高考物理二轮细致复习典范 54.5 变压器、电能的输送 新人教版选修32(1).doc

变压器、电能的输送一、理想变压器1变压器的构造：如图2所示，变压器是由_和绕在 铁芯上的_组成的(1)原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫_线圈图2(2)副线圈：与_连接的线圈，也叫_线圈2变压器的原理：电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场，由于电流的_、_在不断变化，铁芯中的磁场也在不断变化变化的磁场在副线圈中产生_，所以尽管两个线圈之间没有导线相连，副线圈也能够输出电流_是变压器工作的基础3理想变压器：没有_的变压器，即_功率等于_功率4基本关系式(1)功率关系：_.(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，u1i1_.【答案】1.闭合铁芯两个线圈(1)初级(2)负载次级2.大小方向感应电动势互感现象3.能量损失输入输出4.(1)p入p出(2)(3)u2i2u3i3unin二、远距离输电1根据p损_，降低输电损耗有两种方法(1)减小输电线的电阻(2)减小输电导线中的电流：在输送功率一定的情况下，根据pui，要减小电流，必须提高_2远距离输电的功率损失输送功率一定时，线路电流i_，输电线上的损失功率p损i2r线_，可知p损.远距离输电中的功率关系：p输_.【答案】1.i2r线(2)输电电压2.p损p用户考点一理想变压器原、副线圈基本量的关系理想变压器没有能量损失(铜损、铁损)没有磁通量损失(磁通量全部集中在铁芯中)基本功率p入p出电压关系原、副线圈的电压比等于匝数比，与负载情况、副线圈个数的多少无关电流关系只有一个副线圈时，电流和匝数成反比有多个副线圈时，由输入功率和输出功率相等确定电流关系频率关系原、副线圈中电流的频率相等制约关系电压副线圈电压u2由原线圈电压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决定电流原线圈电流i1由副线圈电流i2和匝数比决定【典例1】如图所示，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1.0 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的示数为答案bc考点二理想变压器的动态分析1匝数比不变的情况(如图5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不变图5(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，p1p2，故p1发生变化2负载电阻不变的情况(如图6所示)(1)u1不变，发生变化，故u2变化(2)r不变，u2变化，故i2发生变化图6(3)根据p2，p2发生变化，再根据p1p2，故p1变化，p1 u1i1，u1不变，故i1发生变化3分析动态问题的思路程序可表示为 【典例2】(2013宝鸡模拟)如图所示的电路中，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)：图9(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：i线.(4)输电线上损耗的电功率：p损i线uir线()2r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.【典例3】(2013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 ()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【2013年】15m22013重庆卷 如图所示，理想变压器的原线圈接u11000sin100t(v)的交变电压，副线圈通过电阻r6 的导线对“220 v/880 w”的电器rl供电，该电器正常工作由此可知()a原、副线圈的匝数比为501b交变电压的频率为100 hzc副线圈中电流的有效值为4 d变压器的输入功率为880 w15c解析 输入电压的有效值为11000 v，用电器的额定电压为220 v，所以变压器的输出电压大于220 v，原副线圈的匝数比小于，a错误；由输入电压的表达式知，f hz50 hz，b错误；副线圈中的电流与用电器中的电流相同，i4 a，c正确；变压器的输出功率为用电器的功率和导线电阻损耗的功率之和，大于880 w，所以变压器的输入功率大于880 w，d错误4m22013天津卷 通过一理想变压器，经同一线路输送相同的电功率p，原线圈的电压 u保持不变，输电线路的总电阻为r.当副线圈与原线圈的匝数比为k时，线路损耗的电功率为p1，若将副线圈与原线圈的匝数比提高到nk，线路损耗的电功率为p2，则p1和分别为()a.，b.2r，c.， d.2r，4d解析 原线圈的电压为u，副线圈与原线圈的匝数比为k，则副线圈的电压为ku，输电线路中的电流为，所以线路损耗的电功率p12r，故线路损耗的电功率与成正比，即若将副线圈与原线圈的匝数比提高到nk，输电线路损耗的电功率将变为原来的，选项d正确18m22013山东卷 图甲是某燃气炉点火装置的原理图转换器将直流电压转换为图乙所示的正弦交变电压，并加在一理想变压器的原线圈上，变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2，v为交流电压表当变压器副线圈电压的瞬时值大于5000 v时，就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体以下判断正确的是()图甲图乙a电压表的示数等于5 vb电压表的示数等于 vc实现点火的条件是1000d实现点火的条件是100018bc解析 交流电压表显示的是有效值，而原线圈输入的是正弦交流电，所以交流电压表的示数为 v，故b正确如果副线圈电压的瞬时值大于5000 v，则1000，故c正确图317m22013课标全国卷 自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈，原、副线圈都只取该线圈的某部分一升压式自耦调压变压器的电路如图所示，其副线圈匝数可调已知变压器线圈总匝数为1900匝；原线圈为1100匝，接在有效值为220 v的交流电源上当变压器输出电压调至最大时，负载r上的功率为2.0 kw.设此时原线圈中电流有效值为i1，负载两端电压的有效值为u2，且变压器是理想的，则u2和i1分别约为()a380 v和5.3 ab380 v和9.1 ac240 v和5.3 ad240 v和9.1 a17b解析 因变压器输出电压调至最大，故副线圈为1900匝，由变压器两端的电压与匝数成正比，即，故副线圈的电压有效值u2为380 v；因变压器为理想变压器，故其输入功率等于输出功率，即p1p2，由p1u1i1得i19.1 a，b正确7m22013江苏卷 某同学设计的家庭电路保护装置如图所示，铁芯左侧线圈l1由火线和零线并行绕成当右侧线圈l2中产生电流时，电流经放大器放大后，使电磁铁吸起铁质开关k，从而切断家庭电路仅考虑l1在铁芯中产生的磁场，下列说法正确的有()图5a家庭电路正常工作时，l2中的磁通量为零b家庭电路中使用的电器增多时，l2中的磁通量不变c家庭电路发生短路时，开关k将被电磁铁吸起d地面上的人接触火线发生触电时，开关k将被电磁铁吸起7abd解析 由于火线和零线并行绕制，所以在家庭电路正常工作时，火线和零线的电流大小相等，方向相反，因此合磁通量为零，l2中的磁通量为零，a项正确；当家庭电路中使用的电器增多时，火线和零线的电流仍然大小相等，方向相反，l2中的磁通量不变，b项正确；家庭电路发生短路时，火线和零线的电流同时增大，合磁通量仍然为零，因此开关k不会被电磁铁吸起，c项错误；当地面上的人接触火线发生触电时，火线的电流突然变大，即l1中的磁场发生变化，导致l2中的磁通量变化，l2中产生感应电流，电磁铁将开关k吸起，d项正确【2013年-2013年】v1.（2013广东理综t19）图（a）左侧的调压装置可视为理想变压器，负载电路中， 、 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110v，下列表述正确的是a.电流表的示数为2a b.原、副线圈匝数比为1:2c .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100hz【答案】选a.c.【详解】电流表的示数为：,a正确；原、负线圈的电压比等于匝数比，所以匝数比为2:1，b错误；电压表的示数指交变电流的有效值，c正确；由（b）知交流电的周期为0.02s,故频率为50hz,d错误。2.（2013福建理综t15）图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n1:n2=5:1，电阻r=20 ，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u=20sin(50t)v b.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0.8w【答案】选d. 【详解】由图乙知周期为0.02s，因此输入电压的表达式,a错；只断开s2，l1、l2的电压小于额定电压，都不能正常发光，b错；只断开s2，负载电阻变大，功率变小，c错；s1换接到2后，据和得r消耗的功率为0.8w，故选d.3.（2013新课标全国卷t17）如图，一理想变压器原副线圈的匝数比为1：2；副线圈电路中接有灯泡，灯泡的额定电压为220v，额定功率为22w；原线圈电路中接有电压表和电流表。现闭合开关，灯泡正常发光。若用u和i分别表示此时电压表和电流表的读数，则au=110v , i=0.2a b. u=110v , i=0.05 ac. u=110v , i=0.2a d. u=110v , i=0.2a【答案】选。【详解】在副线圈电路中，i2=0.1a，再根据=，及=，得u1=110v，i1=0.2a，故b、c、d错，a正确。4.（2013山东高考t20）为保证用户电压稳定在220v，变电所需适时进行调压，图甲为调压变压器示意图。保持输入电压不变，当滑动接头p上下移动时可改变输出电压。某此检测得到用户电压随时间t变化的曲线如图乙所示。以下正确的是 （ ）a、b、c、为使用户电压稳定在220v，应将p适当下移d、为使用户电压稳定在220v，应将p适当上移【答案】选b、d。【详解】由图像可知，正弦式交变电压的最大值为，其周期为0.02s,可得其表达式为b选项正确，又在、不变的前提下通过改变来使增大，由可得应使减小，故应将p适当上移，d选项正确。5.（2013浙江理综t16）如图所示，在铁芯上、下分别绕有匝数n1=800和n2=200的两个线圈，上线圈两端与u=51sin314tv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a. 2.0v b. 9.0v c. 12.7v d. 144.0v【答案】选a【详解】根据上线圈所加电压的表达式可得，最大值为51 v.所以有效值.若变压器为理想变压器：，可得：u2=9.0 v.但由于铁心不闭合，考虑到磁漏的存在，应有u29.0 v，所以a正确.6（2013海南物理t11）如图：理想变压器原线圈与-10v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0.3w，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0.09a，可计算出原、副线圈的匝数比为_，流过灯泡b的电流为_a,【答案】 0.2【详解】v，根据小灯泡正常发光，则v，a ，根据，所以a，a。7.（2013江苏物理t13-1）图为一理想变压器，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u-t图象如题13-2图所示。若只在ce间接一只=400 的电阻，或只在de间接一只=225 的电阻,两种情况下电阻消耗的功率均为80w。(1)请写出原线圈输入电压瞬时值的表达式；(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】（1） (2) 0.28a (3)4:3【详解】（1）有题13-2图知，电压瞬时值（v） (2)电压有效值（v） 理想变压器 原线圈中的电流=0.28 (2)设ab间匝数为，根据变压器规律有， 由题意有：，联立可得：8 （2013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。9（2013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：a 1100、360 b 1100、180 c 2200、180 d 220、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。11（2013 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。12 （2013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ap/4 bp/2 c2p d4p答案：a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。13（2013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 cp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 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。14（2013浙江卷）17. 某水电站，用总电阻为2.5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2105ab. 输电线上由电阻造成的损失电压为15kvc. 若改用5kv电压输电，则输电线上损失的功率为9108kwd. 输电线上损失的功率为pu2/r，u为输电电压，r为输电线的电阻答案：b一、选择题(本题共8小题，每题9分，至少一个答案正确，选不全得5分，共72分)1.(2013泰州模拟)原、副线圈的匝数均可调节，原线圈两端接一正弦交变电流，为了使变压器输入功率增大，可以采取的措施有( )a只增加原线圈的匝数n1b.只减少副线圈的匝数n2c.只减少负载电阻r的阻值d.只增大负载电阻r的阻值2.如图所示是一台家用台灯亮度调节原理图，自耦变压器接入正弦交流电压，电流表、电压表分别为理想交流电流表和理想交流电压表.若将调压端的滑动触头p向上移动，则( )a.电压表v的示数变大b.变压器的输出功率变大c.电流表a的示数变小d.电流表a的示数变大3.(2013山东高考)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( )a b. c.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4.如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为101，r1=20 ，r2=30 ，c为电容器.已知通过r1的正弦式交流电如图乙所示，则( )a.交流电的频率为0.02 hzb.原线圈输入电压的最大值为c.电阻r2的电功率约为6.67 wd.通过r3的电流始终为零5.如图所示，t为理想变压器，副线圈回路中的输电线ab和cd的电阻不可忽略，其余输电线电阻可不计，则当开关s闭合时( )a.交流电压表v2和v3的示数一定都变小b.交流电压表v3的示数变小c.交流电流表a1、a2和a3的示数一定变大d.只有a1的示数变大6.(2013中山模拟)如图所示，l1和l2是输电线，甲是电压互感器，乙是电流互感器.若已知变压比为1 0001,变流比为1001，并且知道电压表示数为220 v，电流表示数为10 a，则输电线的输送功率为( )a.2.2103 wb.2.210-2 wc.2.2108 wd.2.2104 w7.如图所示，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r=44 ，电流表1的示数为0.20 .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1.0 d.电流表a2的示数为0.4 8.某水电站，用总电阻为2.5 的输电线输电给500 km外的用户，其输出电功率是3106 kw.现用500 kv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2105 b.输电线上由电阻造成的损失电压为15 kvc.若改用5 kv电压输电，则输电线上损失的功率为9108 kwd.输电线上损失的功率为pu2/r，u为输电电压，r为输电线的电阻二、计算题(本大题共2小题，共28分，要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位) 9.(12分)收音机的变压器的初级线圈有1 210匝，接在u1=220 v的交流电源上，变压器有两个次级线圈.次级线圈的匝数为35匝，次级线圈的匝数是1 925匝.如果不计变压器自身的能量损耗，当变压器工作时，线圈的电流是0.3 a时，初级线圈的电流i1=0.114 a.求线圈中电流和输出电压(电流的计算结果保留3位有效数字).10.(2013东莞模拟)(16分)在远距离输电时，要考虑尽量减少输电线上的功率损失.有一个小型发电站，输送的电功率为p=500 kw,当使用u=5 kv的电压输电时，测得安装在输电线路起点和终点处的两只电度表一昼夜示数相差4 800 kwh.求：(1)输电效率和输电线的总电阻r；(2)若想使输电效率提高到98%，又不改变输电线，那么发电站应使用多高的电压向外输电？1.【解析】选c.由知,当n1增大时，u2减小，当减小n2时，u2也减小，又根据知，a、b、d均错误，c正确.2.【解析】选a、b、d.当滑动触头p向上移动时，自耦变压器“副线圈”匝数增大，由可知“副线圈”两端电压增大，台灯的功率变大，a、b正确；由于理想变压器输入功率与输出功率相等，且输入电压不变，故电流表示数变大，c错误、d正确.3.【解题指南】解答本题应注意以下三点：(1)根据图象找出最大值、周期，写出瞬时值表达式.(2)变压器原、副线圈的电压均为有效值.(3)根据变压器中电压关系确定如何改变原线圈匝数.【解析】选b、d.由图象可知，正弦式交变电压的最大值为，其周期为0.02 s,可得其表达式为，b选项正确，又在u1、n2不变的前提下通过改变n1来使u2增大，由可得应使n1减小，故应将p适当上移，d选项正确.4.【解析】选c.由图乙可知交流电频率为50 hz，所以a错.副线圈电压最大值u2=im1r1=20 v,由可知，原线圈电压的最大值u1=200 v,b错.r1和r2并联，,故c正确；因电容器接交流电有充放电电流，故d错.5.【解析】选b.在理想变压器中，因为u不变，故v2示数不变；闭合s时，负载电阻变小，副线圈中电流i2增大，a2示数增大，由p入=p出,即i1u1=i2u2可知a1示数增大，因为ab和cd导线的电阻不可忽略，v3改测r2两端电压，故v3示数变小.r1两端电压减小，故流过r1处的电流i