专题七　交流、变压器及远距离输电.doc

专题七交流、变压器及远距离输电1（2011山东理综，20）为保证用户电压稳定在220 V，变电所需适时进行调压，图甲为调压变压器示意图。保持输入电压u1不变，当滑动接头P上下移动时可改变输出电压。某次检测得到用户电压u2随时间t变化的曲线如图乙所示。以下正确的是（）。Au2190 sin（50t） VBu2190 sin（100t） VC为使用户电压稳定在220 V，应将P适当下移D为使用户电压稳定在220 V，应将P适当上移2（2010山东理综，19）一理想变压器原、副线圈的匝数比为101，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。下列说法正确的是（）。A副线圈输出电压的频率为50 HzB副线圈输出电压的有效值为31 VCP向右移动时，原、副线圈的电流比减小DP向右移动时，变压器的输出功率增加3（2009山东理综，19）某小型水电站的电能输送示意图如下，发电机的输出电压为200 V，输电线总电阻为r，升压变压器原副线圈匝数分别为n1、n2，降压变压器原副线圈匝数分别为n3、n4（变压器均为理想变压器）。要使额定电压为220 V的用电器正常工作，则（）。ABC升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压D升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率在本专题中，高考命题主要围绕以下问题进行：（1）能够从交流电图象中获取峰值、有效值、周期、频率等，对非正弦电流，会根据有效值的定义求其有效值；（2）变压器变压规律的简单应用，一般不涉及两个副线圈的情况，一般不与其他模块知识综合，其中，变压器的“动态分析”问题是命题热点；（3）远距离输电的简单应用，题型以选择题为主，四个选项相对独立，多是把45个本专题知识点拼盘成四个选项，难度较低，以考查基本知识和基本方法为主。热点一、交流电的产生、图象和规律1正弦交流电的产生线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴，以某一角速度匀速转动，线圈中将产生交流电。2规律（1）若从中性面开始计时，交流电的瞬时表达式为eEmsin tEmsin （）t，uUmsin tUmsin （）t，iImsin tImsin （）t（2）图象：正弦（或余弦）曲线（3）交变电流的“四值”的比较物理量物理含义重要关系适用情况及说明瞬时值交变电流某一时刻的值eEmsintiImsint计算线圈某时刻的受力情况峰值最大的瞬时值EmnBSIm讨论电容器的击穿电压有效值跟交变电流的热效应等效的恒定电流值对正（余）弦交变电流有：E，UI（1）计算与电流的热效应有关的量（如功、功率、热量等）（2）电气设备“铭牌”所标的一般是有效值（3）保险丝的熔断电流为有效值（4）交流电表的示数均为有效值（5）在没有具体说明的情况下，所给出的交变电流的电压、电流及电功率指的都是有效值平均值交变电流图象中图线与时间轴所夹的面积与时间的比n计算通过电路截面的电荷量【例1】 （2011天津理综，4）在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图甲所示，产生的交变电动势的图象如图乙所示，则（）。图甲图乙At0005 s时线框的磁通量变化率为零Bt001 s时线框平面与中性面重合C线框产生的交变电动势有效值为311 VD线框产生的交变电动势频率为100 Hz（1）求解交流电的“四值”时，要特别注意的是，它们的适用情况，尤其是要区分有效值和平均值。（2）U对非正弦电流不成立，一般要根据有效值的定义来求解其有效值。热点二、理想变压器的规律和“动态变化”问题理想变压器的规律理想变压器没有能量损失基本关系功率关系P入P出电压关系，与负载、副线圈的个数多少无关电流关系，适用于只有一个原、副线圈的情况频率关系f1f2，变压器不改变交流电的频率因果关系（n1，n2不变）U1决定U2；I2决定I1；P出决定P入【例2】 （2011福建理综，15）图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n1n251，电阻R20 ，L1、L2为规格相同的两只小灯泡，S1为单刀双掷开关。原线圈接正弦交变电源，输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示。现将S1接1、S2闭合，此时L2正常发光。下列说法正确的是（）。A输入电压u的表达式u20sin（50t） VB只断开S2后，L1、L2均正常发光C只断开S2后，原线圈的输入功率增大D若S1换接到2后，R消耗的电功率为08 W解决变压器动态问题，要注意把副线圈作为电源，与副线圈连接的电路作为外电路，采用直流电路动态问题分析的方法分析。分析问题的思路程序可表示为：热点三、远距离输电问题1减小远距离输电线中电能损失的有效方法当输电功率一定时，提高输电电压，以减小输电电流和功率损失，P损（）2R线。2输电过程和规律输电过程示意图常用关系功率关系：P1P2，P3P4，P2P线P3，P3P4，P损IR线（）2R线电压关系：，U2U损U3，电流关系：，I线I2，【例3】 如图所示，有一台交流发电机E，通过理想升压变压器T1和理想降压变压器T2向远处用户供电，输电线的总电阻为R。T1的输入电压和输入功率分别为U1和P1，它的输出电压和输出功率分别为U2和P2；T2的输入电压和输入功率分别为U3和P3，它的输出电压和输出功率分别为U4和P4。设T1的输入电压U1一定，当用户消耗的电功率变大时，有（）。AU2减小，U4变大BU2不变，U3变小CP1变小，P2变小 DP2变大，P3变大解决远距离输电问题的思路：（1）画出远距离输电的示意图，并将已知量和待求量写在示意图的相应位置，输电电流一般为联系各物理量的重要线索；（2）抓住输电的两端电源与用电器；分析一条线输电线；研究两次电压变换升压和降压；（3）正确运用功率、电压、电流关系规律。1只要方向（并非大小和方向）随时间做周期性变化的电流就是交流电。2只有当线圈绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动时，就能产生正弦电流，与转轴的位置、线圈的形状无关。3计算交流电的电功、电热用有效值，计算电荷量用平均值。4只有正弦电流的有效值和最大值之间才有U关系，其他的交流电没有上述关系。5变压器能改变交流电或脉动直流电（方向不变，大小变化的直流电）的电压或电流，但不改变恒定电流的电压和电流。6副线圈的电压由原线圈的电压和匝数比决定，原线圈的电流由副线圈的电流和匝数比决定，输入功率是由输出功率决定。7输电电压是输电线两端的电压，不是输电线电阻上的电压，因此计算输电线上的热功率损失应用损失电压或输电线中的电流来计算。1如图所示，在铁芯上、下分别绕有匝数n1800和n2200的两个线圈，上线圈两端u51sin314t V的交流电源相连，将下线圈两端接交流电压表，则交流电压表的读数可能是（）。A20 VB90 VC127 V D1440 V2图（a）左侧的调压装置可视为理想变压器，负载电路中R55 ，、为理想电流表和电压表，若原线圈接入如图（b）所示的正弦交变电压，电压表的示数为110 V，下列表述正确的是（）。A电流表的示数为2 AB原副线圈匝数比为12C电压表的示数为电压的有效值D原线圈中交变电压的频率为100 Hz3一交流电压的图象如图所示，将该交流电压加在一阻值为22 的电阻两端，下列说法中正确的是（）。A该电阻消耗的功率为1 100 WB该交流电压的瞬时值表达式为u110sin 100t（V）C并联在该电阻两端的交流电压表的示数为110 VD流过电阻的电流方向每秒改变50次4图甲为一理想变压器，ab为原线圈，ce为副线圈，d为副线圈引出的一个接头。原线圈输入正弦式交变电压的ut图象如图乙所示。若只在ce间接一只Rce400 的电阻，或只在de间接一只Rde225 的电阻，两种情况下电阻消耗的功率均为80 W。图甲图乙（1）请写出原线圈输入电压瞬时值uab的表达式；（2）求只在ce间接400 的电阻时，原线圈中的电流I1；（3）求ce和de间线圈的匝数比。 答案与解析考场传真1BD解析：由题图可知，u2的变化周期T0.02 s，则100 rad/s，选项B正确；由于u2偏小，为使其有效值增大为220 V，根据变压器的变压规律可知，应减小变压比，即将P适当上移，选项D正确。2AD解析：由题图甲可知，交变电流T0.02 s，最大值U1m310 V，则交流电频率f50 Hz，变压器不改变交变电流的频率，选项A正确；由原、副线圈匝数比可知，副线圈输出电压的最大值为U2m31 V，选项B错误；滑片P向右移动时，滑动变阻器接入电路的阻值变小，由P可知，选项D正确；由于原、副线圈的匝数比不变，故原、副线圈的电流比不变，选项C错误。3AD解析：，uuu线，uu，可知，n2/n1n3/n4，A对、B错、C错。P输出P输入P线，D对。核心攻略【例1】 B解析：根据题图可知，t0.005 s时，电动势为311 V，根据法拉第电磁感应定律可知，此时磁通量的变化率不为零，选项A错误；t0.01 s时，电动势为零，线框与中性面重合，选项B正确；线框产生电动势的有效值E有 V220 V，选项C错误；周期T0.02 s，则频率f1/T50 Hz，选项D错误。【例2】 D解析：由图象知T0.02 s，100 rad/s，u20sin（100t）V，A项错误；由于副线圈两端电压不变，故只断开S2，两灯串联，电压为额定值的一半，不能正常发光，B项错误；只断开S2，副线圈电路电阻变为原来的2倍，由P知副线圈消耗功率减小，则原线圈输入功率也减小，C项错误；输入电压额定值U120 V，由及PR得PR0.8 W，D项正确。【例3】 BD解析：当用户消耗的电功率变大时，即P4增大时，根据P3P4，P2P线P3，可知P2、P3变大，选项D正确；根据可知，U1、n1、n2一定，则U2不变；根据I线I2知，I线增大，U损I线R增大，U3U2U损减小，选项B正确。原创预测1A解析：原线圈电压为U1 V36 V，如原线圈的磁通量等于通过副线圈的磁通量，则U2U19 V，而事实上副线圈的磁通量小于原线圈的磁通量，U29 V，选项A正确。2AC解析：由图象可知原线圈输入电压的最大值为220 V，则有效值U1220 V。电压表示数为副线圈输出电压的有效值U2110 V。原、副线圈的匝数比。电流表的示数为2 A，由图象可知交变电压的周期为0.02 s，则频率为50 Hz，选项A、C正确。3B解析：该交流电的有效值为U有110 V，所以该电阻消耗的功率为P550 W，选项A错误；该交流电压的瞬时值表达式为uUmsin （）t110sin（）t110sin 100t（V），选项B正确；并联在该电阻两端的交流电压表的示数为有效值，等于110 V，选项