粤教版选修32 第二章 习题课2 变压器的应用及远距离输电问题 学案.docx

目标定位1.进一步理解变压器的原理及规律.2.熟练应用变压器原、副线圈的决定因素解决动态分析问题.3.熟悉远距离输电中的各物理量关系和损耗问题，熟练解决远距离高压输电中的实际问题一、理想变压器中的规律分析例1如图1所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为41.原线圈接入一电压为uu0sin t的交流电源，副线圈接一个r27.5 的负载电阻若u0220 v，100 rad/s，则下述结论正确的是()图1a副线圈中电压表的读数为55 vb副线圈中输出交变电流的周期为 sc原线圈中电流表的读数为0.5 ad原线圈中的输入功率为110 w解析原线圈电压有效值为u220 v，电压表读数为u2 v55 v，周期t s，副线圈中电流i22 a，原线圈中电流i10.5 a，pi1u110 w.答案ac(1)功率关系：p入p出.(2)电压关系：.(3)电流关系：若只有一个副线圈.若有多组副线圈n1i1n2i2n3i3.(4)变压器不改变频率.例2如图2所示，理想变压器原线圈的匝数为1 000匝，两个副线圈的匝数分别为n250匝和n3100匝，l1是“6 v2 w”的小灯泡，l2是“12 v4 w”的小灯泡当原线圈接上交变电压时，l1、l2都正常发光，那么，原线圈中的电流为()图2a. a b. ac. a d.解析对多个副线圈，其电压关系有.由于输入功率和输出功率相等有n1i1n2i2n3i3.两灯泡正常发光，对l1有u26 v，i2 a，对l2有u312 v，i3 a.原线圈上的电压u1u26 v120 v.副线圈上总的输出功率p出pl1pl22 w4 w6 w.原线圈上的输入功率p入p出6 w.原线圈中的电流i1 a a故选项c正确答案c若理想变压器的次级有两组或多组线圈时：(1)电压仍与匝数成正比，如，.(2)求电流要根据p入p出，即u1i1u2i2u3i3或n1i1n2i2n3i3.二、理想变压器电路的动态问题分析例3如图3所示的电路中，p为滑动变阻器的滑片，保持理想变压器的输入电压u1不变，闭合开关s，下列说法正确的是()图3ap向下滑动时，灯l变亮bp向下滑动时，变压器的输出电压不变cp向上滑动时，变压器的输入电流变小dp向上滑动时，变压器的输出功率变大解析由于理想变压器输入电压u1不变，原、副线圈匝数不变，所以输出电压u2也不变，灯l亮度不随p的滑动而改变，故选项a错误，选项b正确p向上滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，负载总电阻r总减小，由i2知，通过副线圈的电流i2增大，输出功率p2u2i2增大，再由知输入电流i1也增大，故选项c错误，d正确答案bd负载发生变化时，电流和电压如何变化的判断，先要由判断u2是否变化，再根据u2及负载电阻的变化，由欧姆定律确定副线圈中的电流i2的变化，最后再由p入p出判断原线圈中电流的变化动态问题的分析思路可表示为：针对训练(多选)如图4所示为一理想变压器，k为单刀双掷开关，p为滑动变阻器的滑动触头，u1为加在原线圈上的电压，则()图4a保持u1及p的位置不变，k由a合到b时，i1将增大b保持u1及p的位置不变，k由b合到a时，r消耗的功率将增大c保持u1不变，k合在a处，使p上滑，i1将增大d保持p的位置不变，k合在a处，若u1增大，i1将增大答案ad解析k由a合到b时，n1减小而u1不变，由可知，副线圈上的电压增大，流过负载r的电流i2增大，p2增大，又由于p1p2u1i1，故i1增大，故选项a正确同理k由b合到a时，p2减小，故选项b错误p上滑时，负载电阻r增大，而u1、u2均不变，由i2可知i2减小，又由于n1、n2均不变，由可知i1将减小，故选项c错误；当u1增大时，由可知u2也增大，i2增大，再由可知i1增大，故选项d正确三、远距离高压输电中的损耗问题例4三峡电站某机组输出的电功率为50万千瓦(1)若输出的电压为20万伏，则输电线上的电流为多少？(2)某处与电站间每根输电线的电阻为10欧，则输电线上损失的功率为多少？它占输出功率的几分之几？(3)若将电压升高至50万伏，输电线上的电流为多少？输电线上损失的功率又为多少？它占输出功率的几分之几？解析(1)由pui得i2 500 a(2)输电线上损失的功率pi22r2 5002210 w1.25108 w损失功率与输出功率之比为(3)将电压升高至50万伏时，i1 000 a输电线上损失的功率pi22r1 0002210 w2107 w损失功率与输出功率之比为答案(1)2 500 a(2)1.25108 w(3)1 000 a2107 w1(变压器基本规律的应用)一理想变压器的原、副线圈的匝数比为31，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220 v的正弦交流电源上，如图5所示设副线圈回路中电阻两端的电压为u，原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k，则()图5au66 v，kbu22 v，kcu66 v，kdu22 v，k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u，可知副线圈电压为u，原线圈电压为3u，副线圈电流i2，根据得原线圈电流i1，那么原线圈输入电压220 v3ur，整理可得u66 v；原、副线圈电阻消耗的功率根据pi2r，电阻相等，i1i213，可得功率之比为p1p219，即k.根据以上分析可知选项a正确2(变压器电路的动态分析)如图6所示，用一理想变压器给负载供电，变压器输入端的电压不变，开始时开关s是断开的现将开关s闭合，则图中所有交流电表的示数以及输入功率的变化情况是()图6av1、v2的示数不变，a1的示数增大，a2的示数减小，p入增大bv1、v2的示数不变，a1、a2的示数增大，p入增大cv1、v2的示数不变，a1、a2的示数减小，p入减小dv1的示数不变，v2的示数增大，a1的示数减小，a2的示数增大，p入减小答案b解析电压表v1的示数由输入电压决定；电压表v2的示数由输入电压u1(大小等于电压表v1的示数)和匝数比决定；电流表a2的示数即i2由输出电压u2(大小等于电压表v2的示数)和负载电阻r负决定；电流表a1的示数即i1由变压器的匝数比和输出电流i2决定；p入随p出而变化，由p出决定因输入电压不变，所以电压表v1的示数不变；据公式u2，可知u2也不变，即电压表v2的示数不变；又据i2知，s闭合后r负减小，故i2增大，电流表a2的示数增大；输入电流i1随输出电流i2的增大而增大，故电流表a1的示数增大；因p出u2i2，故p出增大；p入随p出变化，故p入也增大；可见本题的正确选项为b.3(变压器电路的动态分析)(多选)如图7所示，理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表，副线圈匝数可以通过滑动触头q来调节，在副线圈两端连接了定值电阻r0和滑动变阻器r，p为滑动变阻器的滑动触头在原线圈上加一电压为u的正弦交流电，则()图7a保持q的位置不动，将p向上滑动时，电流表读数变大b保持q的位置不动，将p向上滑动时，电流表读数变小c保持p的位置不动，将q向上滑动时，电流表读数变大d保持p的位置不动，将q向上滑动时，电流表读数变小答案bc解析q位置不动，副线圈电压u2不变，当p上滑时，r增大，由p可知总功率减小，原线圈电压u1不变，由pu1i1可知原线圈电流i1减小，故a错误，b正确；当p位置不动，q上滑时，由知u2增大，同理分析原线圈电流i1增大，故c正确，d错误4(远距离输电问题)风力发电作为新型环保能源，近年来得到了快速发展，如图8所示的风车阵中发电机输出功率为100 kw，输出电压是250 v，用户需要的电压是220 v，输电线电阻为10 .若输电线因发热而损失的功率为输送功率的4%，试求：图8(1)画出此输电线路的示意图(2)用户得到的电功率是多少(3)在输电线路中设置的升、降压变压器原、副线圈的匝数比答案(1)见解析图(2)96 kw(3)12024011解析(1)如图所示(2)用户得到的功率p用pp损96 kw.(3)输电线损失的功率p损p4%100 kw4%4 kw.输电线电流i2 a20 a.升压变压器输出电压u2 v5103 v.升压变压器原、副线圈匝数比：.电压损失u损i2r线2010 v200 v.降压变压器原线圈输入电压u3u2u损4 800 v.降压变压器原、副线圈匝数比.题组一变压器基本规律的应用1如图1所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为201，原线圈接正弦交流电源，副线圈接入“220 v,60 w”灯泡一只，且灯泡正常发光，则()图1a电流表的示数为 ab电源输出功率为1 200 wc电流表的示数为 ad原线圈两端电压为11 v答案c解析由于灯泡正常发光，可知副线圈两端电压为220 v，由可知，原线圈两端电压u120220 v4 400 v，选项d错误；又因输入功率等于输出功率，p1p260 w，故选项b错误；电流表读数为有效值，原线圈中电流i1 a a，故选项a错误，选项c正确2如图2所示，理想变压器原、副线圈的匝数之比n1n2101，输出端电阻r50 ，把原线圈接入“220 v，50 hz”的正弦交流电时(电表为理想电表)()图2a当x为电流表时，若电阻r增大，则原线圈中的电流将增大b当x为电流表时，电压表v的示数为22 vc当x为电流表时，电流表的示数为0.44 ad当x为二极管时，电压表v的示数为11 v答案b解析当x为电流表时，若电阻r增大，副线圈中的电流变小，原线圈中的电流也变小，a项错误；当x为电流表时，根据公式，解得u222 v，电压表测量的电压为有效值，所以电压表v的示数为22 v，b项正确；当x为电流表时，电流表的示数为i2 a0.44 a，c项错误；当x为二极管时，在一个周期内只有半个周期的时间有电流通过，此时由t，解得u11 v，d项错误3(多选)如图3所示，一理想变压器原线圈与频率为50 hz的正弦交流电源相连，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、副线圈匝数分别为200匝和100匝，电压表的示数为5 v则()图3a电流表的示数为0.5 ab流过电阻的交变电流的频率为100 hzc交流电源的输出电压的最大值为20 vd交流电源的输出功率为2.5 w答案cd解析根据欧姆定律可得副线圈中的电流i20.25 a，根据理想变压器原、副线圈中的电流与匝数的关系，可解得i10.125 a，a错误；理想变压器原、副线圈中的交变电流的频率相同，都为50 hz，b错误；副线圈输出电压的有效值为10 v，根据正弦交变电流的最大值和有效值的关系可得其最大值应为u2m10 v，原、副线圈电压比为，可得交流电源输出电压的最大值为u1m20 v，c正确；对于理想变压器，交流电源的输出功率等于变压器副线圈负载消耗的功率，p2 w2.5 w，故d正确4如图4所示电路中，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位置，观察到电流表a1的示数增大了0.2 a，电流表a2的示数增大了0.8 a，则下列说法正确的是()图4a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cd的方向滑动答案d解析由于a、b接在电压有效值不变的交流电源两端，故电压表v1示数不变，选项a错误；由理想变压器原理公式且u1、n1、n2不变，则u2不变，即v2的示数不变，v3的示数u3u2i2r0应减小，故选项b错误；由公式得：4，则n1n2，该变压器起降压作用，故c错误；又i2，i2增大，r应减小，故滑片应沿cd方向滑动，故d正确题组二变压器电路的动态分析5如图5所示，理想变压器原线圈输入电压uumsin t，副线圈电路中r0为定值电阻，r是滑动变阻器.和是理想交流电压表，示数分别用u1和u2表示；和是理想交流电流表，示数分别用i1和i2表示下列说法正确的是()图5ai1和i2表示电流的瞬时值bu1和u2表示电压的最大值c滑片p向下滑动过程中，u2不变、i1变大d滑片p向下滑动过程中，u2变小、i1变小答案c解析交流电表测量的是交变电流的有效值，故a、b错误；由于理想变压器的输出电压u2u1与负载无关，即滑片p下滑时u2不变，故d错误；由i1u1知r减小时i1变大，故c正确6(多选)为保证用户电压稳定在220 v，变电所需适时进行调压，图6甲为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说法正确的是()图6au2190sin (50t) vbu2190sin (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适当上移答案bd解析由电压u2随时间t变化的曲线可知，用户电压的最大值是190 v，周期是2102 s，所以u2190sin (100t) v，a错误，b正确；根据，n1减小，u2增大，因此为使用户电压稳定在220 v，应将p适当上移，c错误，d正确7(多选)如图7所示电路中的变压器为理想变压器，s为单刀双掷开关p是滑动变阻器r的滑动触头，u1为加在原线圈两端的交流电压，i1、i2分别为原线圈和副线圈中的电流下列说法正确的是()图7a保持p的位置及u1不变，s由b切换到a，则r上消耗的功率减小b保持p的位置及u1不变，s由a切换到b，则i2减小c保持p的位置及u1不变，s由b切换到a，则i1增大d保持u1不变，s接在b端，将p向上滑动，则i1减小答案bc解析保持p的位置及u1不变，s由b切换到a，则副线圈匝数增加，输出电压增大，输出功率增大，则输入功率随之增大，故a错，c对；s由a切换到b，副线圈匝数减小，输出电压减小，则输出电流减小，b对；只是将p上滑，r减小，i2增大，由i1可知i1增大，则d错8如图8所示，用理想变压器给负载供电，变压器输入电压不变，变压器降压后用总电阻为r的输电线对用电器供电，设两个灯泡的电阻相同，且都在发光，若将滑动变阻器的滑片p向n移动，会出现的现象是()图8a电流表的示数变大，灯泡l1、l2均变暗b电流表的示数变小，灯泡l1、l2均变暗c电流表的示数变大，灯泡l1变亮，l2变暗d电流表的示数不变，灯泡l1变暗，l2变亮答案c解析副线圈输出电压不变，滑动变阻器的滑片p向n移动的过程中，并联部分电阻减小，副线圈中的电流增大，但因为灯泡l2两端的电压减小，所以通过灯泡l2的电流减小，又因为总电流增大，所以通过灯泡l1的电流增大，即灯泡l1变亮，灯泡l2变暗副线圈上的电流增大，根据i1i2可知，输入电流变大，电流表的示数变大9(多选)调压变压器就是一种自耦变压器，它的构造如图9所示线圈ab绕在一个圆环形的铁芯上，cd之间加上输入电压，转动滑动触头p就可以调节输出电压，图中为交流电流表，为交流电压表，r1、r2为定值电阻，r3为滑动变阻器，cd两端接恒压交流电源，变压器可视为理想变压器，以下说法正确的是()图9a当滑动触头p逆时针转动时，电流表读数变大，电压表读数变大b当滑动触头p逆时针转动时，电流表读数变小，电压表读数变大c当滑动变阻器滑动触头向下滑动时，电流表读数变小，电压表读数变大d当滑动变阻器滑动触头向下滑动时，电流表读数变大，电压表读数变小答案ad解析当滑动触头p逆时针转动时，相当于增加了副线圈的匝数，而原线圈匝数保持不变，根据可知，输出电压增大，其他因素不变时，电压表读数变大，电流表读数变大当线圈匝数不变而将滑动变阻器滑动触头向下滑动时，输出电压不变，总电阻减小，则总电流增大，r1两端电压增大，r2两端电压减小，电压表读数变小，流过r2的电流减小，因此，流过