2014高考物理一轮复习：理想变压器电能的输送传感器汇总

1、理想变压器电能的输送传感器 考点整 基本概念 1 理想变压： 构造：如图所示，变压器是由 _ 和绕在铁芯上的两个 _ 的. 原线圈：与 _ 连接的线圈，也叫初级线圈 圈：与 _ 连接的线圈，也叫次级线圈. 原理：电流磁效应、 基本关系式： 功率关系：P入= _ : 电压关系：U： ni = U2： n2；有多个副 线圈时，U： ni = U2： n2 = 13： g =U: nn；电流关系：只有一个副线圈 时，Iini = _ ;由P入=P出及P= UI推出有多个副线圈时， UIi = U2I2 + Ud3+ + Uln .几种常用的变压器： 自耦变压器：调压变压器； 互感器：用来把电压变成低

2、电 压互感器叫做电互感器；用来把大电流变成小电流的互感器叫做电流互感器. 2 .电能的输送： ：. I 输电过程：如图所示. 宁匚亍匚一 1 j r fti 输电导线上的能量损失： 主要是由输 | p r| 电线的电阻发热产生的， Q= _ . = 电压损失： U= U - U; U= _ （ R输电线电阻） 功率损失： P = P - P P = 12R= _ . 输送电流：I = F/U; I = （ U - U ）/ R 3传感器：感受非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为 电学量，或转换为电路的通断的一类元件叫做传感器. 光敏电阻：特点：电阻值随光照增强而 _ 原 理：光敏电阻由半导

3、体材料制成，无光照时，载流子极 少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导 电性变好 作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量. 向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，使 M N间出现电压. 霍尔电压： UH = kIB/d （d为薄片厚度，k为霍尔系数，一个霍尔元件的 d、k为定值）， 若保持I恒定，则LH的变化就与B成正比. 作用：把磁感应强度这个磁 学量转换为电压这个电学量. 传感器的原理分析： 感受量分析：要明确传感器所感受的物理 热敏电阻 金属热电阻 特点 电阻率随温度升高而 电阻率随温度升高而 制作材料 氧化锰 铂 优点 灵敏度好 化学稳定性好，测温范围大 : 作用 将温度

4、这个热学量转换为电阻这个电学量 热敏电阻和金属热电阻: 霍尔元件： 组成：在一个很小的矩形半导体薄片上，制作 4 个电极E、F、 M N,就成为一个霍尔元件，如图所示. 原理：E、F间通入恒定的电流 I ,同时外加与薄片垂直的磁场 B时，薄片中的载流子就在洛伦兹力作用下， 组成 副线 升压燮圧鹘 降馬变压需 量，如力、热、光、 磁、声等.输出信号分析：明确传感器的敏感元件， 分析它的输入信号及输出信号， 以及输入信号与输出信号间的变化规律. 电路结构分析：认真分析传感器所在的 电路结构，在熟悉常用电子元件工作特点基础上， 分析电路输出信号与输入信号间的 规律. m 思考与维启动 z 1. 一输

5、入电压为 220 V ,输出电压为 36 V 的变压器副线圈烧坏.为获知此变压器原、副 线圈匝数，某同学拆下烧坏的副线圈， 用绝缘导线在铁芯上新绕了 5 匝线圈，如图所示, 然后将原线圈接到 220 V 交流电源上，测得新绕线圈的端电压为 1 V 按理想变压器分 析，该变压器烧坏前的原、副线圈匝数分别为 （ ） A. 1 100 , 360 B . 1 100 , 180 C. 2 200 , 180 D . 2 200 , 360 2照明供电线路的路端电压基本上是保持不变的可是我们在晚上七、八点钟用电高峰时 开灯，电灯比深夜时要显得暗些.这是因为用电高峰时（ ） A. 总电阻比深夜时大，供电

6、线路上的电流小，每盏灯两端的电压较低 B. 总电阻比深夜时大，供电线路上的电流小，通过每盏灯的电流较小 C. 总电阻比深夜时小，供电线路上的电流大，输电线上损失的电压较大 D. 供电线路上的电流恒定，但开的灯比深夜时多，通过每盏灯的电流小 3.美国科学家 Willard S . Boyle 荣获 2009 年度诺贝尔物理学奖. 为传感器的有（ ） A.发光二极管 B C.霍尔元件 D W世密线 点分类探!典型问题 1考点 1理想变压器基本规律的应用 【例 1】如图所示，理想变压器原、畐U线圈匝数比为 20： 1，两个标有“12 V, 6 W的小灯泡并联在 副线圈的两端.当两灯泡都正常工作时，

7、路中电压表和电流表 A. 120 V , 0.10 A C. 120 V , 0.05 A (可视为理想的)的示数分别是 B . 240 V , 0.025 A D . 240 V , 0.05 A 原线圈电 （ 【变式跟踪 1】如图所示为一理想变压器，原副线圈的匝数之比为 副线圈接一定值电阻 R A. B. C. D. 若 若 若 若 a、 a、 a、 a、 b之间接直流电压 b之间接直流电压 b之间接交流电压 b之间接交流电压 U, U, U, U, 则R中的电流为 nU/R 则原副线圈中的电流均为零 则原线圈中的电流为 n2U/R 则副线圈中的电流为 U/nR 1 : n, ) 1考点

8、2变压器的动态分析 【例 2】如图所示，理想变压器原线圈输入电压 u = Usin 3 t , 中R为定值电阻，R是滑动变阻器，V1和V2是理想交流电压表，示数分 另惋U1和U表示；A和A是理想交流电流表，示数分别用I 1和丨2表示.下 列说法正确的是 （ ） A. |1和|2表示电流的瞬时值 B. Ui和U2表示电压的最大值 C. 滑片P向下滑动过程中，H不变、11变大 D. 滑片P向下滑动过程中，U2变小、I 1变小 【变式跟踪 2】为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系，将原线 圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上， 副线圈连接相同的灯泡 L2,电路中分别接了理想交流电压表 M、V2

9、和理想交流电流表 副线圈电路 Ai、 与 George E . Smith因电荷耦合器件（CCD 的重要发明 CCD 是将光学量转变成电学量的传感器下列器件可作 .热敏电阻 干电池 i. 【20ii 江苏】如图甲为一理想变压器， 一个接头，原线圈输入正弦式交变电压的 =400 Q的电阻，或只在 de间接一只 ab为原线圈，ce为副线圈，d为副线圈引出的 u-1图象如图乙所示.若只在ce间接一只Re Re = 225 Q的电阻，两种情况下电阻消耗的功 率均为 80 W. 请写出原线圈输入电压瞬时值 Uab的表达式； 求只在ce间接 400 Q电阻时，原线圈中的电流 li； 求ce和de间线圈的匝

10、数比 nee： nde. 导线电阻不计，如图所示当开关 S闭合后 A. Ai示数变大, B. Ai示数变大, C. V2示数变小, D. V示数不变, Ai与A示数的比值不变 Ai与A2示数的比值变大 Vi与 V2示数的比值变大 Vi与V示数的比值不变 1考点 3远距离输电问题 【例 3】通过一理想变压器，经同一线路输送相同的电功率 输电线路的总电阻为 R当副线圈与原线圈的匝数比为 P,原线圈的电压U保持不变， k时，线路损耗的电功率为 P, 若将副线圈与原线圈的匝数比提高到 nk,线路损耗的电功率为 P2,贝U P和F2： Pi分别 为 ( ) A. PRkU i/n B . (P/kl)2

11、R、i/n C . PR kU i/n2 D . (P/mU2R i/n2 【变式跟踪 3】如图所示，发电厂的输出电压和输电线的电阻、变压器不变，若发电厂增大 输 出 功 率， 贝 y 下 ( ) A. 升压变压器的输出电压增大 B. 降压变压器的输出电压增大 C. 输电线上损耗的功率增大 D. 输电线上损耗的功率占总功率的比例减小 正一发电厂鷗 列 确| 1题再 W 考试题 【预测 源上，每个灯泡的电阻 随 ( A. i】如图甲所示，两个相同的灯泡串联，并和电压表、电流表一起连接在正弦交变电 R = ii0 变 化 B. C. 时 间 ) 电压表读数是 电流表读数是 3ii 2 A 每个灯泡

12、两端电压随时间变化的规律是 通过每个灯泡的电流随时间变化的规律是 UR = 3iicosi00 n t i = _ 2cosi00 n t D. 2.【20i2 课标全国】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所示，其副线圈匝数可调.已知 变压器线圈总匝数为 i 900 匝；原线圈为 i i00 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 圈中电流有效值为 约 ( ) A. 380 V 和 5.3 A 和 9.1 A 【预测 2】如图所示是一 移动的滑动触头.

13、 I 1，负载两端电压的有效值为 U2,且变压器是理想的, B . 380 V 和 9.1 A C . 240 V 和 5.3 A -种理想自耦变压器示意图，线圈绕在一个圆环形的铁芯上, A B间接交流电压U, L2, Q为滑动变阻器的滑动触头.当开关 两 ( A. B. C. D. 均能发光 ) 将P沿逆时针方向移动， P不动，将Q向左移动， P不动，将Q向右移动， 断开开关S, L1将变暗 两灯均变暗 两灯均变亮 输入功率变大 mil 则U和11分别 为 输出端连接了两个相同的灯泡 丨 S闭合，P处于如图所在的位置时， 列说法正 确 的是 Li和 P是可 1如图所示，理想变压器的原线圈接入

14、 通过电阻 r = 6 Q的导线对“ 220 V, 880 W”的电器 R 供电， 可知 ( ) A. 原、副线圈的匝数比为 50 ：1 B. 交变电压的频率为 100 Hz C. 副线圈中电流的有效值为 4 A D. 变压器的输入功率为 880 W 2. 理想变压器原、副线圈匝数比 u = 11000 2sin100 n t (V)的交变电压，副线圈 该电器正常工作.由此 n1 : n2 = 11 : 5,原线圈与正弦交 副线 变电源连接，输入电压 U随时间t的变化规律如图所示， 圈仅接入一个 10 Q的电阻，贝U ( A. 流过电阻的最大电流是 20 A B. 与电阻并联的电压表的示数是

15、141 V C. 变压器的输入功率是 1X 103 W D. 在交变电流变化的一个周期内，电阻产生的焦耳热是 3. 如图所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有三个灯泡 L3,输电线的等效电阻为 R原线圈接有一个理想的电流表，开始时, 开关S接通，当S断开时，以下说法中正确的是 A. 原线圈两端P、Q间的输入电压减小 B. 等效电阻R上消耗的功率变大 C. 原线圈中电流表示数增大 D. 灯泡L1和L2变亮 4. 如图甲所示是某燃气炉点火装置的原理图.转换器将直 流电压转换为图乙所示的正弦交变电压，并加在一理想 变压器的原线圈上， n2, V 为交流电压表. 板间引发电 ( ) A.电压表的示数

16、等于 C.实现点火的条件是 变压器原、副线圈的匝数分别为 当变压器副线圈电压的瞬时值大于 火花进而 ) 3 2X 10 J L1、 L2和 丄 L L 转 换 fl 甲 5000 V 时, 判 就会在钢针和金属 断正确的是 5 V B n2/ rn 1 000 电压表的示数等于 实现点火的条件是 5/ , 2V 2/ ni 12 B . 12 =13 C. I 4 I 2 6某小型水电站的电能输送示意图如图所示，发电机通过升压 变压器Ti和降压变压器T2向用户供电.已知输电线的总电阻为 副线圈匝数之比为 4 ： 1,降压变压器副线圈两端交变电压 220 2sin(100 nt) V，降压变压器

17、的副线圈与阻值 R)= 11 的电阻组成闭合电路.若将变压器视为理想变压器，则下列说 法中正确的是 ( ) A.通过F0电流的有效值是 20 A B. 降压变压器 T2原、畐U线圈的电压比为 4：1 C. 升压变压器T1的输出电压等于降压变压器 T2的输入电压 D. 升压变压器T1的输出功率大于降压变压器 T2的输入功率 7.在远距离输电时， 要考虑尽量减少输电线上的功率损失.有一个小型发电站， 输送的电 功率为P = 500 kW，当使用U = 5kV 的电压输电时，测得安装在输电线路起点和终点处 的两只电度表一昼夜示数相差 4 800 kW h.求： 输电效率n和输电线的总电阻 r ； 若

18、想使输电效率提高到 98%又不改变输电线，那么发电站应使用多高的电压向外输 电？ 参考答案： I点整本概 1 .闭合铁芯 线圈 交流电源 负载 电磁感应 P出12n2 2. I2Rt IR ( P/U)2R 3. 减小减小增大 考与练维启动 Z 1. B;根据 U/U = n 1/ n2可得 220/1 = n5，可知 m = 1 100.排除 C D 两项.再由 220/36 =n 1/ n2 可知 n2 = 180，故 A 错、B 对. 2. C;照明供电线路的用电器是并联的，晚上七、八点钟用电高峰时，用电器越多，总电阻 越小，供电线路上的电流越大，输电线上损失的电压较大，用户得到的电压较

19、小，所以 C 正确. 3. BC;发光二极管有单向导电性， A 错； 热敏电阻和霍尔元件都可作为传感器， B、C 对； 干电池是电源，D 错. 典型问题 Z 例 1 D;副线圈电压 U = 12 V，由U/U = n/n2得U = 240 V，副线圈中电流 丨2 = 2 HU = 1A,由 11/ 丨2 = n2/ m 得 I 1 = 0.05 A . 变式 1 C ;根据变压器原理可知，接直流电时， R中没有电流，A 错误；但在原线圈中能形 成闭合回路，有电流， B 错误；在a、b间接交流电压 U时，由公式U: U= n1： n2, I1： I2 = n2： n1 得 U = nU, I2

20、= nl/R I1 = n2U/R,所以 C 正确，D 错误. 例 2 C;交流电表的示数为有效值，故 A、B 两项均错误；P向下滑动过程中，R变小，由于 交流电源、原副线圈匝数不变，U、U均不变，所以丨2 = U/(R + F)变大，由11/12 =n2/n1, 得I 1 = ( n2/nJ 12变大，故 C 项正确、D 项错误. 变式 2 AD;交流电源电压有效值不变，即 M 示数不变，因U： U2 =门仁n2,故 V2示数不变， M 与 V2示数的比值不变，D 对.S闭合使负载总电阻减小，I2 = U/R所以I2增大.因 11： 12 = n2： n 1,所以 A 示数增大，A与A示数比

21、值不变，A 对. 下列判断正确的是 R降压变压器T2的原、 例 3 D ;根据变压器的变压规律，得 U/U = k, U2/U = nk,所以U = kU, lb = nkU;根据P =UI，知匝数比为k和nk的变压器副线圈的电流分别为 Ii = P/U = F/kU, I2 = F/U = F/nkU；根据 P = I2R输电线路损耗的电功率分别为 Pi = Ii2R=(P/kl)2R, F2 = lb2R =(F/ nkl)2R,所以 R/Pi = 1/ n2;选项 D 正确，A B C 错误. 变式 3C;发电厂的输出电压不变，则升压变压器的输出电压不变， A 项错；发电厂输出功 率增大

22、，则输电线中电流增大，导线上损耗功率和损耗电压增大，降压变压器的输入、 输出电压减小，B 错、C 对；输电线上损耗的功率与总功率的比值为 |2RIU = IR/U,该 比值随电流的增大而增大， D 项错. 题再试 1. 由图乙知 3 = 200 n rad/s ，电压瞬时值 Uab = 400sin (200 n t) V . 电压有效值 U= 200 羽 V，理想变压器 P 入 = P 出, P出=80 W,原线圈中的电流Ii = P入/U，解得 Ii =(2/5 A . 设 ab 间匝数为 ni,则 U： ni = UCe： n e；同理 U： ni = Ude： nde;由题意知 UCe

23、2/ Re = Ude2/ 氐， 解得 nee： nde = -，代入数据得 nce : “de = 4 : 3. Rce 预测 i D ;由题图乙知，输出电压最大值为 3ii V，则有效值为 220 V，故电压表示数应为 220 V, A 错误；电流表示数为 i A, B 错误；灯泡两端电压随时间变化规律为 UR= (3ii/2) cosi00 n t , C 错误；电流 i = 2cosi00 nt , D 正确. 2. B；根据理想变压器电压比关系 U/U = m/n2,代入数据解得副线圈两端的电压有效值 U2 =380 V,因理想变压器原、畐U线圈输入和输出的功率相等，即 P 入 =

24、P出=UI i,解得 Ii = 2X i0 /220 A 疋9.i A，选项 B 正确；选项 A C、D 错误. 预测 2 B ；当P沿逆时针方向移动时，畐U线圈的匝数 n2增大，由U/U = ni/n2知，U2增大， Li、L2均变亮，A 错；当P不动时U不变，Q向左移动，R减小，Li、L2的电压增大，两 灯泡变亮，B 对；当P不动，Q向右移动时，R增大，变压器输出功率 B = U/R总，R总 增大，P2减小，而Pi = P2,故R减小，C 错；断开开关 S,负载电阻增大，Li的电压增 大，Li将变亮，D 错. 堂演自我提升 1. C;由电器R.正常工作，可得通过副线圈的电流为 I = P/

25、U = 880/220A = 4 A ，故 C 对； 副线圈导线所分电压为 U = 4X 6 V = 24 V，副线圈两端电压 U2 = 220 V + 24 V = 244 V,因此原、副线圈的匝数比 ni/n2 = U/U2 = ii000/244 = 2750/6i，故 A 错；又Pi = R =UI2 = 244X4 W = 976 W，故 D 错；交变电压的频率 f = 3 /2 n = 50 Hz，故 B 错. 2. C;由交流电压 u随时间 t 的变化规律可知，输入的最大电压为 220 2V,由电压关系可 知U/U = ni/rb,可得输出电压的最大值为 i00 2V,电压的有效

26、值为 i00V,最大电流 为 i0 2 A，电流的有效值为 i0 A,选项 A 错误；电压表示数应为电压有效值，因此选 项 B 错误；变压器的输出输入功率相等，可得 P = UI =ix i03 W 选项 C 正确；在交变 电流变化的一个周期内，电阻产生的焦耳热为 Q= I2Rt = 20 J ，选项 D 错误. 3. D;原线圈两端 P、Q间的输入电压 U不变，选项 A 错误；输入电压决定输出电压， U不 变，所以副线圈两端 M N间的输出电压U2也不变，当S断开时，副线圈电路的总电阻 R总变大，所以输出电流 丨2 = U/R总变小，等效电阻 R上消耗的功率 P = I2R变小，选 项 B 错误；输出电流I2变小，输入电流Ii = ( n2/ni) I2也变小，所以原线圈中电流表示 数减小，选项 C 错误；输出电压 U不变，输出电流丨2变小，灯泡Li和L2串联电路的电 压值U= U2 - I2R变