高考物理 热点题型和提分秘籍 专题10.2 变压器　电能的输送（含解析）.doc

专题10.2 变压器电能的输送【高频考点解读】1.了解变压器的构造，理解变压器的工作原理。2理解理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系，能应用它分析解决有关问题。3知道远距离输电过程，知道降低输电损耗的两个途径。了解电网供电的优点和意义。【热点题型】题型一 理想变压器例1、如图1021，一理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2。原线圈通过一理想电流表 接正弦交流电源，一个二极管和阻值为r的负载电阻串联后接到副线圈的两端。假设该二极管的正向电阻为零，反向电阻为无穷大。用交流电压表测得a、b端和c、d端的电压分别为uab和ucd，则()图1021auabucdn1n2b增大负载电阻的阻值r，电流表的读数变小c负载电阻的阻值越小，cd间的电压ucd越大d将二极管短路，电流表的读数加倍【答案】bd【提分秘籍】 1基本关系(1)无漏磁，故原、副线圈中的、相同。(2)线圈无电阻，因此无电压降，uen。(3)根据得，套在同一铁芯上的线圈，无论是原线圈，还是副线圈，该比例都成立，则有。(4)无电能损失，因此p入p出，无论副线圈是一个还是多个，总有u1i1u2i2u3i3将电压关系代入可得n1i1n2i2n3i3。2基本关系式中物理量之间的决定关系(1)电压决定关系：输入电压u1决定输出电压u2，这是因为输出电压u2u1，当u1不变时，不论负载电阻r变化与否，u2不会改变。(2)电流决定关系：输出电流i2决定输入电流i1。(3)功率决定关系：输出功率p2决定输入功率p1。(4)频率关系：原、副线圈中电流的频率相同。【举一反三】 如图1023所示，一台理想变压器的原副线圈的匝数比为n1n2401，在副线圈两端接有“6 v40 w”的电灯泡。若灯泡正常发光，则下列说法中正确的是()图1023a在原副线圈中，通过每匝线圈的磁通量时时刻刻都相同b通过原副线圈的交变电流的频率相同c变压器输入电压的最大值为240 vd变压器输入功率为40 w题型二 理想变压器的动态分析例2、 (多选)如图1027甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为101，b是原线圈的中心抽头，图中电表均为理想的交流电表，定值电阻r10 ，其余电阻均不计。从某时刻开始在原线圈c、d两端加上如图乙所示的交变电压。则下列说法中正确的有()图1027a当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为31.1 vb当单刀双掷开关与b连接且在0.01 s时，电流表示数为4.4 ac当单刀双掷开关由a拨向b时，副线圈输出电压的频率变为25 hzd当单刀双掷开关由a拨向b时，原线圈的输入功率变大【答案】bd【提分秘籍】 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(如图1024所示)图1024(1)u1不变，根据，输入电压u1决定输出电压u2，可以得出不论负载电阻r如何变化，u2不变。(2)当负载电阻发生变化时，i2变化，根据输出电流i2决定输入电流i1，可以判断i1的变化。(3)i2变化引起p2变化，根据p1p2，可以判断p1的变化。2负载电阻不变的情况(如图1025所示)图1025(1)u1不变，发生变化，u2变化。(2)r不变，u2变化，i2发生变化。(3)根据p2和p1p2，可以判断p2变化时，p1发生变化，u1不变时，i1发生变化。【举一反三】 2(多选)如图1029所示，将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线圈连接电阻r0、r1和r2。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，如图所示。当开关s闭合后()图1029av1、v2示数变小，变压器的输出功率减小ba1、a2示数变大，变压器的输出功率增大ca1示数不变、a2示数变大，变压器的输出功率减小dv1示数不变、v2示数变小，变压器的输出功率增大题型三 远距离输电例3、如图10211所示为远距离交流输电的简化电路图。发电厂的输出电压是u，用等效总电阻是r的两条输电线输电，输电线路中的电流是i1，其末端间的电压为u1。在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流为i2。则()图10211a用户端的电压为b输电线上的电压降为uc理想变压器的输入功率为ird输电线路上损失的电功率为i1u【答案】a【方法规律】输电线路功率损失的计算方法(1)p损pp，p为输送的功率，p为用户得到的功率。(2)p损ir线，i线为输电线路上的电流，r线为线路电阻。(3)p损，u为输电线路上损失的电压，r线为线路电阻。(4)p损ui线，u为输电线路上损失的电压，i线为线路上的电流。易错提醒在远距离输电问题中，一般用p损ir线计算线路功率损耗，其原因是i线可以由公式p输出i线u输出求出，而p损ui线和p损则不常用，其原因是在一般情况下，u不易求出，且易将u和u输出相混而造成错误。【提分秘籍】1理清三个回路远距离输电电网间的基本结构，如图10210所示。输电过程的电路被划分为三个独立的回路，即电源回路、输送回路和用户回路。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，每个回路均可应用闭合电路欧姆定律、串并联电路的规律，而变压器的电压、电流、功率关系则是联系不同回路的桥梁。图102102抓住两个联系(1)理想的升压变压器联系了电源回路和输送回路，由理想变压器原理可得：线圈1(匝数为n1)和线圈2(匝数为n2)中各个量间的关系是：，i1n1i2n2，p1p2。(2)理想的降压变压器联系了输送回路和用户回路，由理想变压器原理可得：线圈3(匝数为n3)和线圈4(匝数为n4)中各个量间的关系是：，i3n3i4n4，p3p4。3掌握一个能量守恒定律发电机把机械能转化为电能，并通过导线将能量输送给线圈1，线圈1上的能量就是远程输电的总能量，在输送过程中，先被输送回路上的导线电阻损耗一小部分，剩余的绝大部分通过降压变压器和用户回路被用户使用消耗，所以其能量关系为p1p线损p用户。【举一反三】 远距离输电的原理图如图10213所示，升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2，电压分别为u1、u2，电流分别为i1、i2，输电线上的电阻为r。变压器为理想变压器，则下列关系式中正确的是()图10213a.bi2ci1u1ir di1u1i2u2【高考风向标】 1.【2015海南10】4如图，一理想变压器原、副线圈匝数比为4:1，原线圈与一可变电阻串联后，接入一正弦交流电源；副线圈电路中固定电阻的阻值为r0，负载电阻的阻值r=11r0，是理想电压表；现将负载电阻的阻值减小为r=5r0，保持变压器输入电流不变，此时电压表读数为5.0v，则a此时原线圈两端电压的最大值约为34vb此时原线圈两端电压的最大值约为24vc原线圈两端原来的电压有效值约为68vd原线圈两端原来的电压有效值约为48v【答案】ad2.【2015江苏1】5一电器中的变压器可视为理想变压器，它将220v交变电流改为110v，已知变压器原线圈匝数为800，则副线圈匝数为（ ）a200 b400 c1600 d3200【答案】b【解析】根据变压器的变压规律，代入数据可求副线圈匝数为400，所以b正确。3.【2015全国新课标16】7一理想变压器的原、副线圈的匝数比为3:1，在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻，原线圈一侧接在电压为220v的正弦交流电源上，如图所示。设副线圈回路中电阻两端的电压为，原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k，则abcd【答案】a【解析】原副线圈电压比等于匝数比，根据副线圈负载电阻的电压，可知副线圈电压为，原线圈电压为，副线圈电流，原副线圈电流与匝数成反比，所以原线圈电流，那么原线圈输入电压，整理可得；原副线圈电阻消耗的功率根据，电阻相等，电流为1:3，可得功率比为1:9，对照选项a对。4.【2015安徽16】9图示电路中，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个位置，观察到电流表a1的示数增大了0.2a，电流表a2的示数增大了0.8a。则下列说法正确的是a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变阻器滑片是沿的方向滑动【答案】d5.【2015广东15】10图5为气流加热装置的示意图，使用电阻丝加热导气管，视变压器为理想变压器，原线圈接入电压有效值恒定的交流电并保持匝数不变，调节触头p，使输出电压有效值由220v降至110v，调节前后a副线圈中的电流比为12 b副线圈输出功率比为21c副线圈的接入匝数比为21 d原线圈输入功率比为12【答案】c【解析】设原线圈中电流为i1，匝数为n1，两端输入电压为u1，输入功率为p1，幅线圈中电流为i2，匝数为n2，两端输出电压为u2，输出功率为p2，根据理想变压器原副线圈两端电压与匝数关系有：，所以当输出电压u2由220v降至110v时，副线圈匝数n2也应减少为一半，故选项c正确；由于副线圈两端所接用电器不变，所以当用电器电压减半时，其电流i2也减半，故选项a错误；根据功率计算式pui可知，副线圈中输出功率p2变为原来的1/4，故选项b错误；由能量守恒定律可知，原线圈中输入功率p1也变为原来的1/4，故选项d错误。6.【2015福建15】11图为远距离输电示意图，两变压器均为理想变压器，升压变压器t的原、副线圈匝数分别为n1、n2 。在t的原线圈两端接入一电压的交流电源，若输送电功率为p，输电线的总电阻为2r，不考虑其它因素的影响，则输电线上损失的电功率为( ) 【答案】 c1.(2014浙江卷，15)如图13所示为远距离交流输电的简化电路图。发电厂的输出电压是u，用等效总电阻是r的两条输电线输电，输电线路中的电流是i1，其末端间的电压为u1。在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流为i2。则()图13a用户端的电压为b输电线上的电压降为uc理想变压器的输入功率为ird输电线路上损失的电功率为i1u解析因为p入p出，所以u1i1u2i2，即u2，所以选项a正确；输电线上的电压u线uu1，选项b错误；理想变压器的输入功率p入i1u1，线路上损失的电功率p损ir，选项c、d均错误。答案a2.(2014四川卷，1)如图5所示，甲是远距离输电线路的示意图，乙是发电机输出电压随时间变化的图象，则()图5a用户用电器上交流电的频率是100 hzb发电机输出交流电的电压有效值是500 vc输电线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d3(多选)(2014新课标全国卷，21)如图6所示，一理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2。原线圈通过一理想电流表 接正弦交流电源，一个二极管和阻值为r的负载电阻串联后接到副线圈的两端。假设该二极管的正向电阻为零，反向电阻为无穷大。用交流电压表测得a、b端和c、d端的电压分别为uab和ucd ，则()图6auab：ucdn1：n2b增大负载电阻的阻值r，电流表的读数变小c负载电阻的阻值越小，cd间的电压ucd越大d将二极管短路，电流表的读数加倍 解析若变压器初级电压为uab，则次级电压为u2uab；由于二极管的单向导电性使得副线圈中的反向电流为零，由有效值的定义可得t解得ucdu2，故，选项a错误；增大负载的阻值r，则变压器次级电流减小，则初级电流也减小，即电流表的读数减小，选项b正确；cd间的电压由变压器的初级电压决定，与负载电阻r的大小无关，选项c错误；若二极管短路则ucdu2ucd，故此时r消耗的功率p为原来的2倍，则次级电流会加倍，则初级电流也加倍，选项d正确。答案bd4(2014江苏卷，3)远距离输电的原理图如图16所示，升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2，电压分别为u1、u2，电流分别为i1、i2，输电线上的电阻为r。变压器为理想变压器，则下列关系式中正确的是()图16a. bi2ci1u1ir di1u1i2u2答案d5(多选)(2014山东卷，17)如图18所示，将额定电压为60 v的用电器，通过一理想变压器接在正弦交变电源上。闭合开关s后，用电器正常工作，交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220 v和2.2 a。以下判断正确的是()图18a变压器输入功率为484 wb通过原线圈的电流的有效值为0.6 ac通过副线圈的电流的最大值为2.2 ad变压器原、副线圈匝数比n1n2113解析用电器正常工作，则知变压器输出电压u260 v，理想变压器输入功率等于输出功率，则p1p2u2i2602.2 w132 w，故a错；通过原线圈的电流为i1 a0.6 a，故b对；通过副线圈的电流最大值为i2m2.2 a3.1 a，故c错；变压器原、副线圈匝数比为，故d对。答案bd6(2014海南卷，2)理想变压器上接有三个完全相同的灯泡，其中一个与该变压器的原线圈串联后接入交流电源，另外两个并联后接在副线圈两端。已知三个灯泡均正常发光。该变压器原、副线圈的匝数之比为()a12 b21 c23 d32解析三个灯泡都相同，并且都正常发光，可知三个灯泡此时的电流都相同，即原线圈中的电流是副线圈中电流的一半，由和i1i2可知，该变压器原、副线圈的匝数之比为2，b正确。答案b【高考押题】 1(多选)在如图1所示的电路中，理想变压器原、副线圈的匝数比为21，四个灯泡完全相同。其额定电压为u，若已知灯泡l3和l4恰能正常工作，那么()图1al1和l2都能正常工作bl1和l2都不能正常工作c交流电源电压为2ud交流电源电压为4u2.如图2所示，理想变压器的原副线圈匝数比为15，原线圈两端的交变电压为图2u20sin 100t v，氖泡在两端电压达到100 v时开始发光，下列说法中正确的有()a开关接通后，氖泡的发光频率为50 hzb开关接通后，电压表的示数为100 vc开关断开后，电压表的示数变大d开关断开后，变压器的输出功率不变解析：选b由u20sin 100t v可知，交流电压频率为50 hz，在一个周期内，交变电流两次超过100 v电压，所以氖泡的发光频率为100 hz，选项a错误；变压器输入电压有效值为u120 v，输出电压有效值u2u1520 v100 v，开关接通与断开后，电压表的示数均为100 v，选项b正确，c错误；开关断开后，氖泡不发光，消耗电能变小，变压器的输出功率变小，选项d错误。3(多选)如图3所示，一只理想变压器原线圈与频率为50 hz的正弦交变电源相连，两个阻值均为20 的电阻串联后接在副线圈的两端。图中的电流表、电压表均为理想交流电表，原、副线圈分别为200匝和100匝，电压表的示数为5 v。则()图3a电流表的读数为0.5 ab流过电阻的交变电流的频率为100 hzc交变电源的输出电压的最大值为20 vd交变电源的输出功率为2.5 w4(多选)如图4所示，理想变压器原线圈的匝数n11 100匝，副线圈的匝数n2110匝，r0、r1、r2均为定值电阻，且r0r1r2，电流表、电压表均为理想电表。原线圈接u220 sin(314t) v的交流电源。起初开关s处于断开状态。下列说法中正确的是()图4a电压表示数为22 vb当开关s闭合后，电压表示数变小c当开关s闭合后，电流表示数变大d当开关s闭合后，变压器的输出功率增大解析：选bcd变压器输入电压220 v，由变压器变压公式，副线圈输出电压为22 v，根据串联分压原理，电压表示数为11 v，选项a错误；当开关s闭合后，输出功率增大，电压表示数变小，原线圈输入功率增大，电流表示数变大，选项b、c、d正确。5(多选)一理想自耦变压器的原线圈接有正弦交变电压，如图5甲所示，副线圈接有可调电阻r，触头p与线圈始终接触良好，下列判断正确的是()图5a交变电源的电压u随时间t变化的规律是uu0cos 100t vb若仅将触头p向a端滑动，则电阻r消耗的电功率增大c若仅使电阻r增大，则原线圈的输入电功率增大d若使电阻r增大的同时，将触头p向b端滑动，则通过a处的电流一定增大6.(多选)如图6所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为101，b是原线圈中心的抽头，电压表和电流表均为理想电表，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值表达式为u1220sin 100t v，则()图6a当单刀双掷开关与a连接时，电压表v1的示数为22 vb当t s时，电压表v0的读数为220 vc单刀双掷开关与a连接，当滑动变阻器滑片p向上移动的过程中，电压表v1的示数增大，电流表示数变小d当单刀双掷开关由a扳向b时，电压表v1和电流表的示数均变小7如图7所示，某小型发电站发电机输出的交流电压为500 v，输出的电功率为50 kw，用电阻为3 的输电线向远处送电，要求输电线上损失功率为输电功率的0.6%，则发电站要安装一升压变压器，到达用户再用降压变压器变为220 v供用户使用(两个变压器均为理想变压器)。对整个送电过程，下列说法正确的是()图7a输电线上的损失功率为300 wb升压变压器的匝数比为1100c输电线上的电流为100 ad降压变压器的输入电压为4 700 v解析：选a输电线上的损失功率为0.6%50 kw300 w，选项a正确。由i2r300 w可得输电线上电流i10 a，升压变压器副线圈电压为5 000 v，升压变压器的匝数比为110，选项b、c错误。输电线损失电压为ir30 v，降压变压器的输入电压为4 970 v，选项d错误。8(多选)某小型水电站的电能输送示意图如图8所示，发电机通过升压变压器t1和降压变压器t2向用户供电。已知输电线的总电阻为r，降压变压器t2的原、副线圈匝数之比为41，降压变压器副线圈两端交变电压u220 sin(100t) v，降压变压器的副线圈与阻值r011 的电阻组成闭合电路。若将变压器视为理想变压器，则下列说法中正确的是()图8a通过r0电流的有效值是20