高考物理 第2讲 理想变压器　远距离输电考点知识总复习教案40.doc

第2讲理想变压器远距离输电理想变压器(考纲要求)图10211构造如图1021所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的(1)原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫初级线圈(2)副线圈：与负载连接的线圈，也叫次级线圈2原理电流磁效应、电磁感应3基本关系式(1)功率关系：p入p出(2)电压关系：；有多个副线圈时，.(3)电流关系：只有一个副线圈时，.由p入p出及pui推出有多个副线圈时，u1i1u2i2u3i3unin.4几种常用的变压器(1)自耦变压器调压变压器(2)互感器远距离输电(考纲要求)1.输电过程(如图1022所示)图10222输电导线上的能量损失：主要是由输电线的电阻发热产生的，表达式为qi2rt.3电压损失(1)uuu；(2)uir4功率损失(1)ppp；(2)pi2r2r5输送电流(1)i；(2)i.温馨提示对理想变压器的理解(1)理想变压器没有能量损失没有磁通量损失(2)基本量的制约关系电压副线圈的电压u2由原线圈的电压u1和匝数比决定功率原线圈的输入功率p1由副线圈的输出功率p2决定电流原线圈的电流i1由副线圈的电流i2和匝数比决定1.图1023一输入电压为220 v，输出电压为36 v的变压器副线圈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，如图1023所示，然后将原线圈接到220 v交流电源上，测得新绕线圈的端电压为1 v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()a1 100,360 b1 100,180 c2 200,180 d2 200,360解析根据可得，可知n11 100.排除c、d两项再由可知n2180，故a错、b对答案b2一台理想变压器原、副线圈匝数比为221，当原线圈两端输入u1220sin 314t (v)的交变电压时，下列说法正确的是()a副线圈两端电压为12 vb副线圈接一10 电阻时，原线圈中的电流为1 ac副线圈接一10 电阻时，原线圈中输入功率为10 wd变压器铁芯中磁通量变化率的最大值是220 v答案c3(2012江西重点中学联考)照明供电线路的路端电压基本上是保持不变的可是我们在晚上七、八点钟用电高峰时开灯，电灯比深夜时要显得暗些这是因为用电高峰时()a总电阻比深夜时大，供电线路上的电流小，每盏灯两端的电压较低b总电阻比深夜时大，供电线路上的电流小，通过每盏灯的电流较小c总电阻比深夜时小，供电线路上的电流大，输电线上损失的电压较大d供电线路上的电流恒定，但开的灯比深夜时多，通过每盏灯的电流小解析照明供电线路的用电器是并联的，晚上七、八点钟用电高峰时，用电器越多，总电阻越小，供电线路上的电流越大，输电线上损失的电压较大，用户得到的电压较小，所以c正确答案c4如图1024所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有三只灯泡l1、l2和l3，输电线的等效电阻为r，原线圈接有一个理想的电流表，交流电源的电压大小不变开始时开关s接通，当s断开时，以下说法正确的是()图1024a原线圈两端p、q间的输入电压减小b等效电阻r上消耗的功率变大c原线圈中电流表示数变大d灯泡l1和l2变亮解析当s断开时，原线圈两端p、q间的输入电压不变，选项a错误；副线圈两端电压不变，灯泡的总电阻变大，输电线中电流变小，等效电阻r上消耗的功率变小，选项b错误；副线圈输出的功率变小，原线圈输入的功率也变小，原线圈中电流表示数变小，选项c错误；灯泡l1和l2两端电压变大，亮度变亮，选项d正确答案d5(2010福建理综，13)中国已投产运行的1 000 kv特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程假设甲、乙两地原来用500 kv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1 000 kv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. b. c2p d4p解析设输送功率为p，输送电流为i，输送电压为u，则pui，i，p损i2r.输送电压升为原来的2倍，则输送电流降为原来的一半，p损降为原来的四分之一，故选a.答案a考点一理想变压器基本关系的应用(1)基本关系式中u1、u2、i1、i2均指交流电的有效值(2)只有一个副线圈的变压器电流与匝数成反比，多个副线圈的变压器没有这种关系(3)理想变压器变压比公式和变流比公式中的电压和电流均采用峰值时，公式仍成立【典例1】 (2010海南高考题)图1025如图1025所示，一理想变压器原、副线圈匝数之比为41，原线圈两端接入一正弦交流电源；副线圈电路中r为负载电阻，交流电压表和交流电流表都是理想电表下列结论正确的是()a若电压表读数为6 v，则输入电压的最大值为24 vb若输入电压不变，副线圈匝数增加到原来的2倍，则电流表的读数减小到原来的一半c若输入电压不变，负载电阻的阻值增加到原来的2倍，则输入功率也增加到原来的2倍d若保持负载电阻的阻值不变，输入电压增加到原来的2倍，则输出功率增加到原来的8倍解析若电压表读数为6 v，则输入电压为u16 v24 v，是有效值，因此其最大值为24 v，a正确；若输入电压不变，副线圈匝数增加到原来的2倍，则输出电压也增加到原来的2倍，电流表示数应增加到原来的2倍，b错；若输入电压不变，负载电阻的阻值增加到原来的2倍，则输出电流减小到原来的一半，输入功率等于输出功率，即piu也减小到原来的一半，c错；若保持负载电阻的阻值不变，输入电压增加到原来的2倍，输出电压增大到原来的2倍，则由p可知输出功率增加到原来的4倍，d错误答案a【变式1】 (2012三亚模拟)如图1026所示，图1026理想变压器初级线圈的匝数为n1，次级线圈的匝数为n2，初级线圈的两端a、b接正弦交流电源，电压表v的示数为220 v，负载电阻r44 ，电流表a1的示数为0.20 a下列判断中正确的是()a初级线圈和次级线圈的匝数比为21b初级线圈和次级线圈的匝数比为51c电流表a2的示数为0.1 ad电流表a2的示数为0.4 a解析由题意可求得初级线圈的功率，利用理想变压器初、次级线圈中的功率相等可求得次级线圈中的电流，再利用初、次级线圈中的电流之比可求得两线圈的匝数比由电压表v的示数和电流表a1的示数可得初级线圈中的功率p1u1i1，p1p2i22r，所以电流表a2的示数为i2 a1.0 a，c错误；初级线圈和次级线圈的匝数比，b正确答案b考点二理想变压器动态分析问题图10271匝数比不变的情况如图1027所示：(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也不变(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，由p1p2，故p1发生变化图10282负载电阻不变的情况如图1028所示：(1)u1不变，发生变化，故u2变化(2)r不变，u2改变，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【典例2】 (2012宝鸡模拟)图1029如图1029所示的电路中，有一自耦变压器，左侧并联一只理想电压表v1后接在稳定的交流电源上；右侧串联灯泡l和滑动变阻器r，r上并联一只理想电压表v2.下列说法中正确的是()a若f不动，滑片p向下滑动时，v1示数变大，v2示数变小b若f不动，滑片p向下滑动时，灯泡消耗的功率变小c若p不动，滑片f向下移动时，v1、v2的示数均变小d若p不动，滑片f向下移动时，灯泡消耗的功率变大解析若f不动，滑片p向下滑动时，滑动变阻器接入电路中的电阻变大，则副线圈回路中总电阻变大，则回路中电流减小，灯泡两端电压减小，功率变小，滑动变阻器两端电压变大，v2的示数变大，而原线圈两端电压不变，则a错误、b正确；若p不动，滑片f向下移动时，根据理想变压器特点可知原线圈两端电压不变，副线圈两端电压减小，则副线圈回路中电流变小，灯泡l消耗的功率减小，电压表v2的示数减小，c、d错误答案b分析动态问题的思路程序可表示为：u1i1p1.【变式2】 如图10210所示是原、副线圈都有中间抽头的理想变压器，在原线圈上通过一个单刀双掷开关s1与一只电流表a连接，在副线圈上通过另一个单刀双掷开关s2与一个定值电阻r0相连接，通过s1、s2可以改变原、副线圈的匝数在原线圈上加一电压为u1的交流电后：当s1接a，s2接c时，电流表的示数为i1；当s1接a，s2接d时，电流表的示数为i2；当s1接b，s2接c时，电流表的示数为i3；当s1接b，s2接d时，电流表的示数为i4，则()图10210ai1i2 bi1i4 ci2i3 di2i4解析设变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2，由理想变压器在原线圈上的输入功率与在副线圈的输出功率相同，即p入p出，在定值电阻上消耗的功率p出，而在原线圈的输入功率p入i1u1，得i1，又，故i12，故题图中电流表的示数与有关，答案选b.答案b考点三远距离输电问题解决远距离输电问题时应注意1首先画出输电的电路图如图10211所示图102112分析三个回路：在每个回路中变压器的原线圈是回路的用电器，而相应的副线圈是下一个回路的电源3综合运用下面三个方面的关系求解(1)能量关系，pu1i1u2i2p用户p，pi22r，p用户u3i3u4i4(2)电路关系，u2uu3，ui2r(3)变压器关系，.【典例3】 (2012临沂模考)随着社会经济的发展，人们对能源的需求也日益扩大，节能变得越来越重要某发电厂采用升压变压器向某一特定用户供电，用户通过降压变压器用电，若发电厂输出电压为u1，输电导线总电阻为r，在某一时段用户需求的电功率为p0，用户的用电器正常工作的电压为u2.在满足用户正常用电的情况下，下列说法正确的是()a输电线上损耗的功率为b输电线上损耗的功率为c若要减少输电线上损耗的功率可以采用更高的电压输电d采用更高的电压输电会降低输电的效率解析设发电厂输出功率为p，则输电线上损耗的功率ppp0，pi2r，a、b项错误；采用更高的电压输电，可以减小导线上的电流，故可以减少输电线上损耗的功率，c项正确；采用更高的电压输电，输电线上损耗的功率减少，则发电厂输出的总功率减少，故可提高输电的效率，d项错误答案c【变式3】 图10212为某小型水电站的电能输送示意图，a为升压变压器，其输入功率为p1，输出功率为p2，输出电压为u2；b为降压变压器，其输入功率为p3，输入电压为u3.a、b均为理想变压器，输电线的总电阻为r，则下列关系式正确的是()图10212ap1p2 bp2p3cu2u3 du2u3解析由变压器原理知，p1p2p3pp4p，u2u3u，选c.答案c14.两种特殊的变压器模型一、自耦变压器高中物理中研究的变压器本身就是一种忽略了能量损失的理想模型，自耦变压器(又称调压器)，它只有一个线圈，其中的一部分做为另一个线圈，当交流电源接不同的端点时，它可以升压也可以降压，变压器的基本关系对自耦变压器均适用图10213【典例1】 如图10213所示，自耦变压器输入端a、b接交流稳压电源，其电压有效值uab100 v，r040 .当滑动片处于线圈中点位置时，c、d两端电压的有效值ucd为_v，通过电阻r0的电流有效值为_a解析自耦变压器的原、副线圈在一起，由题设可知，原线圈的匝数为副线圈匝数的一半，即此自耦变压器的变压比为，所以ucduab200 v通过电阻r0的电流有效值i5 a.答案2005二、双副线圈变压器计算具有两个(或两个以上)副线圈的变压器问题时，应注意三个关系：1.电压关系：2.电流关系：n1i1n2i2n3i33.功率关系：p1p2p3【典例2】 图10214(2011黄冈三模)如图10214所示，接于理想变压器中的四个规格相同的灯泡都正常发光，那么，理想变压器的匝数比n1n2n3为()a.111b321c.621 d221解析灯泡正常发光，可得uaubucud，所以u22u3.由变压器的电压比公式，所以n22n3.同理，灯泡正常发光，功率相等，即papbpcpd.由pi2r，得iaibicid，即i1i2i3.由u1i1u2i2u3i3得n1i1n2i2n3i3，即n1n2n32n3n33n3，所以n1n2n3321.答案b对于两个以上的副线圈的理想变压器，电压与匝数成正比是成立的，而电流与匝数成反比的规律不成立但在任何情况下电流关系都可以根据原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，即p入p出求解.一、理想变压器基本关系的应用(高频考查)1.图10215(2011浙江卷，16)如图10215所示，在铁芯上、下分别绕有匝数n1800和n2200的两个线圈，上线圈两端与u51sin 314t 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()a2.0 vb9.0 vc12.7 v d144.0 v解析由得u2，其中u1 v，得u2 v9.0 v，因此题中两线圈并非处于理想状态，会出现漏磁，所以交流电压表的读数小于9.0 v，故选项a正确答案a2(2011广东卷，19改编)图10216(a)左侧的调压装置可视为理想变压器，负载电路中r55 ，a 、v 为理想电流表和电压表，若原线圈接入如图10216(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()图10216a电流表的示数为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 hz解析由i得，i a2 a，a错误理想变压器中，所以，b错误测量交流电时电表示数均为有效值，c正确由题图(b)知t0.02 s，由f得，f50 hz，d错误答案c3(2011山东卷，10改编)为保证用户电压稳定在220 v，变电所需适时进行调压，图10217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10217乙所示，以下正确的是()图10217au1190sin (50t) vbu2190sin (50t) 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适当上移解析由u2t图象知u2m190 v，t2102 s故100 rad/s，故u2190 sin (100t) v选项a错误、选项b错误由变压器电压与匝数关系得u2，可减小n1以使u2的有效值增大至220 v，即将p适当上移，故选项c错误、选项d正确答案d4(2011海南卷，11)如图10218，理想变压器原线圈与一10 v的交流电源相连，副线圈并联两个小灯泡a和b.小灯泡a的额定功率为0.3 w，正常发光时电阻为30 ，已知两灯泡均正常发光，流过原线圈的电流为0.09 a，可计算出原、副线圈的匝数比为_，流过灯泡b的电流为_a.图10218解析根据p和pi2r得灯泡a两端的电压u2 v3 v，通过灯泡a的电流ia a0.1 a，根据得原、副线圈匝数之比，根据，得副线圈上的电流i2i10.09 a0.3 a，根据i2iaib得，流过灯泡b的电流为ibi2ia0.2 a.答案1030.2二、理想变压器的动态分解(中频考查)5(2010天津理综，7改编)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10219所示当开关s闭合后()图10219aa1示数不变，a1与a2示数的比值不变ba1示数变大，a1与a2示数的比值变大cv2示数变小，v1与v2示数的比值变大dv2示数不变，v1与v2示数的比值不变解析交流电源电压有效值不变，即v1示数不变，因，故v2示数不变，v1与v2示数的比值不变，d对s闭合使负载总电阻减小，i2，所以i2增大因，所以a1示数增大，a1与a2示数比值不变，a错答案d6(2011福建卷，15)图10220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10220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()图10220a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0.8 w解析由题图知，um20 v，t0.