2020年高考物理一轮复习热点题型专题27变压器与远距离输电

1、2020年高考物理一轮复习热点题型专题27变压器与远距离输电题型一理想变压器原理的应用题型二理想变压器的动态分析题型三远距离输电题型四 两种特殊的变压器模型题型一 理想变压器原理的应用理想变压器原、副线圈基本量的关系理想变（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叵可得：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 Um原、副线圈的电压之比等于其匝数之比，公式：U2 n2与负载、副线圈的个数无关电流关系11 n2(1)只有一个副线圈时：丁 = 一12m(2)有多个副线圈时：由P入=P出得I1U = l2

2、U+l3U+-一+ I nUi 或 I E1 = I 2n2 + I 3 n3+ + Inn频率关系f 1 f 2（变压器不改变交变电流的频率）【例题1】（2019 江苏卷） 某理想变压器原、副线圈的匝数之比为1: 10,当输入电压增加20V寸，输出电压A.降低2 VB.增力口 2 VC.降低200 V .增加200 V【答案】DU1n1n2 一 一【解析】由理想变压器原、副线圈的电压比等于匝数比即:二一,得：U2 = U1，即U 2n2Dn1副线圈两端电压与原线圈两端电压成正比，所以有：&U2 =& 也,当输入电压增加 20V时，输出电压增大 200V,故D正确。ni： n22. （2019

3、 山东省潍坊市高三模拟训练）如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比=11:5 ,原线圈接 ui=110sin100 Tit V,电阻 R=R=25 Q , D为理想二极管，则A.通过电阻R的电流为2 AB.二极管的反向耐压值应大于50 VC.原线圈的输入功率为大于 50 WD.通过原线圈的电流为 15 A 11【答案】BCI【解析】由表达式知原线圈电压有效值为端电压为U2 =25J2V ,则通过电阻R的出电压最大值为 50 V;故要使电路正常工作（25 .2）2 T U32 -二I流热效应，R22 R2 ,所以J0=55新D JJ2，根据U2n2 ,得副线圈两I且后流为R125;故A错误；输反

4、向耐压值应大于50 V,故B正确；根据电两端的电压为U3=25V ,则通过 R的电流为R225=1A25输出端的总功率10【例题3】（2016 全国卷I 16） 含有理想变压器的电路如图所示，图中电阻R、R和F3的阻值分别为3 、1 和4为理想交流电流表， U为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定.当开关S断开时，电流表的示数为I ;当S闭合时，电流表的示数为 4I .该变压器原、副线圈匝数比为（A.2 B.3 C.4 D.5【答案】B一 ，.一 一 In2 【解析】开关断开时，电路如图甲所小，原、副线圈的电流比f2=-,通过R2的电流In i 5ln i U ni4In2: =I2ni二,副

5、线圈的车出电压U=I2（R+R）=,由口可得原线圈两端的电压ni 2则U= U+IR = 5I 2+3I ;开关闭合时，电路如图乙所小，原、副线圈的电流比 n2通过R的电流12, =%，副线圈的输出电压 U =I2 R=4nC由% = 2可得原线圈两 n2n2U2n2端的电压 U =4I $）,则U= U +4IR=4I $ 2+12I ,联立解得=3,选项B正确.修【例题4】（多选）（2016 全国卷出 19）如图所示，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同白灯泡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卜列说法正确的是（）A.原、副线圈匝数比为 9 ： 1B.原、

6、副线圈匝数比为 1 ： 9C.此时a和b的电功率之比为 9 ： 1D.此时a和b的电功率之比为 1 : 9【答案】AD【解析】 设灯泡的额定电压为U）,两灯泡均能正常发光，所以原线圈输入端电压为U=9U0,U 9 n1 U 9副线圈两端电压为 U2=U）,故八=:，-=- = 7，A正确，B错误；根据公式 U2 1 n2 U21Y=-可得，9=1由于小灯泡两端的电压相等，所以根据公式P= UI可得，灯泡a和b的I 2 n1I 29电功率之比为1 ： 9, C错误，D正确.题型二 理想变压器的动态分析1.匝数比不变的情况（如图）U1 ni(1) Ui不变，根据n;=一,输入电压U决定输出电压U2

7、,不论负载电阻 R如何变化，U2不变. U2 n2(2)当负载电阻发生变化时，I2变化，输出电流I 2决定输入电流I 1,故Il发生变化.(3) I 2变化引起P2变化，Pi = F2,故R发生变化.2.负载电阻不变的情况(如图)、 ni 、(1) U1不变，一发生变化，故 U2变化. n2(2) R不变，U2变化，故12发生变化.U2 2(3)根据F2 = , F2发生变化，再根据 Pi=P2,故Pi变化，Pi=UIi, U不变，故Ii发生变 R化.【例题I】(20I8 天津理综 4)教学用发电机能够产生正弦式交变电流.利用该发电机(内阻可忽略)通过理想变压器向定值电阻R供电，电路如图 9所

8、示，理想交流电流表A理想 ， I 交流电压表V的读数分别为I、U, R消耗的功率为P.若发电机线圈的转速变为原来的2,则 一、 , IA.R消耗的功率变为2P，一,一、，IB.电压表V的读数变为2UC.电流表A的读数变为2ID.通过R的交变电流频率不变【答案】B【解析】发电机线圈的转速变为原来的 2,由E=埋知，原线圈中输入电压变为原来的1,频率变为原来的1.根据，=n1,知U变为原来的1,即U = ：U,则通过R的电流变为原来22U2 n222.2,1，U2 2 1, ,Ii n2,，一、1的不，R消耗的功率P2 = -b-=-P,根据了 =,原线圈上的电流也变为原来的即电流表A2R 412

9、ni21一，的读数变为2I ,故选B.【例题2】（多选）（2018 山东省临沂市一模 ）如图甲所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为20： 1,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【答案】ABC1,八【解析】由题图乙可知交流电压周期T= 0.02 s ,所以频率为f=T= 50 Hz,故A正确；原线圈接入电压的最大值是2207万V ,所以

10、原线圈接入电压的有效值是U= 220 V ,理想变压器原、副线圈匝数比为 20 ： 1 ,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 =旨口副线圈电流增加，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.【例题3】（2018 山西省重点中学协作体期末 ）如图甲为理想变压器的示意图，其原、副线 圈的匝数比为 4： 1,电压表和电流表均为理想电表，R为阻值随温度升高而变

11、小的热敏电阻，R为定值电阻.若发电机向原线圈输入如图乙所示的正弦交流电.下列说法中正确的是（）tu/VA.输入变压器原线圈的交流电压的瞬时值表达式为u=36/2sin 50 % t VB.变压器原、副线圈中的电流之比为4 ： 1C.t =0.01 s时，发电机的线圈平面位于中性面D.R温度升高时，变压器的输入功率变小【答案】C【解析】由题图乙可知交流电压最大值U= 362 V,周期T= 0.02 s,可由周期求出角速 2 冗 一 度的值为002 rad/s =100兀rad/s，则可得交流电压 u的瞬时值表达式 u= 36., 2sin 100 7ttV,故A错误；根据： = n2可知变压器原

12、、副线圈中的电流之比为 1 ： 4,故B错误；t = 0.01 12s时，瞬时值为零，发电机的线圈平面与磁场方向垂直，发电机的线圈平面位于中性面，故C正确；R处温度升高时，阻值减小，电流表的示数变大，变压器的输入功率变大，故D错误.题型三远距离输电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4 q h h_1_r-IZI-rrM A4

13、/电源回路而扬而豁用而嚼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 ，* _ Ui mn1）和线圈2（匝数为n2）中各个重间的关系是 -=_, R= P2, 11巾=12n2.U2 n2（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 一一U3 n3n3）和线圈4（匝数为n4）中各个重间的关系是,P3= P4, I 3n3= I 4n4.3.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

14、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p= P线损+ P用户.【例题1】（2019 安徽省马鞍山市质检）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1 ： 1 000 ,理想降压变压器原、副线圈匝数比为1 000 ： 1,输电线的总电阻为1 000 Q ,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（）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 Hz【答案】BUm _ _【解析】 由题图乙知升压变压器输入端电压的最

15、大值为Un= 2502 V,有效值为 U = r = 2502V,根据.三，得副线圈两端的电压U2 = n2UI = 1000X250 V= 2.5X105V;用户端电压为220 V,U2 112111I根据得降压变压器原线圈两端的电压u3=-U4 = 1000-X220 V= 2.2X105 V,故输电U4 14141线上损失的电压为 AU= U2-U3=3X104 V,则输电线上的电流为I=3U= 3：0 A=30 A,R 1 000电站的输出功率为P1 = F2=U2I=7 500k皿输电线路损耗功率为AP=12R= 900kW/由题图1 乙可知，原线圈交变电流的周期为T= 0.02 s

16、 ,则频率为f=T= 50 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.【例题2】（多选）（2018 广东省潮州市下学期综合测试）远距离输电线路简化如图所示，电厂输送电功率不变，变压器均为理想变压器，图中标示了电压和电流，其中输电线总电阻为 R则（）U2A.I2RB.输电线损失的电功率为UVRC.提高输送电压U2,则输电线电流12增大D.电厂输送电功率为 U2I2【答案】 ADU2【解析】在输电线路上：U=I2R+U3,所以12石，故A正确；由于U2不是R两端的电压，R口 U2皿 人工C .右山所以输电线损失的电功率不是故B错误；因为输送功率

17、不变，根据P2=Ud2,可知提R高输送电压 U,则输电线电流I2减小，故C错误；因变压器为理想变压器，所以有P1=P2= U2I2,故D正确.题型四两种特殊的变压器模型1 .自耦变压器自耦变压器（又称调压器），它只有一个线圈，其中的一部分作为另一个线圈，当交流电源接不同的端点时，它可以升压也可以降压， 变压器的基本关系对自耦变压器均适用，如图所示.2 .互感器分为电压互感器和电流互感器，两者比较如下:利用的公式UniU2二I ini = 12n2【例题1】（2018 山东省荷泽市上学期期末 ）如图所示的调压器，滑动触头 P和Q都可以调节，在输入交变电压一定的条件下，要使输出电压增大，输入电流增

18、大，下列做法正确的是（）A.Q不动，P向下移动B.Q不动，P向上移动C.P不动，Q向上移动D.P不动，Q向下移动【答案】 A【解析】Q不动，变阻器的有效电阻不变，P向下移动，原线圈匝数 ni减小，输入电压 U、. 、 ， U ni. 一一.不变，副线圈匝数 n2不变，根据变压器的变压规律 丁 =一知，副线圈的电压增大，即输出电 n2压增大，根据欧姆定律可知输出电流增大，输入电流随之增大，故A正确；Q不动，变阻器的有效电阻不变，P向上移动，原线圈匝数 ni增大，输入电压 U不变，副线圈匝数 n2不变， U ni根据变压器的变压规律一知，副线圈的电压变小，即输出电压变小，根据欧姆定律可知U n2输出电流减小，输入电流随之减小，故B错误；若P不动，则原线圈的匝数不变，根据变压器的变压规律 卜=四知，副线圈的电压不变，输出电压不变，Q向