（江苏专用）2020版高考物理总复习第十章交变电流第2讲变压器电能的输送传感器教案.docx

第2讲变压器电能的输送传感器知识排查理想变压器1.工作原理：电磁感应的互感现象。2.基本关系式(1)功率关系：P入P出。(2)电压关系：。(3)电流关系：只有一个副线圈时。3.几种常用的变压器(1)自耦变压器调压变压器，如图A、B所示。(2)互感器远距离输电1.输电过程(如图1所示)：图12.输送电流：I。3.电压损失：UUUIR。4.功率损失：PPPI2RR。传感器的工作原理及应用1.传感器及其工作原理(1)概念传感器是能够将感受到的物理量（力、热、光、声等非电学量），转换成便于测量的量（一般是电学量）的一类元件。(2)工作原理其工作过程是利用某一元件对某一物理量敏感，按一定规律将这一物理量转换成便于利用的信号，从而方便检测或自动化控制。2.传感器元件及常用实例(1) 传感器元件(2)常用实例小题速练1.思考判断(1)变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用。()(2)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。()(3)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。()(4)变压器副线圈并联更多的用电器时，原线圈输入的电流随之减小。()(5)增大输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失。 ()(6)高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗。()(7)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大。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)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()A.1 081匝B.1 800匝C.108匝 D.8 010匝解析由题意知U1380 V，U236 V，n11 140，则得n2n1108，选项C正确。答案C3.人教选修32P44第5题改编如图2所示电路中，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()图2A.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的方向滑动解析由于a、b接在电压有效值不变的交流电源两端，故电压表V1示数不变，选项A错误；由理想变压器原理公式且U1、n1、n2不变，则U2不变，即V2的示数不变，V3的示数U3U2I2R0应减小，故选项B错误；由公式得：4，则n1n2，该变压器起降压作用，故选项C错误；又I2，I2增大，R应减小，故滑片应沿cd方向滑动，故选项D正确。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()A.1001 B.1100C.110 D.101解析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，故选项A正确。答案A理想变压器的分析与计算1.关于理想变压器(1)变压器不能改变直流电压；(2)变压器只能改变交变电流的电压和电流，不能改变交变电流的频率；(3)理想变压器本身不消耗能量；(4)理想变压器基本关系中的U1、U2、I1、I2均为有效值。2.理想变压器的基本关系基本关系功率关系P入P出电压关系原、副线圈的电压比等于匝数比：电流关系只有一个副线圈时，电流和匝数成反比：频率关系原、副线圈中电流的频率相等制约关系电压原线圈电压U1和匝数比决定副线圈电压U2功率副线圈的输出功率P出决定原线圈的输入功率P入电流副线圈电流I2和匝数比决定原线圈电流I1【例1】(2019苏州市高三上学期期初调研)(多选)如图3甲所示，理想变压器原、副线圈匝数比为21，原线圈两端的交变电压随时间变化规律如图乙所示，灯泡L的额定功率为22 W。闭合开关后，灯泡恰能正常发光。 则()图3A.原线圈输入电压的瞬时表达式为 u220sin(100 t)VB.灯泡的额定电压为110 VC.副线圈输出交变电流的频率为100 HzD.电压表读数为220 V，电流表读数为0.2 A解析由图乙可知，原线圈交变电压的峰值Um220 V，周期T0.02 s，可得100 rad/s，故原线圈输入电压的瞬时值表达式为u220sin(100 t)V，A正确；根据变压器原、副线圈电压关系，其中U1220 V，可得U2110 V，由于灯泡恰能正常光发，故灯光的额定电压为110 V，B正确；变压器原、副线圈交变电流的频率一致，均为f50 Hz，C错误；电压表和电流表示数为有效值，故原线圈一侧的电压表读数为220 V，副线圈电压为110 V，根据I，可知副线圈电流为I2 A0.2 A，再根据，可得原线圈一侧电流表示数为I10.1 A(或根据P1P2，解得I10.1 A)，D错误。答案AB理想变压器的动态分析常见的两种情况常见的理想变压器的动态分析问题一般有两种：匝数比不变的情况和负载电阻不变的情况。【例2】(2019江苏南通高三上学期第一次调研)(多选)如图4所示，理想变压器原线圈接电压为220 V的正弦交变电流，开关S接1时，原、副线圈的匝数比为111，滑动变阻器接入电路的阻值为10 ，电压表和电流表均为理想电表，下列说法正确的有()图4A.变压器输入功率与输出功率之比为11B.1 min内滑动变阻器产生的热量为40 JC.仅将S从1拨到2，电流表示数减小D.仅将滑动变阻器的滑片向下滑动，两电表示数均减小解析根据理想变压器的特点可知，变压器的输入功率与输出功率之比为11，故A项正确；原、副线圈的电压与匝数成正比，所以副线圈两端电压为U2U1220 V20 V，则1 min内产生的热量为Qt60 J2 400 J，若只将S从1拨到2，副线圈的电压减小，副线圈电流减小，原线圈电流即电流表示数减小，故C项正确；将滑动变阻器滑片向下滑动，接入电路中的阻值变大，电流表的读数变小，但对原、副线圈两端的电压无影响，即电压表的读数不变，故D项错误。答案AC含有变压器的动态电路问题的解题思路远距离输电问题远距离输电问题的“三二二”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。I2I3IR，U2U3U，P2PP3。回路3：输出电路。I4I用，U4U用，P4P用。2.抓住两个联系(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.掌握两种损耗(1)电压损耗：输电线上的电阻导致的电压损耗，UU2U3IRR线。(2)功率损耗：输电线上的电阻发热的功率损耗，PP2P3IR线。输电线上能量损耗是热损耗，计算功率损耗时用公式PIR线或P。【例3】(2018扬州模拟)如图5所示为远距离输电的示意图，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。闭合开关S后()图5A.升压变压器的输出电压增大B.降压变压器的输出电流减小C.输电线上损耗的功率增大D.输电线上交变电流的频率减小解析根据输入电压决定输出电压，闭合开关S后，升压变压器的输出电压不变，选项A错误；闭合开关S后，负载增加，负载总电阻减小，降压变压器的输出电流增大，输电线上电流增大，输电线上损耗的功率增大，选项B错误，C正确；根据变压器不改变交变电流的频率可知，输电线上交变电流的频率不变，选项D错误。答案C传感器的应用1.热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大。2.光敏电阻被光照射时其电阻值发生变化，光照强度增大，电阻值变小，光照强度减弱，电阻值变大。【例4】(2018江苏泰州中学5月质检)关于传感器，下列说法正确的是()A.话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号B.电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器的作用是控制电路的通断C.霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换成电阻这个电学量D.光敏电阻在光照射下其电阻会显著变大解析话筒是一种常用的声波传感器，其作用是声信号转换为电信号，故A项错误；热双金属片传感器和干簧管在电路中相当于开关，可以控制电路的通断，故B项正确；霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量，故C项错误；光敏电阻在光照射下其电阻会显著变小，D项错误。答案 B科学态度与责任的培养互感器的应用互感器分为电压互感器和电流互感器，比较如下：电压互感器电流互感器原理图原线圈的连接并联在高压电路中串联在交流电路中副线圈的连接连接电压表连接电流表互感器的作用将高电压变为低电压将大电流变成小电流利用的公式I1n1I2n2【典例】(2018江苏四市联考)(多选)如图6所示，在某一输电线路的起始端接入两个互感器，原、副线圈的匝数比分别为1001和1100，图中a、b表示电压表或电流表，已知电压表的示数为22 V，电流表的示数为1 A则()图6A.a为电流表，b为电压表B.a为电压表，b为电流表C.线路输送电功率是220 kWD.输电线路总电阻为22 解析左侧的互感器原线圈并联在输电线路上，测量的是输电电压，所以a为电压表；右侧的互感器原线圈串联在输电线路上，测量的是输电电流，b为电流表，选项B正确，A错误；电压表的示数为22 V，根据变压公式，100，输电电压为U110022 V2 200 V；电流表的示数为1 A，根据变流公式，100，输电电流I11001 A100 A，线路输送电功率为PU1I1220 kW，选项C正确；根据题述条件，不能求出输电线路总电阻，选项D错误。答案 BC1.(2018江苏清江中学期中)理想变压器的原、副线圈的匝数之比为41，在原线圈上加上U200 V的交流电压，在副线圈上接交流电压表，其示数为()A.0 B.50 VC.200 V D.800 V解析由解得U250 V。答案B2.(2018江苏南京、盐城高三第一次模拟)(多选)变压器线圈中的电流越大，所用的导线应当越粗。如图7所示，是降压变压器，假设它只有一个原线圈和一个副线圈，匝数分别为n1 和n2。下列说法中不正确的是()图7A. n1n2，原线圈比副线圈的导线粗B. n1n2，原线圈比副线圈的导线细C. n1n2，原线圈比副线圈的导线粗D. n1k2 B.k1k2C.k1k2 D.无法确定解析由闭合电路欧姆定律UEIr可知r即电源内阻，为定值。选项B正确。 答案B4.(2018南京市高三年级学情调研)图2甲、乙电路输入交变电流的电压u相同，图乙中理想变压器的原、副线圈的匝数分别为n1和n2，若要求甲、乙电路原线圈中电流i相同，则n1、n2、R1、R2应满足的关系是()图2A.n1R1n2R2 B.n2R1n1R2C.nR1nR2 D.nR1 nR2解析甲图中，i，在乙图中，由变压器变压关系可知U2U，又i2，故ii2，所以有，可见nR1nR2，D正确。答案D5.(2018江苏东台创新学校12月月考)如图3是远距离输电的示意图，下列说法正确的是()图3A.a是升压变压器，b是降压变压器B.a是降压变压器，b是升压变压器C.a的输出电压等于b的输入电压D.a的输出电压等于输电线上损失的电压解析因能量损失与输送电压的平方成反比，故为减小电路能量损耗，要用高压送电，到用户要进行降压，a为升压变压器，b是降压变压器，故A项正确，B项错误；因电路导线有电阻，会有电压损失，故a的输出电压要大于b的输入电压，且a的输出电压减去输电线上的损失电压等于b的输入电压，故C、D项错误。答案A6.(2018江苏省苏锡常镇高三第二次模拟)钳形电流测量仪的结构如图4所示，其铁芯在捏紧扳手时会张开，可以在不切断被测载流导线的情况下，通过内置线圈中的电流值I和匝数n获知载流导线中的电流大小I0，则下列有关该钳形电流测量仪的说法正确的是()图4A.该测量仪可测量直流电的电流B.载流导线中电流大小I0C.若钳形部分铁芯没有完全闭合，测量出的电流将小于实际电流D.若将载流导线在铁芯上多绕几匝，钳形电流测量仪的示数将变小解析钳形电流测量仪是根据变压器的原理工作，是利用交变电流的互感，选项A错误；原、副线圈电流之比等于线圈匝数之反比，所以I0nI，选项B错误；若部分铁芯没有完全闭合，在变压的过程中会出现漏磁，副线圈功率变小，IR变小，I测变小，选项C正确；若将载流导线在铁芯上多绕几匝，相当于原线圈的匝数变多，钳形电流测量仪的示数将变大，选项D错误。答案C7.(2019扬州第一学期期末)如图5所示为一理想变压器，原线圈接在输出电压为uU0sin t的交流电源两端。电路中R0为定值电阻，V1、V2为理想交流电压表，A1、A2为理想交流电流表。现使滑动变阻器R的滑动触头P向上滑动，下列说法正确的是()图5A.电压表V1与V2示数的比值将变大B.电流表A1与A2示数的比值将变小C.电压表V1与电流表A1示数的比值变大D.电压表V2与电流表A2示数的比值变小解析由于变压器电压之比等于线圈匝数之比，因此电压表之比一定等于线圈匝数之比，故A项错误；由于只有一个副线圈，因此电流之比一定等于线圈匝数的反比，故两电流表的比值不变，故B项错误； 滑动变阻器R的滑动触头P向上滑动，则滑动变阻器接入电阻增大，由欧姆定律可知，电流表A2示数减小，电流表A1示数也减小，而电压表V1示数不变，与电流表A1示数的比值变大，故C项正确；滑动变阻器R的滑动触头P向上滑动，则滑动变阻器接入电阻增大，由欧姆定律可知，电压表V2与电流表A2示数的比值变大，故D项错误。答案C8.(2018扬州模拟)某一火警报警系统原理图如图6所示，报警器未画出，a、b接在电压u311sin(314t) V的正弦交流电源上，Rt为用半导体热敏材料制成的传感器，Rt的电阻值随温度升高而减小。下列说法正确的是()图6A.电压表V的示数为311 VB.电容器C的电容增大，灯L变暗C.Rt所在处出现火警时，电流表A的示数增大D.Rt所在处出现火警时，变压器输入功率减小解析电压表显示的是有效值，示数为220 V，选项A错误；电容器的电容越大其对交变电流的阻碍就越小，灯L应该变亮，Rt所在处出现火警，则温度升高，电阻的阻值变小，副线圈两端电压不变，电阻减小，变压器输出的功率会变大，副线圈中电流变大，原线圈中电流变大，选项C正确，B、D错误。答案C二、多项选择题9.(2018江苏省南通市高考全真模拟)如图7所示，两个标有“20 V10 W”字样的灯泡A、B和线圈L接在变压器的副线圈上，当变压器原线圈接上电压u220sin(100t) V的正弦交变电流时，灯泡A正常发光。则下列说法正确的是()图7A.A上电流的变化周期为0.02 sB.变压器原、副线圈匝数比n1n2112C.若将软铁棒插入线圈，灯泡B变亮，灯泡A变暗D.若将软铁棒插入线圈，变压器的输入功率变小解析由T得出T0.02 s，选项A正确；由电压与匝数成正比得出，选项B错误；将铁棒插入线圈后，线圈感抗变大，A亮度不变，B变暗，选项C错误；副线圈中电流变小，变压器输出功率变小，输入功率也变小，选项D正确。答案AD10.(2018江苏如皋市高三教学质量调研)如图8甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为51，、R和L分别是电压表、定值电阻和电感线圈，D1、D2均为灯泡。已知原线圈两端电压u按图乙所示正弦规律变化，下列说法正确的是()图8A.电压表示数为62.2 VB.电压u的表达式u311sin 100t(V)C.仅增大电压u的频率，电压表示数增大D.仅增大电压u的频率，D1亮度不变，D2变暗解析根据乙图可知，原线圈电压的最大值为311 V，则有效值U1220 V，根据理想变压器电压与匝数成正比得，解得U244 V，所以电压表示数为44 V，故选项A错误；根据乙图可知，原线圈电压的最大值为311 V，100 rad/s，则电压u的表达式u311sin 100t(V)，故选项B正确；原线圈电压不变，线圈匝数不变，仅增大电压u的频率，电压表示数不变，则D1亮度不变，电感线圈通低频阻高频，则频率越大，阻碍作用越大，所以D2变暗，故选项C错误，D正确。答案BD11.(2018江苏省镇江市高三模拟)某发电机输出的交流电压如图9所示，经理想变压器升压后向远处输送，最后经理想变压器降压后输送给用户。则下列说法中正确的是()图9A.发电机输出交流电压的有效值为500 VB.用户获得的交流电压频率为50 HzC.若增加用户用电负载的数量，输电线上损失的功率将增加D.若增加升压变压器原线圈的匝数，输电线上损失的功率将减小解析交流电压的有效值为 V250 V，选项A错误；交流电压的周期为0.02 s，对应频率为50 Hz，选项B正确；增加用户负载的数量，电路中消耗的功率变大，电流变大，输电线上电流变大，损失的功率增加，选项C正确；增加升压变压器原线圈的匝数，副线圈两端电压变小，输送功率一定时，输电线中电流变大，损失的功率增加，选项D错误。答案BC12.(2018江苏南京高三下学期第三次模拟)如图10甲所示，不计电阻的矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴在匀强磁场中匀速转动，输出交流电的电动势图象如图乙所示，经原、副线圈匝数比为110的理想变压器给一灯泡供电，灯泡上标有“220 V22 W”字样，如图丙所示，则()图10A.t0.01 s时刻穿过线框回路的磁通量为零B.灯泡中的电流方向每秒钟改变100次C.灯泡正常发光D.电流表示数为 A解析由图乙可知，当0.01 s时，感应电动势为零，则此时穿过线框回路的磁通量最大，故A项错误；由图可知，交流电的周期为0.02 s，则f50 Hz，所以灯泡中的电流方向每秒钟改变100次，故B项正确；原