（通用版）2020版高考物理大一轮复习第11章交变电流传感器第2节变压器电能的输送教学案.docx

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)基本关系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 mAB0C10 mAD2.5 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 AB1 100 V,15 AC4.4 V,16.7 AD4.4 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()A1001B1100C110D101A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依题组训练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 VB增加2 VC降低200 VD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讲典例示法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发生变化典例示法(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跟进训练匝数比不变，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临沂市一模)如图甲所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为201，图中电表均为理想电表，R为光敏电阻(其阻值随光强增大而减小)，L1和L2是两个完全相同的灯泡。原线圈接入如图乙所示的正弦交流电压u，下列说法正确的是()甲乙A交流电压的频率为50 HzB电压表的示数为11 VC当照射R的光强增大时，电流表的示数变大D若L1的灯丝烧断后，电压表的示数会变小ABC由题图乙可知交流电压周期T0.02 s，所以频率为f50 Hz，故A正确；原线圈接入电压的最大值是220 V，所以原线圈接入电压的有效值是U220 V，理想变压器原、副线圈匝数比为201，所以副线圈两端电压是11 V，所以电压表的示数为11 V，故B正确；R阻值随光强增大而减小，根据I知副线圈电流增加，副线圈输出功率增加，根据能量守恒定律，可知原线圈输入功率也增加，原线圈电流增加，所以电流表的示数变大，故C正确；当L1的灯丝烧断后，变压器的输入电压不变，根据变压比公式，输出电压也不变，故电压表读数不变，故D错误。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如图是原、副线圈都有中心抽头(匝数一半处)的理想变压器，原线圈通过单刀双掷开关S1与电流表连接，副线圈通过另一单刀双掷开关S2与定值电阻R0相连接，通过S1、S2可以改变原、副线圈的匝数。现在原线圈加一电压有效值为U的正弦交流电，当S1接a，S2接c时，电流表的示数为I，下列说法正确的是()A当S1接a，S2接d时，电流为2IB当S1接a，S2接d时，电流为C当S1接b，S2接c时，电流为4ID当S1接b，S2接d时，电流为C设S1、S2分别接a、c时，原、副线圈匝数比为n1n2，则输出电压U2U，功率PUI；在S1、S2分别接a、d时，输出电压U2，功率PUI，联立得II，A、B项均错，同理可知，C项对，D项错。 远距离输电讲典例示法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。典例示法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跟进训练远距离输电原理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 kVB110 kVC440 kVD880 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 BI2 CI1U1IR 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 B C4r 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