（讲练测）高考物理一轮复习 专题45 理想变压器远距离输电（讲）（含解析）.doc

专题45 理想变压器远距离输电（讲）1交变电流的产生及其各物理量的变化规律，应用交流电的图象解决问题2利用有效值的定义，对交变电流的有效值进行计算3理想变压器原、副线圈中电流、电压、功率之间的关系应用，变压器动态变化的分析方法4远距离输电的原理和相关计算5传感器的简单使用，能够解决与科技、社会紧密结合的问题6高考对本章知识的考查主要体现在“三突出”：突出考查交变电流的产生过程；突出考查交变电流的图象和交变电流的四值；突出考查变压器，对变压器的原理理解的同时，还要掌握变压器的静态计算和动态分析，远距离输电也要重视。对本专题知识点高考每年必考命题频率较高的知识点 有交变电流的变化规律（包括图象）、最大值与有效值等，以选择题的形式出现。变压器的原理，电压比、电流比及功率关系是考查的重点；将本章知识与电磁感应等结合的力、电综合题，或考查与本章知识有关的实际应用。1理解变压器的原理，会用功率关系、电压比、电流比进行有关的计算2能够对变压器进行动态分析3会分析计算远距离输电问题一、理想变压器1工作原理互感现象2基本关系式（1）功率关系：p入p出（2）电压关系：只有一个副线圈时，；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，u1i1u2i2u3i33几种常用的变压器（1）自耦变压器调压变压器（2）互感器4理想变压器的理解（1）没有能量损失；（2）没有磁通量损失二、远距离输电1输电过程（如图所示）2输送电流（1）i；（2）i3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qi2rt4电压损失（1）uuu；（2）uir5功率损失（1）ppp；（2）pi2r（）2r6降低输电损耗的两个途径（1）减小输电线的电阻，由电阻定律r可知，在输电距离一定的情况下，为了减小电阻，应采用电阻率小的材料，也可以增加导线的横截面积（2）减小输电导线中的输电电流，由pui可知，当输送功率一定时，提高输电电压，可以减小输电电流考点一理想变压器原、副线圈基本关系的应用1基本关系（1）p入p出；（2），有多个副线圈时，仍然成立（3），电流与匝数成反比，只对一个副线圈的变压器适用有多个副线圈时，由输入功率和输出功率相等确定电流关系（4）原、副线圈的每一匝的磁通量都相同，磁通量变化率也相同，频率也就相同2制约关系（1）电压：副线圈电压u2由原线圈电压u1和匝数比决定（2）功率：原线圈的输入功率p1由副线圈的输出功率p2决定（3）电流：原线圈电流i1由副线圈电流i2和匝数比决定3两种特殊的变压器模型（1）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，其中的一部分作为另一个线圈，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（2）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待测高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重点归纳1、关于理想变压器的四点说明（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解决变压器问题的三种思路（1）电压：变压器原、副线圈的电压之比为；当变压器有多个副线圈时，（2）功率：理想变压器的输入、输出功率为p入p出，当变压器有多个副线圈时，p1p2p3（3）电流：由知，对只有一个副线圈的变压器有，当变压器有多个副线圈时有n1i1n2i2n3i3典型案例（多选）如图所示，发电机中线圈的匝数为n，线圈的面积为s，线圈做匀速圆周运动的角速度为，匀强磁场的磁感应强度为b，电流表和电压表为理想电表，定值电阻的阻值为r，当p在图示位置时，变压器的匝数比为，一开始线圈与磁场垂直，下列判断正确的是： （ ）a电压表的读数为2nbsb电流表的读数为c线圈由图示位置旋转四分之一周，通过电流表的电荷量为dp向上移动时，电压表的示数表小，电流表示数变大【答案】bc匝数与电流反比，电流表的示数为：，故b正确；交流发电机内电阻不计，故变压器输入电压不变，根据理想变压器的变压比公式：，当p位置向上移动，输出电压变小，故电流变小，功率变小，故输入电流也变小，故电流表读数变小，矩形线圈从图示位置经过时间时为，故通过电流表的电荷量为：，故d错误c正确。【名师点睛】对于变压器需要掌握公式、，以及知道副线圈的电流以及功率决定了原线圈中的电流和功率，理想变压器是理想化模型，一是不计线圈内阻；二是没有出现漏磁现象同时当电路中有变压器时，只要将变压器的有效值求出，则就相当于一个新的恒定电源，其值就是刚才的有效值针对练习1如图所示，面积为，内阻不计的100匝矩形线圈abcd，绕垂直于磁场的轴匀速转动，转动的角速度为，匀强磁场的磁感应强度为。矩形线圈通过滑环与理想变压器相连，触头p可移动，副线圈所接电阻，电表均为理想交流电表，当线圈平面与磁场方向平行时开始计时，下列说法正确的是： （ ）a线圈中感应电动势的表达式为bp上移时，电流表示数减小c时刻，电压表示数为d当原副线圈匝数比为时，电阻上消耗的功率为【答案】d【名师点睛】根据线圈中感应电动势，结合开始计时位置，即可确定瞬时表达式，再由电压与匝数成正比，电流与匝数成反比，变压器的输入功率和输出功率相等，并知道电表是交流电的有效值，逐项分析即可得出结论。针对练习2如图所示，甲、乙两个交流电路中，电源的电压、输出电流均相等。若理想变压器原、副线圈的匝数为、，则负载电阻与的比值为： （ ）a b c d【答案】c【名师点睛】本题主要考查了变压器电压与匝数的关系以及功率公式的直接应用，难度不大，属于基础题。考点二理想变压器的动态分析解决理想变压器中有关物理量的动态分析问题的方法（1）分清不变量和变量，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，利用闭合电路欧姆定律，串、并联电路特点进行分析判定（2）分析该类问题的一般思维流程是：重点归纳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（1）匝数比不变的情况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i2变化引起p2变化，由p1p2知p1发生变化（2）负载电阻不变的情况u1不变，发生变化，u2变化r不变，u2变化，i2发生变化根据和p1p2，可以判断p2变化时，p1发生变化，u1不变时，i1发生变化典型案例如图所示电路，一理想变压器的原线圈ab间接交流电源，r0为定值电阻，r为滑动变阻器，副线圈匝数n2可调节，l为灯泡，则： （ ）a保持p位置不变，将r的滑片向下滑稍许，变压器的输入功率变小b保持p位置不变，将r的滑片向下滑稍许，灯泡l的亮度变亮c保持r的滑片位置不变，将p向下移动少许，变压器的输入功率变小d保持r的滑片位置不变，将p向下移动少许，灯泡l的亮度变亮【答案】d【名师点睛】本题考查变压器的两类动态分析问题（变匝数、变负载电阻），其解决方法与闭合电路欧姆定律相同，利用“局部-整体-局部”的分析思路进行分析即可求解。针对练习1（多选）下图是一种理想自耦变压器示意图，线圈绕在一个圆环形的铁芯上，p是可移动的滑动触头a、b间接交流电压u，输出端连接了两个相同的灯泡l1和l2，q为滑动变阻器的滑动触头。当开关s闭合，p处于如图所在的位置时，两灯均能发光下列说法正确的是： （ ）a将p沿逆时针方向移动，两灯均变亮bp不动，将q向左移动，两灯均变亮cp不动，将q向右移动，输入功率变大d断开开关s，l1将变暗【答案】ab 【名师点睛】本题要求知道自耦变压器的原理，结合变压器的特点和欧姆定律去分析。将p沿逆时针方向移动时，变压器的原线圈的匝数不变，副线圈的匝数增多；保持p的位置不动，即是保持变压器的原、副线圈的匝数比不变，副线圈两端的电压不变；断开开关s，相当于l1处电阻增大。针对练习2如图所示，为理想变压器原线圈，其接入电路的匝数随着滑动接触点p的上下移动而变化，原线圈接在正弦式交流电源上，副线圈接有滑动变阻器，下列说法正确的是： （ ）a输入电压稍减小时，可以使p上滑，保持滑动变阻器功率不变b输入电压稍增大时，可以使q上滑，保持滑动变阻器功率不变c保持输入电压及p位置不变，q上滑，原线圈电流增大d保持输入电压及q位置不变，p上滑，原线圈电流增大【答案】c【解析】根据公式：，则副线圈电压：，当减小，增大时导致副线圈电压减小，则滑动变阻器的功率：减小，故选项a错误；当增大，线圈匝数不变，则增大，当q上移，则接入电路的电阻减小，故则滑动变阻器的功率：增大，故选项b错误；保持输入电压及p位置不变，则原、副线圈的电压不变，q上滑，则接入电路的电阻减小，则副线圈的电流增大，根据公式，可知原线圈电流增大，故选项c正确；保持输入电压及q位置不变，p上滑，则原线圈匝数增加，则减小，故副线圈电流减小，则原线圈电流减小，故选项d错误。【名师点睛】根据电压与匝数成正比，电流与匝数成反比，变压器的输入功率和输出功率相等，逐项分析即可得出结论。考点三远距离输电问题1远距离输电的处理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远距离高压输电的几个基本关系（以图9为例）（1）功率关系：p1p2，p3p4，p2p损p3（2）电压、电流关系：，u2uu3，i2i3i线（3）输电电流：（4）输电线上损耗的电功率：p损i线uir线r线当输送功率一定时，输电电压增大到原来的n倍，输电线上损耗的功率就减小到原来的重点归纳远距离输电问题的“三二一”（1）理清三个回路（2）抓住两个联系理想的升压变压器联系了回路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理想的降压变压器联系了回路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）掌握一个守恒：能量守恒关系式p1p损p3典型案例夏季来临，空调、冷风机等大功率电器使用增多，用户消耗的功率增大。如图所示，发电机的输出电压u1和输电线的电阻r均不变、变压器均为理想变压器，则下列说法中正确的： （ ）a变压器的输出电压u2增大，且u2u1b变压器的输出电压u4增大，且u4u3c输电线损耗的功率占发电机输出功率的比例增大d输电线损耗的功率减小【答案】c【名师点睛】正确解答本题需要掌握：理想变压器的输入功率由输出功率决定，输出电压由输入电压决定；明确远距离输电过程中的功率、电压的损失与哪些因素有关，明确整个过程中的功率、电压关系理想变压器电压和匝数关系。针对练习1（多选）如图所示是发电厂通过升压变压器进行高压输电，接近用户端时再通过降压变压器降压给用户供电的示意图（图中变压器均可视为理想变压器，图中电表均为理想交流电表）。设发电厂输出的电压一定，两条输电线总电阻用r0表示，变阻器r相当于用户用电器的总电阻。当用电器增加时，相当于r变小，则当用电进入高峰时： （ ）a电压表v1、v2的读数均不变，电流表a1、a2的读数均增大b电压表v3、v4的读数均减小，电流表a3的读数也减小c电流表v2、v3的读数之差与电流表a2 的读数的比值不变d发电厂的输出功率增大【答案】acd【名师点睛】此题是远距离输电电路的动态分析；根据表达式知道电压和频率，与闭合电路中的动态分析类似，可以根据r的变化，确定出总电路的电阻的变化，进而可以确定总电路的电流的变化的情况，再根据电压不变，来分析其他的元件的电流和电压的变化的情况。针对练习2（多选）如图所示，（a）是远距离输电线路的示意图（b）是用户得到的电压随时间变化的图象已知降压变压器的匝数比为10：1不考虑降压变压器与用户间导线的电阻则： （ ）a发电机输出交流电的频率是50hzb升压变压器的输出电压为2200 vc辅电绕的电流只由降压变压器原副线圈的匝数比决定d当用户用电器的总电阻增大时，输电线上损失的功率减小【答案】ad【解析】变压器不会改变交流电的频率，有图b可知周期为t=002s，故频率为，故a正确；在降压变压器中，根据可得u3=2