I19 A，故D正确2如图甲所示的“火灾报警系统”电路中，理想变压器原、副线圈匝数之比为101，原线圈接入图乙所示的电压，电压表和电流表均为理想电表，R0为半导体热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，R1为变阻器当通过报警器的电流超过某值时，报警器将报警下列说法正确的是()A电压表V的示数为20 VBR0处出现火警时，电流表A的示数减小CR0处出现火警时，变压器的输入功率增大D要使报警器的临界温度升高，可将R1的滑片P适当向下移动解析：选C由图乙知，电压的最大值为Um200 V，设电压的有效值为U，则T，得U100 V，变压器原、副线圈中的电压之比等于匝数之比，所以电压表的示数为10 V，选项A错误；R0处温度升高时阻值减小，副线圈电流增大，输出功率增大，由于输出功率与输入功率相等，所以输入功率增大，电流表示数增大，选项B错误，C正确；随着温度升高，热敏电阻阻值减小，若R1滑片向下移动，并联部分的总电阻增大，电压增大，易达到报警器的报警电压值，出现报警现象，故将R1的滑片P向下移动相当于降低了报警器的临界温度，选项D错误.考点二变压器和交变电流的综合 (2018河南校级模拟)(多选)如图所示，50匝矩形闭合导线框ABCD处于磁感应强度大小B T的水平匀强磁场中，线框面积S0.5 m2，线框电阻不计线框绕垂直于磁场的轴OO以角速度200 rad/s匀速转动，并与理想变压器原线圈相连，副线圈接入一只“220 V,60 W”灯泡，且灯泡正常发光，熔断器允许通过的最大电流为10 A，下列说法正确的是()A图示位置穿过线框的磁通量为零B线框中产生交变电压的有效值为500 VC变压器原、副线圈匝数之比为2511D允许变压器输出的最大功率为5 000 W解析：选CD由图可知，此时线框平面和磁场垂直，此时穿过线框的磁通量最大，所以A错误矩形闭合导线框ABCD在磁场中转动，产生的感应电动势的最大值为EmnBS500.5200 V500 V，由于最大值为有效值的倍，所以交变电压的有效值为500 V，所以B错误由于电压与匝数成正比，所以变压器原、副线圈匝数之比为，所以C正确由于熔断器允许通过的最大电流为10 A，所以允许变压器输出的最大功率为PUI50010 W5 000 W，所以D正确处理此类问题的方法(1)首先观察交变电流的图象(或交变电流瞬时值表达式)，其纵坐标表示的是电压U还是电流I(或表达式表示的是电流还是电压)(2)其次观察此交变电流是加在原线圈两端还是副线圈两端(3)然后判断原、副线圈所组成的电路需要的物理量是最大值还是有效值(4)最后根据变压器规律和串并联电路的特点进行解题 (多选)如图所示，10匝矩形线框在磁感应强度B T的匀强磁场中，绕垂直磁场的轴OO以角速度100 rad/s匀速转动，线框电阻不计，面积为S0.3 m2，线框通过滑环与一理想变压器的原线圈相连，副线圈接有两只灯泡L1(0.3 W30 )和L2，开关闭合时两灯泡均正常发光，且原线圈中电流表示数为0.04 A，则下列判断正确的()A若从图示线框位置开始计时，线框中感应电动势的瞬时值表达式为e30sin 100t(V)B理想变压器原、副线圈匝数比为101C灯泡L2的额定功率为0.9 WD若开关S断开，电流表示数将增大解析：选BC变压器的输入电压的最大值为：UmNBS100.3100 V30 V从垂直中性面位置开始计时，故线框中感应电动势的瞬时值为：uUmcos t30cos 100t(V)，故A错误；变压器输入电压的有效值为：U130 V，开关闭合时两灯泡均正常发光，所以U2 V3 V所以：.故B正确；原线圈的输入功率：P1U1I1300.04 W12 W由于原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，所以：PL2P1PL1120.30.9 W故C正确；若开关S断开，输出电压不变，输出端电阻增大，故输出电流减小，故输入电流也减小，电流表的示数减小故D错误3(2017南宁三市二模)如图所示，有一矩形线圈的面积为S，匝数为N，电阻不计，绕OO轴在水平方向的磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度做匀速转动，从图示位置开始计时矩形线圈通过铜滑环接理想变压器原线圈，副线圈接有固定电阻R0和滑动变阻器R，下列判断正确的是()A矩形线圈产生的感应电动势的瞬时值表达式为eNBSsin tB矩形线圈从图示位置经过时间内，通过电流表A1的电荷量为0C当滑动变阻器的滑片向上滑动过程中，电流表A1和A2示数都变小D当滑动变阻器的滑片向上滑动过程中，电压表V1示数不变，V2和V3的示数都变小解析：选C初始位置是与中性面垂直的平面，则矩形线圈产生的感应电动势的瞬时值表达式为eNBScos t，选项A错误；是四分之一个周期，由Q可得，通过电流表A1的电荷量不为零，选项B错误；当滑动变阻器的滑片向上滑动过程中，滑动变阻器的阻值变大，电路总电阻变大，电流表A2示数变小，结合可得，电流表A1示数也变小，选项C正确；当滑动变阻器的滑片向上滑动过程中，电压表V1示数不变，结合，V2示数也不变，电压表V3示数变大，选项D错误4(2017山东潍坊期末)如图所示，边长为L、匝数为N、电阻不计的正方形线圈abcd，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕转轴OO以角速度匀速转动，轴OO垂直于磁感线，制成一台交流发电机，它与理想变压器的原线圈连接，变压器原、副线圈的匝数之比为12二极管的正向电阻为零，反向电阻无穷大，从正方形线圈处于图示位置开始计时，下列判断正确的是()A交流发电机的感应电动势的瞬时值表达式为eNBL2sin tB变压器的输入功率与输出功率之比为21C电压表V示数为NBL2D若将滑动变阻器的滑片向下滑动，电流表和电压表示数均减小解析：选C从图示位置开始计时，eEmcos tNBL2cos t，A错误；变压器的输入功率等于输出功率，B错误；副线圈两端电压的最大值为2NBL2，电压表的示数是R两端电压的有效值，设为U，T，解得UNBL2，C正确；若将滑动变阻器的滑片向下移动，电压表的示数不变，电流表的示数减小，D错误.考点三远距离输电问题分析思路及常见的“三个误区”1分析思路：对高压输电问题，应按“发电机升压变压器远距离输电线降压变压器用电器”，或按从“用电器”倒推到“发电机”的顺序一步一步进行分析2三个误区：(1)不能正确地利用公式P损2R计算输电线上的损耗功率导致错误；(2)不能正确理解升压变压器的输出电压U2、降压变压器的输入电压 U3和输电线上损失的电压U的关系导致错误，三者关系是U2UU3；(3)不能正确理解升压变压器的输入功率P1、降压变压器的输出功率P4和输电线上损失的功率P损的关系导致错误，三者关系是P1P损P4 (2018扬州中学高三质量监测)(多选)图甲为远距离输电示意图，变压器均为理想变压器升压变压器原副线圈匝数比为1100，其输入电压如图乙所示，远距离输电线的总电阻为1000 .降压变压器右侧部分为一火警报警系统原理图，其中R1为一定值电阻，R2为用半导体热敏材料制成的传感器，当温度升高时其阻值变小电压表V显示加在报警器上的电压(报警器未画出)未出现火警时，升压变压器的输入功率为750 kW.下列说法正确的是()A降压变压器副线圈输出的交流电频率为50 HzB远距离输电线路损耗功率为180 kWC当传感器R2所在处出现火警时，电压表V的示数变大D当传感器R2所在处出现火警时，输电线上的电流变大解析：选AD由图乙知交流电的周期0.02 s，所以频率为50 Hz，A正确；由图乙知升压变压器输入端电压有效值