2011高考物理 名师1号系列复习 变压器 电能的输送教案

用心 爱心 专心1 第二课时变压器电能的输送第一关 基础关展望高考第二课时变压器电能的输送第一关 基础关展望高考 基 础 知 识 一 变压器的构造和原理 知识讲解 如图所示 变压器由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成 其中一个线圈与电源相 接 另一个线圈与负载 工作电路 相接 前者称为原线圈或初级线圈 后者称为副线圈 或次级线圈 当在原线圈上加交变电源时 原线圈中就有交变电流 它在铁芯中产生交变磁通量 磁通量通过铁芯也穿过副线圈 磁通量的变化在副线圈上产生感应电动势 若副线圈上接有 负载形成闭合电路 有交变电流通过时 也会产生磁通量通过铁芯穿过原线圈 在原线圈 上产生感应电动势 这样原 副线圈在铁芯中磁通量发生了变化 从而发生互相感应 称为 互感现象 产生了感应电动势 归纳为 1 互感现象是变压器的工作基础 其实质是电磁感应现象 2 若在原线圈上加交流电压 副线圈上空载 开路 则副线圈上存在感应电动势 3 变压器改变电压的作用只适用于交变电流 不适用于恒定电流 活学活用活学活用 1 理想变压器原 副线圈匝数比为 10 1 以下说法中正确的是 A 穿过原 副线圈每一匝磁通量之比是 10 1 B 穿过原 副线圈每一匝磁通量的变化率相等 用心 爱心 专心2 C 原 副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为 10 1 D 正常工作时原 副线圈的输入 输出功率之比为 1 1 解析 此题考查的是对变压器原理的掌握 对理想变压器 B 选项认为无磁通量损漏 因而穿过两个线圈的交变磁通量相同 磁通量变化率相同 因而每匝线圈产生的感应电动 势相等 才导致电压与匝数成正比 D 选项认为可以忽略热损耗 故输入功率等于输出功率 答案 BD 二 电能的输送二 电能的输送 知识讲解 1 减少电能损耗的方法 据 P损 I2R 可知 减小输电线路上功率损失的方法主要有两种 减小输电线的电阻 R 据 R L S a 减小输电线长度 L 由于输电距离一定 所以在实际中不可能用减小 L 来减小 R b 减小电阻率 目前一般用电阻率较小的铜或铝作导线材料 c 增大导线的横截面积 S 这要多耗费金属材料增加成本 同时给输电线的架设带来很 大的困难 减小输电电流 I 据 P I U a 减小输送功率 P 在实际中不能以用户少用或不用电来达到减少损耗的目的 b 提高输电电压 U 在输送功率 P 一定 输线电阻 R 一定的条件下 输电电压提高到原 来的 n 倍 2 P PR U A 损 据 知 输电线上的功率损耗将降为原来的 2 1 n 根据以上分析知 采用高压输电是减小输电线上功率损耗最有效 最经济的措施 2 远距离高压输电的几个基本关系 以图为例 用心 爱心 专心3 功率关系 P1 P2 P3 P4 P2 P损 P3 电压 电流关系 331124 221443 UnUnII UnIUnI U2 U U3 I2 I3 I线 输电电流 3232 23 PUUP I UUR 线 线 输电线上损耗的功率 2 2 2 2 P PIUI RR U 损线线线线 当输送的电功率一定时 输电电压增大到原来的 n 倍 输电线上损耗的功率就减少到 原来的 2 1 n 活学活用活学活用 2 远距离输送一定功率的交流电 若输送电压升高为原来的 n 倍 关于输电线上的电 压损失和功率损失正确的是 A 输电线上的电功率损失是原来的 1 n B 输电线上的电功率损失是原来的 2 1 n 用心 爱心 专心4 C 输电线上的电压损失是原来的 1 n D 输电线上的电压损失是原来的 2 1 n 解析 根据由 P IU 得 I P U 导线上损失功率 2 2 2 P PI RR U 损 因输送功率一定 P 损跟输送电压的平方成反比 P UR U 损 跟输送电压成反比 所以正确选项为 B C 答案 BC 第二关 技法关解读高考第二关 技法关解读高考 解解 题题 技技 法法 一 变压器各量变化问题的分析一 变压器各量变化问题的分析 技法讲解 处理这类问题的关键是要分清变量和不变量 弄清理想变压器中 谁决定谁 的问题 在理想变压器中 U2由 U1和匝数比决定 I2由 U2和负载决定 I1由 I2和匝数比决定 注意因果关系 对电压而言 有 U入才有 U出 输入决定输出 而对电流 功率而言 则是有 I出 P出 才有 I入 P入 输出决定输入 当理想变压器的原副线圈的匝数不变时 如果变压器的负载发生变化 可依据以下原则 判定 如图所示 1 输入电压 U1决定输出电压 U2 这是因为输出电压 2 21 1 n UU n 当 U1不变时 不论负载 电阻 R 变化与否 U2不会改变 2 输出电流 I2决定输入电流 I1 在输入电压 U1一定的情况下 输出电压 U2也被完全确 用心 爱心 专心5 定 当负载电阻 R 增大时 I2减小 则 I1相应减小 当负载电阻 R 减小时 I2增大 则 I1相应增 大 在使用变压器时 不能使变压器次级短路 3 输出功率 P2决定输入功率 P1 理想变压器的输出功率与输入功率相等 即 P2 P1 在输 入电压 U1一定的情况下 当负载电阻 R 增大时 I2减小 则变压器输出功率 P2 I2U2减小 输入 功率 P1也将相应减小 当负载电阻 R 减小时 I2增大 变压器的输出功率 P2 I2U2增大 则输入 功率 P1也将增大 典例剖析典例剖析 例 1 江苏高考题 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 P 是滑动 变阻器 R 的滑动触头 U1为加在原线圈两端的交变电压 I1 I2分别为原线圈和副线圈中的 电流 下列说法正确的是 A 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 解析 保持 P 的位置及 U1不变 S 由 b 切换到 a 副线圈匝数变多 由 11 22 Un Un 知 U2变 大 2 2 U I R 变大 R 上消耗的功率增大 故 A 错 又由于 12 21 In In I1也变大 故 C 正确 S 由 a 切换到 b 副线圈匝数变少 由 11 22 Un Un 知 U2变小 I2 2 U R 变小 故 B 正确 保持 U1不 变 S 接在 b 端 P 向上滑动 R 变小 I2 2 U R 变大 I1变大 故 D 错 答案 BC 用心 爱心 专心6 二 远距离输电问题二 远距离输电问题 技法讲解 在求解远距离输电的有关问题时 常会涉及到较多的物理量 应特别注意各物理量的 对应性 所以对远距离输电问题一定要先画出过程图再分析 可以保证思路通顺流畅避免 混乱出错 另外针对输电过程中因物理量较多 易发生混乱的特点 把各物理量在图中标 出可以使物理意义条理清晰 远距离输电过程的示意图 如图所示 由图可知 P1 P2 I2 I3 P3 P4 P损 I22 2r I32 2r P1 P4 1 升压变压器的输出电流和输电线上的电压损失 功率损失 是联系两个变压器的 纽带 解题时要抓住这个 纲 然后根据和其他相关量的联系按相应规律列式求解 2 输电导线上损失的电能和输出电压的平方成反比 输出电压提高 n 倍 导线上电 能的损失就减为原来的 2 1 n 3 在计算远距离输电线路的功率损耗时常用关系式 P损 I线2R线计算 其原因是 I 线较易求出 I总 I线 P总 U总 而 P损 U线 I线或 P损 U线2 R线 则不常用 其原因是在一 般情况下 U 线不易求出 且易把 U 线和 U 总相混淆而造成错误 典例剖析 例 2 有一台内阻为 1 的发电机 供给一个学校照明用电 如图所示 升压变压器匝数之 比为 1 4 降压变压器的匝数之比为 4 1 输电线的总电阻 R 4 全校共有 22 个班 每班有 220 V 40 W 的灯 6 盏 若保证全部电灯正常发光 则 用心 爱心 专心7 1 发电机输出功率多大 2 发电机电动势多大 3 输电效率多少 4 若使用灯数减半并正常发光 发电机输出功率是否减半 解析 发电机的电动势 E 一部分降在电源内阻上 即 I1r 另一部分为发电机的路端 电压 U1 升压变压器副线圈电压 U2的一部分降在输电线上 即 I2R 其余的就是降压变压器 原线圈电压 U2 而 U3应为灯的额定电压 U 额 具体计算由用户向前递推即可 1 对降压变压器 U2 I2 U3I3 nP 灯 22 6 40 W 5 280 W 而 U2 4 1 U3 880 V 所以 2 2 nP5280 IA6 A U880 灯 对升压变压器 U1I1 U2I2 I22R U2 I2 62 4 5 280 W 5 424 W 所以 P出 5 424 W 2 因为 U2 U2 I2R 880 6 4 V 904 V 所以 1 122 2 n11 UUU904 V226 V n44 又因为 U1I1 U2I2 所以 2 2 12 1 U I I4I24 A U 所以 11 EUI r22624 1V250 V 用心 爱心 专心8 3 P5 280 100 100 97 P5 424 有用 出 4 电灯减少一半时 n P灯 2 640 W 2 n R2640 W I3 A U800 V 灯 所以 P 出 n P灯 I 22R 2 640 32 4 W 2 676 W 不是减半 答案 1 5424 W 2 250 V 3 97 3 不减半 第三关 训练关笑对高考第三关 训练关笑对高考 随 堂 训 练 1 一个理想变压器 原线圈和副线圈的匝数分别为 n1和 n2 正常工作时输入和 输出的电压 电流 功率分别为 U1和 U2 I1和 I2 P1和 P2 已知 n1 n2 则 A U1 U2 P1 P2 B P1 P2 I1 I2 C I1 I2 U1 U2 D P1 P2 I1 I2 解析 对理想变压器来说 穿过原副线圈的磁通量的变化率一定相等 由法拉第电磁 感应定律可得 11 22 Un Un 由题给条件 n1 n2 得 U1 U2 理想变压器不考虑能量损耗 则有 P1 P2 由于题给变压器为单个副线圈的变压器 则 I1U1 I2U2成立 所以 I1 I2 综合上述分析 可知 B C 两项对 答案 BC 2 一理想变压器初 次级线圈匝数比为 3 1 次级接三个相同的灯泡 均能正常发光 在 初级线圈接一个相同的灯泡 L 如图所示 则 用心 爱心 专心9 A 灯 L 也能正常发光 B 灯 L 比另三灯都暗 C 灯 L 将会烧坏 D 灯 L 时亮时暗 解析 分析此题应从变压器的电流关系来考虑 原 副线圈中的电流比 I1 I2 1 3 副 线圈后面每灯的电流与其额定电流为 2 L1 I I III 3 额额 故 所以灯 L 也正常发光 答案 A 3 如图甲所示是日光灯的电路图 它主要由灯管 镇流器和启动器组成的 镇流器是 一个带铁芯的线圈 启动器的构造如图乙所示 为了便于启动 常在启动器的两极并上一 纸质电容器 C 某教室的一盏日光灯总是出现灯管两端亮而中间不亮的情况 经检查 灯管 是好的 电压正常 镇流器无故障 其原因可能是 A 启动器两脚与启动器底座接触不良 B 电容器 C 断路 C 电容器 C 击穿而短路 D 镇流器自感系数 L 太大 用心 爱心 专心10 答案 C 4 国家重点项目工程 750 千伏兰州至银川西电东输工程完成塔基建设 9 月底全线 架通 远距离输送交流电都采用高压输电 采用高压输电的优点是 A 可节省输电线的铜材料 B 可根据需要调节交流电的频率 C 可减少输电线上的能量损失 D 可加快输电的速度 解析 由 P IU 得 P I U 输送的电功率 P 一定 采用高压输电 U 大则 I 小 由 P线 I2r 在要求输电损耗一定的情况下 就可以选电阻率略大一点的材料作导线 若输电线确 定 则可以减少输电线上的能量损失 故选项 A C 正确 交流电的频率是固定的 不需要 调节 输电的速度是就是电磁波的传播速度 是一定的 故选项 B D 不正确 答案 AC 5 如图所示 MN 和 PQ 为处于同一水平面内的两根平行的光滑金属 导轨 垂直导轨放置的金属棒 ab 与导轨接触良好 在水平金属导轨之间加竖直向下的 匀强磁场 导轨的 N Q 端接理想变压器的初级线圈 理想变压器的输出端有三组次级线圈 分别接有电阻元件 R 电感元件 L 和电容元件 C 若用 IR IL IC 分别表示通过 R L 和 C 的电流 不考虑电容器的瞬间充放电 则下列判断中正确的是 A 若 ab 棒匀速运动 则 IR 0 IL 0 IC 0 B 若 ab 棒匀加速运动 则 IR 0 IL 0 IC 0 C 若 ab 棒做加速度变小的加速运动 则 IR 0 IL 0 IC 0 D 若 ab 棒在某一中心位置附近做简谐运动 则 IR 0 IL 0 IC 0 解析 当 ab 棒匀速运动时 根据公式 E Blv 可知电动势 E 恒定 则原线圈中有恒定的 电流通过 产生稳定的磁场 通过副线圈的磁通量不变 那么副线圈上不产生感应电动势 用心 爱心 专心11 无电压 则 IR IL IC 0 A 错误 当 ab 棒匀加速运动时 产生的电动势均匀增加 原线圈的 电流均匀增大 产生的磁场均匀增强 则副线圈中的磁通量均匀增大 副线圈就会产生一 个恒定的电压 那么 IR 0 IL 0 IC 0 B 正确 当 ab 棒做加速度变小的加速运动时 ab 棒 产生的电动势变化越来越慢 同理可知在副线圈上将产生一个逐渐减小的电压 则 IR 0 IL 0 而电容器要不停的放电而使 IC 0 故 C 错误 当 ab 棒做简谐运动时 ab 棒 将产生正弦或余弦式交变电流 在副线圈上也将感应出正弦或余弦式交变电压 从而 IR 0 IL 0 IC 0 D 正确 答案 BD 课时作业四十二变压器电能的输送课时作业四十二变压器电能的输送 1 一理想变压器的原线圈上接有正弦交变电压 其最大值保持不变 副线圈接有可调 电阻 R 设原线圈的电流为 I1 输入功率为 P1 副线圈的电流为 I2 输出功率为 P2 当 R 增 大时 A I1减小 P1增大 B I2减小 P2减小 C I2增大 P2减小 D I1增大 P2增大 解析 理想变压器 副线圈上电压不变 当负载电阻 R 增大时电流 I2减小 由 P2 U2I2 可知 功率 P2也减小 所以 B 正确 答案 B 2 一理想变压器原 副线圈匝数比 n1 n2 11 5 原线圈与正弦交变电源连接 输入电 压 u 如图所示 副线圈仅接入一个 10 的电阻 则 A 流过电阻的电流是 20 A B 与电阻并联的电压表的示数是 1002 V 用心 爱心 专心12 C 经过 1 分钟电阻发出的热量是 6 103 J D 变压器的输入功率是 1 3 W 解析 由图象可知 U1 220 V 则 2 21 1 n5 UU220V100 V n11 流过电阻电流 2 U I10 A R A 错 电压表示数应为 100V B 错 1 分钟放出热量 Q I2Rt 102 10 60 J 6 104 J C 错 P出 U2I 100 10 W 1 103 W 所以 P入 P出 1 103 W D 正确 答案 D 3 如图所示 一理想变压器原线圈接入一交流电源 副线圈电路中 R1 R2 R3和 R4均 为固定电阻 开关 S 是闭合的 和为理想电压表 读数分别 U1和 U2 和为理想 V1 V2 V1 V2 V2 电流表 读数分别为 I1 I2和 I3 现断开 S U1数值不变 下列推断中正确的是 A U2变小 I3变小 B U2不变 I3变大 C I1变小 I2变小 D I1变大 I2变大 解析 U2 2 1 1 n U n U1 n1 n2均不变 故 U2不变 A 错误 S 断开 副线圈电路 R 总增 大 则 I2减小 UR1 I2R1减小 UR3必增大 3 3 3 UR I R 增大 B 对 由 2 12 1 n II n 知 I1减小 C 对 D 错误 用心 爱心 专心13 答案 BC 4 如图 理想变压器原副线圈匝数之比为 4 1 原线圈接入一电压为 U U0sin t 的交 流电源 副线圈接一个 R 27 5 的负载电阻 若 U0 2202V 100 rad s 则下述结 论正确的是 A 副线圈中电压表的读数为 55 V B 副线圈中输出交流电的周期为 1 100 s C 原线圈中电流表的读数为 0 5 A D 原线圈中的输入功率为 1102 W 解析 因为 U0 2202 V 则电压有效值 U 220 V 由 11 22 Un Un 得 U2 220 V 4 55 V A 正确 因为 100 rad s 则 22 Ts0 02 s 100 则 B 错误 负载 R 中电流 12 2 21 InU5 V I52 A R27 5In 由得 I1 0 5 A 所以 C 正确 功率 P U1I1 220 V 0 5 A 110 W 所以 D 错误 答案 AC 5 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 P 是滑动变阻器 R 的滑动 触头 U1为加在原线圈两端的交变电压 I1 I2分别为原线圈和副线圈中的电流 下列说法 正确的是 用心 爱心 专心14 A 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 解析 S 由 b 切换到 a 时 副线圈匝数增多 则输出电压 U2增大 R 上消耗的功率增大 由变压器功率关系可知 其输入功率也增大 故输入电流 I1增大 所以 A 错 C 对 S 由 a 切 换到 b 时 副线圈匝数减少 则输出电压 U2减小 I2减小 B 对 P 向上滑动时 R 减小 I2增大 由电流与匝数的关系可知 I1增大 D 错 答案 BC 6 如图所示 P 为一理想自耦变压器的滑片 Q 为滑动变阻器的滑动触头 在输入交变 电压一定的条件下 下列说法正确的是 A Q 不动 P 向下移动 电流表示数减小 电压表示数增大 B Q 不动 P 向上移动 电流表示数减小 电压表示数减小 C P 不动 Q 向上移动 电流表示数增大 电压表示数不变 D P 不动 Q 向下移动 电流表示数增大 电压表示数不变 解析 图为升压自耦变压器 当 Q 不变 P 下移时 n1减小 U2 读数增大 副线圈 V 电流 2 2 U I R 原线圈电流 I1 读数增大 故 A 错 当 Q 不变 P 上移时 n1 U2 A 用心 爱心 专心15 读数减小 I2 I1 B 正确 当 P 不动时 n1不变 由 11 22 Un Un 知 U2不变 读数不 V V 变 Q 上移 R I2 I1 读数增大 C 对 D 错 V 答案 BC 7 如图甲所示 在闭合铁芯上绕着两个线圈 M 和 P 线圈 P 与电流表构成闭合回路 若 在 t1至 t2这段时间内 观察到通过电流表的电流方向自上向下 即为由 c 经电流表至 d 则可以判断出线圈 M 两端的电势差 uab 随时间 t 的变化情况可能是图乙中的 解析 根据楞次定律可知副线圈中的电流方向 可知穿过副线圈的磁场应是向上增加 或向下减少的 可以判断原线圈中的磁场方向是向下增加的 或向上减少的 综合四个选 项可知在 t1至 t2这段时间内输入电压变化的可能情况为 C D 答案 CD 8 如图是霓虹灯的供电电路 电路中的变压器可视为理想变压器 已知变压器原线圈与 副线圈匝数比 1 2 n1 n20 加在原线圈的电压为 u1 311sin100 t V 霓虹灯正常工作的电 阻 R 440 k I1 I2表示原 副线圈中的电流 下列判断正确的是 用心 爱心 专心16 A 副线圈两端电压 6220 V 副线圈中的电流 14 1 mA B 副线圈两端电压 4400 V 副线圈中的电流 10 0 mA C I1 I2 D I1 I2 解析 由 u1 311sin100 t V 知 1 311 UV220 V 2 由 11 22 Un Un 得 U2 4400 V 2 2 U I0 01 A R 故 A 错误 B 正确 由 12 21 In20 In1 则 I1 I2 故 C 错误 D 正确 答案 BD 9 如图所示 变压器的原线圈及两个副线圈的匝数比为 n1 n2 n3 4 2 1 所连接的三个 灯消耗的电功率相同 则流过每个灯的电流之比 I1 I2 I3 每个灯的电阻之比为 R1 R2 R3 用心 爱心 专心17 解析 理解变压器每个线圈的电压之比等于它们的匝数比 则 U1 U2 U3 4 2 1 理想变 压器的输入功率等于输出功率 则有 I1U1 I2U2 I3U3 又 I2U2 I3U3 则 3 233 2 U1 III U2 I1U1 2I2U2 则 2 2223 1 2U1 IIII U2 故 I1 I2 I3 1 2 2 三个灯泡消耗的功率相等 有 222 112233 I RI RI R 得 R1 R2 R3 4 4 1 答案 4 2 14 4 1 10 某小型实验水电站输出功率是 20 kW 输电线路总电阻是 6 1 若采用 380 V 输电 求输电线路损耗的功率 2 若改用 5000 V 高压输电 用户端利用 n1 n2 22 1 的变压器降压 求用户得到的 电压 解析 1 输电线上的电流强度为 3 P20 10 I A52 63 A U380 输电线路损耗的功率为 用心 爱心 专心18 P损 I2R 52 632 6 W 16620 W 16 62 kW 2 改用高压输电后 输电线上的