xx届高考物理基础知识要点复习 变压器、电 能的输送

1 / 21 XX 届高考物理基础知识要点复习 变压器、电 能的输送 本资料为 WoRD 文档，请点击下载地址下载全文下载地址 XX 届高三物理一轮复习全案：变压器、电能的输送（选修3-2） 【考纲知识梳理】 一、变压器及其原理 1、构造：两组线圈（原、副线圈）绕在同一个闭合铁心上构成所谓的变压器。 2、作用：在输送电能的过程中改变电压。 3、原理：其工作原理是利用了电磁感应现象。 4、特征：正因为是利用电磁感应现象来工作的，所以变压器只能在输送交变电流的电能过程中改变交流电压。 5、理想变压器的基本 关系式 : （ 1）输出功率决定输入功率，理想变压器的输入功率和输出功率相等，即 =。 （ 2）变压比 :， （ 3）电流关系 :， （ 4）若干副线圈时 : ,;或 2 / 21 6、几种常用的变压器 (1)自耦变压器 图是自耦变压器的示意图。这种变压器的特点是铁芯上只绕有一个线圈。如果把整个线圈作原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压；如果把线圈的一部分作原线圈，整个线圈作副线圈，就可以升高电压。 调压变压器就是一种自耦变压器，它的构造如图所示。线圈AB 绕在一个圆环形的铁芯上。 AB 之间加上输入电压 U1。移动滑动触头 P 的位置就可以调节输出电压 U2。 (2)互感器 互感器也是一种变压器。交流电压表和电流表都有一定的量度范围，不能直接测量高电压和大电流。用变压器把高电压变成低电压，或者把大电流变成小电流，这个问题就可以解决了。这种变压器叫做互感器。互感器分电压互感器和电流互感器两种。 a、电压互感器 电压互感器用来把高电压变成低电压，它的原线圈并联在高压电路中，副线圈上接入交流电压表。根据电压表测得的电压 U2和铭牌上注明的变压比 (U1/U2)，可以算出高压电路中的电压。为了工作安全，电压互感器的铁壳和副线 圈应该接地。 3 / 21 b、电流互感器 电流互感器用来把大电流变成小电流。它的原线圈串联在被测电路中，副线圈上接入交流电流表。根据电流表测得的电流 I2和铭牌上注明的变流比 (I1/I2)，可以算出被测电路中的电流。如果被测电路是高压电路，为了工作安全，同样要把电流互感器的外壳和副线圈接地。 二、电能的输送 1.关键 :减少电功率损失和电压损失 （ 1）功率损失：远距离输送电能，由于输电线上的电流热效应，电能转化为热能。出现功率损失。 （ 2）电压损失：远距离输送电能，线路中电阻 R 上消耗部分电压。 2 方法 :根 据再加上 （ 1）减小输电导线的电阻 ,如采用电阻率小的材料 ;加大导线的横截面积， （ 2）提高输电电压 ,减小输电电流， 【要点名师精解】 一、理想变压器及其原、副线圈基本量的关系 【例 1】（ 09年江苏物理） 6如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数比为 1： 5，原线圈两端的交变电压为氖泡在两端4 / 21 电压达到 100V时开始发光，下列说法中正确的有 A开关接通后，氖泡的发光频率为 100Hz B开关接通后，电压表的示数为 100V c开关断开后，电压表的示数变大 D开关断开后，变压器的输出功 率不变 解析： A 选项：交变电压的频率为 Hz，一个周期内电压两次大于 100V，即一个周期内氖泡能两次发光，所以其发光频率为 100Hz， A 选项正确。 B 选项：由交变电压的瞬时值表达式知，原线圈两端电压的有效值为 V=20V，由得副线圈两端的电压为 V，电压表的示数为交流电的有效值， B 选项正确。 c 选项：开关断开前后，输入电压不变，变压器的变压比不变，故输出电压不变， c选项错误。 D 选项：断开后，电路消耗的功率减小，输出功率决定输入功率， D 选项错误。 答案： AB 名师点评：本题主要考查变压器的知识，要能对变压器的 最大值、有效值、瞬时值以及变压器变压原理、功率等问题彻底理解。 二、理想变压器的动态分析 1、原线圈电压 U1由提供原线圈电压的电源决定， 2、输入电压决定输出电压，即随着的变化而变化，因为，5 / 21 所以只要不变化，不论负载如何变化，不变。 3、输出电流决定输入电流。 在输入电压不变的情况下，不变。若负载电阻 R 增大，则由公式得：输出电流减小，由 =知输入电流亦随着减小；反之，若负载电阻 R 减小，则输出电流增大，输入电流亦随着增大。 4、输出功率决定输入功率， 理想变压器的输入功率和输出功率相等，即 =。在输入 电压不变的情况下，不变。当用电负荷增加，输出功率增大，输入功率也随着增大；反之，当用电负荷减小，则输出功率减小，输入功率也随着减小。 （ 1）变压器空载时 ,无电流、无功率输出 ,所以输入功率也为零， （ 2）当副线圈短路时 ,I2无限大 ,I1 也无限大将烧坏变压器， 5、动态分析问题的思路程序可表示为： U1P1 【例 2】（ 09 年山东卷） 19某小型水电站的电能输送示意图。发电机的输出电压为 200V，输电线总电阻为 r，升压变压器原副线圈匝数分别为 n， n2。降压变压器原副线匝数分别为 n3、 n4（变压器均为理想 变压器）。要使额定电压为 220V的用电器正常工作，则 A B c升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压 6 / 21 D升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率 解析： ABc 选项：根据变压器工作原理可知，由于输电线上损失一部分电压，升压变压器的输出电压大于降压变压器的输入电压，有，所以， A 选项正确， Bc选项不正确。 D 选项：升压变压器的输出功率等于降压变压器的输入功率加上输电线损失功率， D 选项正确。 答案： AD 名师点评：理想变压器的两个基本公式是： ，即对同一变压器的 任意两个线圈，都有电压和匝数成正比。 ，即无论有几个副线圈在工作，变压器的输入功率总等于所有输出功率之和。只有当变压器只有一个副线圈工作时，才有。 远距离输电，从图中应该看出功率之间的关系是： P1=P2，P3=P4， P1/=Pr=P2。电压之间的关系是：。电流之间的关系是：。输电线上的功率损失和电压损失也是需要特别注意的。分析和计算时都必须用，而不能用。特别重要的是要会分析输电线上的功率损失。 【感悟高考真题】 1、（ XX全国卷 2） 19.图中为一理想变压器，其原线圈与一电压有效值不变 的交流电源相连： P 为滑动头。现令7 / 21 P 从均匀密绕的副线圈最底端开始，沿副线圈匀速上滑，直至白炽灯 L 两端的电压等于其额定电压为止。用表示流过原线圈的电流，表示流过灯泡的电流，表示灯泡两端的电压，表示灯泡消耗的电功率（这里的电流、电压均指有效值：电功率指平均值）。下列 4 个图中，能够正确反映相应物理量的变化趋势的是 答案： Bc 解析：副线圈是均匀密绕的且滑动头匀速上滑，说明副线圈的匝数在均匀增大，由变压器的变压比，得均匀增大（ k 为单位时间增加的匝数）， c 正确。灯泡两端的电压由零增大时其电阻增大，描绘的伏安 特曲线为 B。灯泡的功率先增大的快（电阻小）后增大的慢（电阻大）， D 错误。原线圈功率等于灯泡功率是增大的，所以原线圈电流一定增大， A 错误。 【命题意图与考点定位】考查理想变压器和灯泡的伏安特曲线知识。 2、（ XX天津卷） 7.为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系，将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线圈连接相同的灯泡 L1、 L2，电路中分别接了理想交流电压表 V1、 V2 和理想交流电流表 A1， A2，导线电阻不计，如图所示。当开关 S 闭合后 8 / 21 示数变大， A1与 A2示数的比值不变 示 数变大， A1与 A2示数的比值变大 示数变小， V1与 V2示数的比值变大 示数不变， V1与 V2示数的比值不变 答案： AD 3、（ XX重庆卷） 17.输入电压为 220V，输出电压为36V的变压器副线圆烧坏，为获知此变压器原、副线圈匝数，某同学拆下烧坏的副线圈，用绝缘导线在铁芯上新绕了 5 匝线圈，如题 17图所示，然后将原线圈接到 220V交流电源上，测得新绕线圈的端电压为 1V，按理想变压器分析，该变压器烧坏前的原、副线圈匝数分别为： A1100、 360B1100、 180 c2200、 180D220、 360 【答案】 B 【解析】对新绕线的理想变压器，根据变压比公式得 变压器烧坏前，同理， B 正确。 4、（ XX江苏卷） 7.在如图多事的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变，随着发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的有 9 / 21 A升压变压器的输出电压增大 B降压变压器的输出电压增大 c输电线上损耗的功率增大 D输电线上损耗的功率占总功率的比例增大 【解析】逐项判断 A.应不变， A 错误； B.， ,，因 P 变大， I 变大，所以 U 损变大，所以降压变压器初级电压 U3变小， B 错误； c.,因 P 变大，所以 P 损变大， c 正确； D.，因 P 变大，所以比值变大， D 正确； 本题选 cD。本题考查电能的输送，通常考查电压的变化引起其它变化，本题考查考查功率的变化引起其它变化，有新意。本题难度：中等。 5、（ XX福建卷） 13中国已投产运行的 1000kV 特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程。假设甲、乙两地原采用 500kV 的超高压输电，输电线上损耗的电功率为 P。在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1000kV 特高压输电，若不考虑其他因素的影响，则输电线上损耗的电功率将变为 A P/4B P/2c 2PD 4P 答案： A 10 / 21 解析：由可知当输出电压由 500kv 升高到 1000kv 时，电路中的电流将减为原来的一半；由可知电路中损耗的功率变为原来的。 【命题特点】本题以高压输电这一生活情境为背景，相应了“ 两会 ” 提出的节能减排的建议，考查了用远程高压输电减小能耗的知识点，具有实际意义。 【启示】高考复习中应注重物理问题联系生活实际。 6、（ XX山东卷） 19一理想变压器原、副线圈的匝数比为 10： 1，原线圈输入电压的变化规律如图甲所示，副线圈所接电路如图乙所示， P 为滑动变阻器的触头。 A副线圈输出电压的频率为 50Hz B副线圈输出电压的有效值为 31V c P 向右移动时，原、副线圈的电流比减小 D P 向右移动时，变压器的输出功率增加 答案： AD 解析： A.周期，频率， A 正确； B.原线圈输入电压的有效值为，所以，副线圈输出电压的有效值为， B 错误； c.根据，所以，不变。 c 错误； D.变压器的输出功率， P 向右移动时，电阻变小，变压器的11 / 21 输出功率增加， D 正确。 本题选 AD。 本题考查变压器原理和交流电图象。 难度：容易。 7、（ XX浙江卷） 17.某水电站，用总电阻为的输电线输电给 500km外的用户，其输出电功率是 3106kW。现用 500kV电压输电，则下列说法正确的是 A.输电线上输送的电流大小为 2105A B.输电线上由电阻造成的损失电压为 15kV c.若改用 5kV电压输电，则输电线上损失的功率为 9108kW D.输电线上损失的功率为 P U2/r， U 为输电电压， r 为输电线的电阻 答案： B 8.（ 09广东物理 9）图为远距离高压输电的示意图。关于远距离输电，下列表述正确的是（ ABD） A增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失 B高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗 c在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小 D高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好 12 / 21 解析：依据输电原理，电路中的功率损耗，而 ,增大输电线的横截面积，减小输电线的电阻，则能够减小输电线上的功率损耗， A 正确；由 P=UI来看在输送功率一定的情况下，输送电压 U 越大，则输电电流越小，则 功率损耗越小， B 正确；若输电电压一定，输送功率越大，则电流 I 越大，电路中损耗的电功率越大， c 错误；输电电压并不是电压越高越好，因为电压越高，对于安全和技术的要求越高，因此并不是输电电压越高越好， D 正确。 9.（ 09海南物理 9）一台发电机最大输出功率为 4000kW,电压为 4000V，经变压器升压后向远方输电。输电线路总电阻到目的地经变压器降压，负载为多个正常发光的灯泡（ 220V、 60W）。若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的 10%,变压器和的耗损可忽略，发电机处于满负荷工 作状态，则（ ABD） A原、副线圈电流分别为和 20A B原、副线圈电压分别为和 220V c和的变压比分别为 1： 50 和 40： 1 D有盏灯泡（ 220V、 60W）正常发光 10.（ 09海南物理 12）钳型表的工作原理如图所示。当通有交流电的导线从环形铁芯的中间穿过时，与绕在铁芯上的线圈相连的电表指针会发生偏转。由于通过环形铁芯的磁通量与导线中的电流成正比，所以通过偏转角度13 / 21 的大小可以测量导线中的电流。日常所用交流电的频率在中国和英国分别为 50Hz 和 60Hz。现用一钳型电流 表在中国测量某一电流，电表读数为 10A；若用同一电表在英国测量同样大小的电流，则读数将是 A。若此表在中国的测量值是准确的，且量程为 30A；为使其在英国的测量值变为准确，应重新将其量程标定为 A 答案： 1225 11.（ 09四川 17）如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为 10： 1， R1 20， R2 30， c 为电容器。已知通过 R1 的正弦交流电如图乙所示，则（ c） A.交流电的频率为 B.原线圈输入电压的最大值为 200V c.电阻 R2的电功率约为 D.通过 R3的 电流始终为零 解析：根据变压器原理可知原副线圈中电流的周期、频率相同，周期为、频率为 50 赫兹， A 错。由图乙可知通过 R1 的电流最大值为 Im 1A、根据欧姆定律可知其最大电压为 Um 20V，再根据原副线圈的电压之比等于匝数之比可知原线圈输入电压的最大值为 200V、 B 错；因为电容器有通交流、阻直流的作用，则有电流通过 R3 和电容器， D 错；根据正弦14 / 21 交流电的峰值和有效值关系并联电路特点可知电阻 R2 的电流有效值为 I、电压有效值为 U Um/V，电阻 R2的电功率为 P2 UI W、 c 对。 【考点精题精练】 1、（ XX北京东城区二模）如图所示，理想变压器的a、 b 端加上茜一交流电压（电压有效值保持不变），副线圈d 端所接灯泡 L 恰好正常发光。此时滑线变阻器的滑片 P 于图示位置。现将滑片下移（导线电阻不计），则以下说法中正确的是（） A灯仍能正常发光，原线圈输入电流变小 B灯不能正常发光，原线圈输入功率变大 c灯不能正常发光，原线圈输入电压变大 D灯仍能正常发光，原线圈输入功率不变 2、（ XX北京市宣武区二模）正弦交变电源与电阻 R、交流电压表按照图（ 1）所示的方式连接， R=10 ，交 流电压表的示数是 10V。若图（ 2）是该交变电源输出电压 u 随时间 t 变化的图象，则（） A R 两端的电压 uR随时间 t 变化的规律是 B R 两端的电压 uR随时间 t 变化的规律是（ V） c通过 R 的电流随时间 t 变化的规律是（ V） 15 / 21 D通过 R 的电流随时间 t 变化的规律是（ A） 3、（ XX北京市崇文区二模）如图所示，水平金属圆盘置于磁感应强度为 B、方向竖直向下的匀强磁场中，随盘绕金属转轴以角速度沿顺时针方向匀速转动，盘的中心及边缘处分别用金属滑片与一理想变压器的原线圈相连。已知圆盘半径为 r，理 想变压器原、副线圈匝数比为 n，变压器的副线圈与一电阻为 R 的负载相连。不计圆盘及导线的电阻，则下列说法中正确的是（） A变压器原线圈两端的电压为 B变压器原线圈两端的电压为 c通过负载 R 的电流为 D通过负载 R 的电流为 4.一理想变压器原、副线圈匝数比 n1n2 115. 原线圈与正弦交变电源连接，输入电压 u 如图所示副线圈仅接入一个 10 的电阻则 ( ) A流过电阻的电流是 20A B与电阻并联的电压表的示数是 1002V c经过 1 分钟电阻发出的热量是 6103j D变 压器的输入功率是 1103W 16 / 21 解析：考查正弦交变电流有效值、最大值意义及理想变压器的相关知识由输入电压图象可知输入电压的有效值为220V，故副线圈输出电压的有效值为 100V，接入副线圈的电阻为 10 ，故电流有效值为 10A， A 项错；与电阻并联的电压表读数即为副线圈电压有效值 100V， B 项错；根据 Q I2Rt 1021060j 6104j ， c 项错；由变压器输入功率等于输出功率可知， P IU 10100 1000W， D 项正确 答案： D 5 XX年春节前后，我国南方部分省市的供电系统由于气 候原因遭到严重破坏为此，某小区启动了临时供电系统，它由备用发电机和副线圈匝数可调的变压器组成，如图所示，发电机的电动势 e 4802sin(100t)V( 不考虑其内阻 )，图中 R 表示输电线的电阻滑动触头 P 置于 a 处时，用户的用电器恰好正常工作，在下列情况下，要保证用电器仍能正常工作，则 ( ) A若 A2示数为 2A， R 10 ，则原副线圈的匝数比 n1n2 21 B若 A2示数为 2A， R 10 ，则原副线圈的匝数比 n1n2 221 c当发电机输出的电压发生波动使 V1示数小于正常值，用电器不 变时，应使滑动触头 P 向下滑动 17 / 21 D如果 V1示数保持正常值不变，那么当用电器增加时，滑动触头 P 应向上滑 解析：若 A2 的示数为 2A， R 10 ，用户电压 220V，电压表 V2示数 U2 220V I2R 240V，电压表 V1示数 (有效值 )U1 480V，原副线圈的匝数比 n1n2 U1U2 21 ，故选项A 对、 B 错；由 n1n2 U1U2 ，若 U1变小，则 n2应变大，故选项 c 错；当用电器增加时，副线圈中的电流增加，输电线电阻 R 上的电压增大，副线圈两端的电压应增大，故滑动触头 P 应向上滑，故选项 D 对 答案： AD 6正弦交流电经过匝数比为 n1n2 101的变压器与电阻 R、交流电压表 V、交流电流表 A按如图甲所示方式连接， R 10.图乙是 R 两端电压 U 随时间变化的图象 Um 102V，则下列说法中正确的是 ( ) A通过 R 的电流 iR 随时间 t 变化的规律是 iR2cos100t(A) B电流表 A 的读数为 c电流表 A 的读数为 210A D电压表的读数为 Um 102V 解析：由图象知 T 210 2s， f 50Hz， 2f 100rad/s ，故 iR 2cos100t(A) ， A 正确再根据 I1I218 / 21 n2n1知， I1有效值为， B 正确， c 错误电压表读数应为副线圈电压有效值， U Um2 10V，故 D 错误 答案： AB 7、（ XX山东省枣庄市一模）如图所示，两平行虚线之间存在的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，虚线间的距离为 L，金属圆环的直径也是 L。圆环以垂直于磁场边界的恒定速度 v 穿过磁场区域。规定逆时针方向为圆环中感应电流 i的正方向，圆环从左边界刚进入磁场处为位移 x的起点。则下列图象中能表示圆环中感应电流 i随其位移 x变化关系的是（） A 8、（ XX山东省德州 市高三一模）如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为 31 ， L1、 L2、 L3 为三只规格均为 “9V6W” 的相同灯泡，各电表均为理想交流电表，输入端接入如图乙所示的交变电压，则以下说法中不正确的是： A.电流表的示数为 2A B.电压表的示数为 27V c.副线圈两端接入耐压值为 9V的电容器恰能正常工作 19