2015高三物理教学案-第十章 第2课时 变压器、电能的输送.doc

第2课时变压器、电能的输送考纲解读 1.理解变压器的原理，掌握理想变压器原、副线圈的功率关系、电压关系及电流关系，并会进行有关计算.2.能利用功率、电压、电流关系对变压器进行动态分析.3.会计算远距离输电问题中线路损失的功率和电压考点一理想变压器原、副线圈基本关系的应用例1如图3甲所示，理想变压器的原线圈匝数n1350匝，副线圈匝数n270匝，电阻R20 ，是交流电压表，原线圈加上如图乙所示的交流电，则下列说法正确的是(BD)甲乙图3A加在原线圈上交流电压瞬时值的表达式为u20sin 5t VB原线圈电流的有效值为0.04 AC在t0.01 s时，电压表的示数为0D电阻R上消耗的电功率为0.8 W突破训练1如图4所示，一理想变压器原、副线圈匝数之比为41，原线圈两端接入一正弦交流电源，副线圈电路中R为负载电阻，交流电压表和交流电流表都是理想电表下列结论正确的是(AD) A若电压表读数为6 V，则输入电压的最大值为24 VB若输入电压不变，副线圈匝数增加到原来的2倍，则电流表的读数减小到原来的一半C若输入电压不变，负载电阻的阻值增加到原来的2倍，则输入功率也增加到原来的2倍D若保持负载电阻的阻值不变，输入电压增加到原来的2倍，则输出功率增加到原来的4倍考点二理想变压器的动态分析例2火警报警系统原理如图7甲所示，M是一个小型理想变压器，原、副线圈匝数之比n1n2101，接线柱a、b接上一个正弦交变电源，电压随时间变化规律如图乙所示，在变压器右侧部分，R2为用半导体热敏材料(电阻率随温度升高而减小)制成的传感器，R1为一定值电阻下列说法中正确的是(BD)图7A电压表示数为22 VB此交变电源的频率为50 HzC当传感器R2所在处出现火警时，电流表的示数减小D当传感器R2所在处出现火警时，电压表的示数减小例3如图8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(B)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突破训练2图9甲为理想变压器的示意图，其原、副线圈的匝数之比为41，电压表和电流表均为理想电表若发电机向原线圈输入图乙所示的正弦交流电，图中Rt为NTC型热敏电阻(阻值随温度升高而变小)，R1为定值电阻下列说法中正确的是(BD)图9A交流电压u的表达式为u36sin 50t VBt0.01 s时，发电机线圈中穿过的磁通量最大CRt温度升高时，变压器的输入功率变小DRt温度升高时，电压表的示数不变、电流表的示数变大考点三两种特殊的变压器模型1自耦变压器自耦变压器又称为调压变压器，它只有一个线圈，把全部线圈作为原线圈或副线圈，线圈的一部分作为副线圈或原线圈由此自耦变压器可以降压，也可以升压，变压器的基本规律对自耦变压器均适用例4如图11所示，接在照明电路中的自耦变压器的副线圈上通过输电线接有三个灯泡L1、L2和L3，输电线的等效电阻为R.当滑动触头P向上移动一段距离后，下列说法正确的是(D)A等效电阻R上消耗的功率变大B三个灯泡都变亮C原线圈两端的输入电压减小D原线圈中电流表示数减小2互感器互感器有电压互感器和电流互感器两种，比较如下： 类型比较项目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例5(2013天津理综4)普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流，通常要通过电流互感器来连接，图12中电流互感器ab一侧线圈的匝数较少，工作时电流为Iab，cd一侧线圈的匝数较多，工作时电流为Icd，为了使电流表能正常工作，则(B)Aab接MN、cd接PQ，IabIcdBab接MN、cd接PQ，IabIcdCab接PQ、cd接MN，IabIcdDab接PQ、cd接MN，IabIcd考点四远距离输电问题例4某村在距村庄较远的地方修建了一座小型水电站，发电机输出功率为9 kW，输出电压为500 V，输电线的总电阻为10 ，允许线路损耗的功率为输出功率的4%，求：(1)村民和村办小企业需要220 V电压时，求所用升压变压器和降压变压器的原、副线圈的匝数比各为多少；(不计变压器的损耗)解析(1)建立如图所示的远距离输电模型，要求变压器原、副线圈的匝数比，先要知道原、副线圈两端的电压之比本题可以线路上损耗的功率为突破口，先求出输电线上的电流I线，再根据输出功率求出U2，然后再求出U3.由线路损耗的功率P损IR线和P损4%P出可得I线 A6 A又因为P输出U2I线，所以U2 V1 500 VU3U2I线R线(1 500610) V1 440 V根据理想变压器规律所以升压变压器和降压变压器原、副线圈的匝数比分别是13和7211.(2)若不用变压器而由发电机直接输送(模型如图所示)，由P输出UI线可得I线 A18 A所以线路损耗的功率P线I线2R线18210 W3 240 W用户得到的电压U用户UI线R线(5001810) V320 V用户得到的功率P用户P输出P线(9 0003 240) W5 760 W.答案(1)137211(2)320 V5 760 W(2)若不用变压器而由发电机直接输送，村民和村办小企业得到的电压和功率各是多少突破训练3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，下列说法正确的是(C)A输电线上损耗的功率为B输电线上损耗的功率为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巩固练习 1.关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是(BC)A通过正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变B穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都相等C穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势D原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈2如图1所示，理想变压器原线圈的匝数为n1，副线圈的匝数为n2，原线圈的两端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0.2 A下列判断正确的是(B)A原线圈和副线圈的匝数比为21B原线圈和副线圈的匝数比为51C电流表A2的示数为0.1 AD电流表A2的示数为0.4 A3在远距离输电中，当输电线的电阻和输送的电功率不变时，那么(AC)A输电线路上损失的电压与输送电流成正比B输电的电压越高，输电线路上损失的电压越大C输电线路上损失的功率跟输送电压的平方成反比D输电线路上损失的功率跟输电线上的电流成正比4.(2013广东理综16)如图13，理想变压器原、副线圈匝数比n1n221，和均为理想电表，灯泡电阻RL6 ，AB端电压u112sin 100t (V)，下列说法正确的是(D) A电流频率为100 HzB.的读数为24 VC.的读数为0.5 AD变压器输入功率为6 W5(2012福建理综14)如图14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(C)AI1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6(2012课标全国理综17)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15所示，其副线圈匝数可调已知变压器线圈总匝数为1 900匝；原线圈为1 100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的有效值为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(B)A380 V和5.3 AB380 V和9.1 AC240 V和5.3 AD240 V和9.1 A7图16甲中的变压器为理想变压器，原线圈匝数n1与副线圈匝数n2之比为101，变压器的原线圈接如图乙所示的正弦式交流电，电阻R1R2R320 和电容器C连接成如图甲所示的电路，其中，电容器的击穿电压为8 V，电压表为理想交流电表，开关S处于断开状态，则(AC)图16A电压表的读数约为7.07 VB电流表的读数约为0.05 AC电阻R2上消耗的功率为2.5 WD若闭合开关S，电容器会被击穿8中国已投产运行的1 000 kV特高压输电项目，是目前世界上输电电压最高的输电工程假设甲、乙两地原来用500 kV的超高压输电，在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1 000 kV特高压输电，不考虑其他因素的影响则(C)A输电电流变为原来的2倍B输电线上降落的电压将变为原来的2倍C输电线上降落的电压将变为原来的D输电线上损耗的电功率将变为原来的9如图1所示，半径为L1 m的金属圆环，其半径Oa是铜棒，两者电阻均不计且接触良好今让Oa以圆心O为轴，以角速度10 rad/s匀速转动，圆环处于垂直于环面、磁感应强度为B2 T的匀强磁场中从圆心O引出导线，从圆环上接出导线，并接到匝数比为n1n214的理想变压器原线圈两端则接在副线圈两端的理想电压表的示数为(D)A40 V B20 V C80 V D010如图2甲所示，一理想变压器原、副线圈匝数比n1n2115，原线圈与正弦交变电源连接，输入电压u随时间t的变化规律如图乙所示，副线圈仅接入一个10 的电阻则(AC)图2A变压器的输入电压最大值是220 V B正弦交变电流的周期是1103 sC变压器的输入功率是1103 W D电压表的示数是100 V12如图4甲所示为一个小型电风扇的电路简图，其中理想变压器的原、副线圈匝数之比n1n2101，接线柱a、b接上一个正弦交变电源，电压随时间变化规律如图乙所示，输出端接有额定电压均为12 V的灯泡和风扇电动机，电动机线圈电阻r2 .接通电源后，灯泡正常发光，风扇正常工作，则(AD)图4A电阻R两端的电压是10 VB通过风扇电动机的电流是6 AC通过灯泡的交流电频率是100 HzD风扇突然卡住的瞬间，灯泡变暗13如图5甲所示，T为理想变压器，原、副线圈匝数比为101，副线圈所接电路中，电压表V1、V2和电流表A1、A2都为理想电表，电阻R14 ，R26 ，R3的最大阻值为12 ，原线圈两端加上如图乙所示的电压在R3的滑片自最下端滑动到最上端的过程中，以下说法正确的是(D)图5A电压表V1的示数增大B电压表V2的示数为20 VC电流表A1、A2的示数都增大D电压表V1的示数与电流表A1的示数的乘积一直减小14如图6所示，电路中理想变压器原、副线圈接入电路的匝数可通过单刀双掷开关改变，为交流电流表在变压器原线圈a、b两端加上一峰值不变的正弦交变电压，下列分析正确的是(D)图6A只将S1从1拨向2时，电流表示数变小B只将S2从3拨向4时，电流表示数变大C只将R的滑片上移，R2的电功率变大D只将R的滑片上移，R2的电功率变小15如图7甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为221，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正弦交变电压，则下列说法中正确的是(CD)甲乙图7A当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为14.14 VB当单刀双掷开关与a连接且t0.02 s时，电流表示数为零C当单刀双掷开关由a拨向b后，原线圈的输入功率变大D当单刀双掷开关由a拨向b后，副线圈输出电压的频率不变16调压变压器就是一种自耦变压器，它的构造如图8甲所示线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上，C、D之间输入交变电压，转动滑动触头P就可以调节输出电压图甲中两电表均为理想交流电表，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器现在C、D两端输入图乙所示正弦式交流电，变压器视为理想变压器，那么(D)图8A由图乙可知C、D两端输入交流电压u的表达式为u36sin 100t(V)B当滑动触头P逆时针转动时，M、N之间输出交流电压的频率变大C当滑动变阻器滑动触头向下滑动时，电流表读数变大，电压表读数也变大D当滑动变阻器滑动触头向下滑动时，电阻R2消耗的电功率变小17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