（江苏专用）2021版高考物理一轮复习 第11章 交变电流 传感器 第2节 变压器 电能的输送教案.doc

第2节变压器电能的输送一、理想变压器1构造如图所示，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理想变压器原、副线圈基本量的关系理想变压器(1)没有能量损失(绕线无电阻、铁芯无涡流)(2)没有磁通量损失(磁通量全部集中在铁芯中)功率关系根据能量守恒可得：原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，即p入p出基本关系电压关系原、副线圈的电压之比等于其匝数之比，公式：，与负载、副线圈的个数无关电流关系(1)只有一个副线圈时：(2)有多个副线圈时：由p入p出得i1u1i2u2i3u3inun或i1n1i2n2i3n3innn频率关系f1f2(变压器不改变交变电流的频率)4.几种常用的变压器(1)自耦变压器调压变压器，如图甲(降压作用)、乙(升压作用)所示。甲乙丙丁(2)互感器二、电能的输送如图所示，若发电站输出电功率为p，输电电压为u，用户得到的电功率为p，用户的电压为u，输电线总电阻为r。1输出电流i。2电压损失(1)uuu。(2)uir。3功率损失(1)ppp。(2)pi2rr。4减少输电线上电能损失的方法(1)减小输电线的电阻r。由r知，可加大导线的横截面积、采用电阻率小的材料做导线。(2)减小输电线中的电流。在输电功率一定的情况下，根据pui，要减小电流，必须提高输电电压。1思考辨析(正确的画“”，错误的画“”)(1)变压器能改变交变电流的电压，不能改变交变电流的频率。()(2)正常工作的变压器当副线圈与用电器断开时，副线圈两端无电压。()(3)变压器副线圈并联更多的用电器时，原线圈输入的电流随之减小。()(4)增大输电导线的横截面积不利于减少输电过程中的电能损失。()(5)高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗。()(6)在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越大。()2(沪科版选修32p75t3)如图所示为一理想变压器，其原、副线圈匝数之比n1n241，原线圈两端连接光滑导轨，副线圈与电阻r组成闭合电路。当直导线mn在匀强磁场中沿导轨向左匀速切割磁感线时，电流表的示数是10 ma，那么电流表的示数是()a40 ma b0 c10 ma d2.5 mab由于直导线mn匀速运动，则mn切割磁场产生的电流恒定，线圈中产生的磁通量也是恒定的，所以不会引起副线圈的磁通量变化，所以副线圈中不会有感应电流产生，即电流表a2的示数为0，选项b正确。3(粤教版选修32p59t4改编)如图所示，p是电压互感器，q是电流互感器，如果两个互感器的变压比和变流比都是50，电压表的示数为220 v，电流表的示数为3 a，则输电线路中的电压和电流分别是()a11 000 v,150 a b1 100 v,15 ac4.4 v,16.7 a d4.4 v,0.06 aa由两个互感器的变压比和变流比可知输电线路中的电压为u22050 v11 000 v，电流为i350 a150 a，故a正确。4(人教版选修32p50t3改编)从发电站输出的功率为220 kw，输电线的总电阻为0.05 ，用110 v和11 kv两种电压输电。两种情况下输电线上由电阻造成的电压损失之比为()a1001 b1100c110 d101a由pui得输电线的电流i，则输电线上由电阻造成的电压损失uirr，所以两种情况下：u1u2u2u11001，a正确。5(人教版选修32p44t5改编)如图所示的电路中，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()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cd的方向滑动答案d 理想变压器基本规律的应用1(2019江苏高考)某理想变压器原、副线圈的匝数之比为110，当输入电压增加20 v时，输出电压()a降低2 v b增加2 vc降低200 v d增加200 vd理想变压器的电压与匝数关系为，整理可得，即原、副线圈匝数比等于电压变化量之比，当u120 v时，u2200 v，选项d正确。2.(多选)(2016全国卷)如图所示，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b。当输入电压u为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光下列说法正确的是()a原、副线圈匝数比为91b原、副线圈匝数比为19c此时a和b的电功率之比为91d此时a和b的电功率之比为19ad设灯泡的额定电压为u0，输入电压为灯泡额定电压的10倍时灯泡正常发光，则变压器原线圈的电压为9u0，变压器原、副线圈的匝数比为91，选项a正确，选项b错误；由9u0iau0ib得，流过b灯泡的电流是流过a灯泡电流的9倍，根据pui，a、b灯泡的电功率之比为19，选项c错误，选项d正确。3.(2017北京高考)如图所示，理想变压器的原线圈接在u220sin 100t(v)的交流电源上，副线圈接有r55 的负载电阻，原、副线圈匝数之比为21，电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是()a原线圈的输入功率为220 wb电流表的读数为1 ac电压表的读数为110 vd副线圈输出交流电的周期为50 sb理想变压器原线圈两端电压的有效值为u1220 v，由得u2110 v，即电压表的读数为110 v，通过负载电阻的电流i2 a2 a，则副线圈的输出功率pu2i21102 w220 w，原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，为220 w，故选项a、c错误；由n1i1n2i2得i11 a，即电流表的读数为1 a，选项b正确；由u220sin 100t(v)可知，角速度100 rad/s，原线圈所接交流电的周期t0.02 s，副线圈输出交流电的周期不变，仍为0.02 s，选项d错误。4.如图所示的电路中，理想变压器原、副线圈的匝数比n1n2225，电阻r1r225 ，d为理想二极管，原线圈接u220sin(100t)v的交流电，则()a交流电的频率为100 hzb通过r2的电流为1 ac通过r2的电流为 ad变压器的输入功率为200 wc由原线圈交流电瞬时值表达式可知，交变电流的频率f50 hz，a项错误；由理想变压器变压规律可知，输出电压u250 v，由理想二极管单向导电性可知，交变电流每个周期只有一半时间有电流通过r2，由交变电流的热效应可知，t，解得uu225 v，由欧姆定律可知，通过r2的电流为 a，b项错误，c项正确；电阻r2的功率p2ui50 w，而电阻r1的电功率p1100 w，由理想变压器输入功率等于输出功率可知，变压器的输入功率为pp1p2150 w，d项错误。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。 理想变压器的动态分析问题1理想变压器的制约关系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p入由副线圈的输出功率p出决定电流原线圈电流i1由副线圈电流i2和匝数比决定2.两种情况匝数比不变的情况负载电阻不变的情况(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(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(多选)一自耦变压器如图所示，其a、b端接到一电压有效值不变的交变电源两端，在c、d间接有一定值电阻r1和滑动变阻器r0。电压表均可视为理想交流电压表，输电导线的电阻均可忽略不计。则下列说法正确的是()a保持滑动触头位置不变，将滑动变阻器滑片p下滑时，三个电压表的示数均减小b保持滑动触头位置不变，将滑动变阻器滑片p下滑时，v1、v2的示数不变，而v3的示数减小c保持滑动变阻器滑片p不动时，将滑动触头从m点顺时针旋转到n点的过程中，三个电压表的示数均减小d保持滑动变阻器滑片p不动时，将滑动触头从m点顺时针旋转到n点的过程中，v1示数不变，而v2、v3示数均减小思路点拨：本题中变压器为自耦变压器，分析时要注意区分原线圈和副线圈，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。解析滑动触头位置保持不变时，变压器原、副线圈的匝数比不变，因电源的电压不变，所以v1、v2的示数不变，r1与r0串联分得的总电压不变；当滑动变阻器滑片p下滑时，r0接入电路的阻值变小，分得的电压减小，所以v3的示数减小，选项a错误，选项b正确；保持滑动变阻器滑片p不动时，将滑动触头从m点顺时针旋转到n点的过程中，副线圈的匝数变小，由u1u2n1n2可知，v2、v3的示数均减小，v1的示数不变，选项c错误，选项d正确。答案bd含有变压器的动态电路问题的解题思路匝数比不变，负载变化的情况1.有一理想变压器，副线圈所接电路如图所示，灯l1、l2为规格相同的两只小灯泡。当s断开时，灯l1正常发光。s闭合后，下列说法正确的是()a电阻r消耗的电功率增大b灯l1、l2都能正常发光c原线圈的输入功率减小d原、副线圈的电流比减小a当s闭合后，由变压器电压与匝数比关系：，可知副线圈电压u2不变，而电路的电阻减小，所以副线圈的电流增大，由pi2r知r消耗的功率增大，故a正确；副线圈的电流增大，所以电阻r的电压增大，而副线圈电压u2不变，所以灯泡两端的电压减小，灯l1、l2都不能正常发光，故b错误；由于副线圈中负载电阻减小，消耗的功率为p，故消耗的功率增大，又因为输入功率等于输出功率，故原线圈的输入功率增大，所以c错误；变压器原、副线圈的匝数不变，由电流与匝数关系，知原、副线圈中电流之比不变，故d错误。2(多选)(2019江苏南京师大附中高考模拟)如图所示，理想变压器原线圈输入端a、b间的交流电压有效值不变，r0为定值电阻，r为滑动变阻器。将滑动变阻器的滑片从一个位置滑动到另一个位置时，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。忽略所有电表对电路的影响，下列说法中正确的有()a变阻器滑片是沿cd方向滑动的b电压表v2示数增大c电压表v3示数减小d该变压器原、副线圈匝数比为41acd由题意可知电源的电压的有效值不变，原副线圈的匝数不变，所以副线圈两端的电压不变，即电压表v2示数不变；电流表a2的示数增大了，说明副线圈的负载电阻减小了，所以变阻器滑片是沿cd方向滑动的，故a正确，b错误；电流表a2的示数增大了，则通过副线圈的电流i2增大，所以r0两端的电压增大，因为r和r0两端的电压之和不变，所以r两端的电压减小，即电压表v3示数减小，故c正确；理想变压器的原副线圈的匝数与原副线圈的电流的关系为，所以可得，代入数据可得，故d正确。匝数比改变，负载不变的情况3.(多选)如图所示，电路中的变压器为理想变压器，s为单刀双掷开关，u1为加在原线圈两端的交变电压，i1、i2分别为原、副线圈中的电流。下列说法中正确的是()a保持u1不变，s由b切换到a，则r上消耗的功率减小b保持u1不变，s由a切换到b，则i2减小c保持u1不变，s由b切换到a，则i1增大d保持u1不变，s由a切换到b，则变压器的输入功率增大bc保持u1不变，s由b切换到a时，副线圈匝数增多，则输出电压u2增大，电流i2增大，r消耗的功率增大，由变压器功率关系可知，其输入功率也增大，故i1增大；s由a切换到b时，副线圈匝数减少，则输出电压u2减小，输出电流i2减小，所以根据p2i2u2，p2减小；又因p1p2，所以变压器输入功率减小。由以上分析可知，正确选项为b、c。4.(2019江苏七市二模)可调式理想变压器示意图如图所示，原线圈的输入电压为u1，副线圈输出电压为u2，r为电阻。将原线圈输入端滑动触头p向下移动时。下列结论中正确的是()a输出电压u2增大 b流过r的电流减小c原线圈输入电流减小 d原线圈输入功率不变ap向下移动时，原线圈的匝数减小，根据u2u1，可知副线圈电压增大，则副线圈电流增大，流过r的电流增大，输出功率增大，则输入功率也增大，原线圈电压不变，则原线圈输入电流增大，故a正确，b、c、d错误。 远距离输电1理清三个回路远距离输电电网间的基本结构如图所示。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。2抓住两个物理量的联系(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，p1p2，i1n1i2n2。(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，p3p4，i3n3i4n4。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。如图所示为远距离输电的原理图，升压变压器的变压比为m，降压变压器的变压比为n，输电线的电阻为r，升压变压器和降压变压器均为一理想变压器，发电机输出的电压恒为u，若由于用户的负载变化，使电压表v2的示数减小了u，则下列判断正确的是()a电流表a2的示数增大了b电流表a1的示数增大了c电压表v1的示数减小了ud输电线损失的功率增加了rb降压变压器原、副线圈两端的电压之比等于n，所以有n，即降压变压器原线圈两端电压减小了nu，升压变压器副线圈两端电压不变，所以输电线上电压增大为nu，根据欧姆定律知，电流表a1示数增大了，输电线上电流增大了，根据电流与匝数成反比知，电流表a2示数增大了n，a错误，b正确；根据题意知，发电厂的输出电压恒为u，升压变压器的变压比不变，所以电压表v1的示数不变，c错误；输电线上电流增大了，但输电线损失的功率增加量一定不是pr，d错误。输电线路功率损失的计算方法p损p1p4p1为输送的功率，p4为用户得到的功率p损ir线i线为输电线路上的电流，r线为线路电阻p损u为输电线路上损失的电压，不要与u2、u3相混p损ui线u不要错代入u2或u3远距离输电原理1(2018江苏高考)采用220 kv高压向远方的城市输电。当输送功率一定时，为使输电线上损耗的功率减小为原来的，输电电压应变为()a55 kv b110 kvc440 kv d880 kvc输送功率pui，输电线上损耗的功率p损i2rr。当p损减小为原来的时，输电电压应变为原来的2倍。2远距离输电的原理图如图所示，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()a. bi2ci1u1ir di1u1i2u2d根据变压器的工作原理可知，所以选项a错误；因u2、i2、r不满足欧姆定律公式中物理量之间的对应关系，所以选项b错误；u1i1u2i2，但u2i2ir，选项c错误，d正确。远距离输电的电压、功率损失3.如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uumsin t的交流电源。若输送电功率为p，输电线的总电阻为2r，不考虑其他因素的影响，则输电线上损失的电功率为()a. bc4r d4rc升压变压器t的原线圈两端电压的有效值为u1；由变压关系可得，则u2；因为输送电功率为p，输电线中的电流为i2，则输电线上损失的电功率为pi(2r)，故选项c正确。4(2019马鞍山市质检)图甲为远距离输电示意图，理想升压变压器原、副线圈匝数比为11000，理想降压变压器原、副线圈匝数比为1 0001，输电线的总电阻为1 000 ，若升压变压器的输入电压如图乙所示，用户端电压为220 v。下列说法正确的是()甲乙a输电线中的电流为3 ab电站输出的功率为7 500 kwc输电线路损耗功率为90 kwd用户端交变电流的频率为100 hzb由题图乙知升压变压器输入端电压的最大值为um250 v，有效值为u1250 v，根据，得副线圈两端的电压u2u1250 v2.5105 v；用户端电压为220 v，根据，得降压变压器原线圈两端的电压u3u4220 v2.2105 v，故输电线上损失的电压为uu2u33104 v，则输电线上的电流为i a30 a，电站的输出功率为p1p2u2i7 500 kw，输电线路损耗功率为pi2r900 kw，由题图乙可知，原线圈交变电流的周期为t0.02 s，则频率为f50 hz，变压器不会改变交流电的频率，故用户端交变电流的频率为50 hz，故b正确，a、c、d错误。类型1发电功率一定的动态分析问题示例1(多选)如图甲为远距离输电示意图，变压器均为理想变压器，升压变压器原、副线圈匝数比为1100，其输入电压如图乙所示，远距离输电线的总电阻为100 。降压变压器右侧部分为一火警报警系统原理图，其中r1为一定值电阻，r2为用半导体热敏材料制成的传感器，当温度升高时其阻值变小。电压表v显示加在报警器上的电压(报警器未画出)。未出现火警时，升压变压器的输入功率为750 kw。下列说法正确的是()甲乙a降压变压器副线圈输出的交变电流频率为50 hzb远距离输电线路损耗功率为180 kwc当出现火警时，电压表v的示数变小d当出现火警时，输电线上的电流变小ac由题图乙知交变电流的周期为0.02 s，所以频率为50 hz，a正确；由题图乙知升压变压器输入电压有效值为250 v，根据变压比公式知升压变压器副线圈两端电压为25 000 v，所以输电线中的电流为i30 a，输电线损失的电压为uir30100 v3 000 v，输电线路损耗功率为pui90 kw，b错误；当出现火警时传感器r2阻值减小，降压变压器副线圈中电流增大，输电线上电流变大，输电线损失的电压变大，降压变压器输入、输出电压都变小，定值电阻的分压增大，电压表v的示数变小，c正确，d错误。即时训练1(多选)如图所示为某小型发电站高压输电示意图，变压器均为理想变压器，发电机输出功率p20 kw。在输电线路上接入一个电流互感器，其原、副线圈的匝数比为110，电流表的示数为1 a，输电线的总电阻r10 。下列说法正确的是()a采用高压输电可以增大输电线路中的电流b升压变压器的输出电压u22 000 vc用户获得的功率为19 kwd将p下移，用户获得的电压将增大bc采用高压输电可以减小输电线路中的电流，从而减小输电损耗，选项a错误；电流表的示数为1 a，电流互感器匝数比为110，故输电线路中电流的大小i210 a，根据pu2i2可得升压变压器的输出电压u22 000 v，选项b正确；线路损耗的功率prir1 kw，故用户获得的功率为19 kw，选项c正确；将p下移，降压变压器原线圈匝数增大，用户获得的电压将减小，选项d错误。类型2发电电压一定