2018届高考物理一轮复习专题变压器远距离输电导学案

1、变压器远距离输电知识梳理知识点一、理想变压器1.构造和原理(1)构造：如图1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。qI磁慝线链芯图1(2)原理：电磁感应的互感现象。2.基本关系式功率关系：P入=P出。(2)电压关系：U=U=。n1一n2人一,U12U3有多个副线圈时-=r=r=-0mn2-n)311 n2(3)电流关系：只有一个副线圈时r=-12 n1由P入=P出及P=UI推出有多个副线圈时，UI1=PI2+U%+UUn3.几种常用的变压器的示。所示。咸口口电压互感器：把高电压变成低电压，如图(2)互忠形电流互感器：把大电流变成小电流，如图知识点二、远距离输电1 .输电过程(如

2、图2所示)：2 .电压损失(1) AU=U-U'。(2) AU=IR_o(3) 率损失(1) AP=PP'。2AU2(2) AP=CR=-R-4.输送电流P1=U。u-UI考点精练考点一理想变压器的分析与计算1 .关于理想变压器(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U、U、11、I2均为有效值。2.理想变压器的基本关系基本关系功率关系P入=P出电压关系Um原、副线圈的电压比等于匝数比：U,=-U2n2电流关系11n2只什-个副线圈时，电流和匝数成反比：1=&qu

3、ot;12m频率关系原、副线圈中电流的频率相等制约关系电压原线圈电压U和匝数比决定副线圈电压U功率副线圈的输出功率P出决定原线圈的输入功率P入电流副线圈电流I2和匝数比决定原线圈电流I1对应训练1 .基本关系的应用如图3所示，一理想变压器原、副线圈的匝数比为1：2;副线圈电路中接有灯泡，灯泡的额定电压为220V,额定功率为22W原线圈电路中接有电压表和电流表。现闭合开关，灯泡正常发光。若用U和I分别表示此时电压表和电流表的读数，则（）A. U=110V,I=0.2AB. U=110V,I=0.05AC. U=110>/2V,I=0.2AD. U=1102V,I=0.24An1U一.解析由

4、变压原理一=77可得U=110V,即电压表本数为110V。由P入=P出和灯泡正n2U2常发光可得P人=U1I1=P出=22W,11=A=0.2A,故A正确。110答案A2 .自耦变压器（2016江苏单科，4）一自耦变压器如图4所示，环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a、b间作为原线圈。通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c、d间作为副线圈，在a、b间输入电压为U1的交变电流时，c、d间的输出电压为U2,在将滑动触头从M点顺时针转到N点的过程中（）图4A.U>U,U2降低B.U>U,U2升高C.U<U,U2降低D.U2<U,U2升高一,Uim,-,解析由n1>n2知U

5、2<U;滑动触头从M点顺时针旋转至N点过程，n2减小，则U2n2U2降低，C项正确。答案C3.互感器（2017江苏四市联考）（多选）如图5所示，在某一输电线路的起始端接入两个互感器，原、副线圈的匝数比分别为100：1和1：100,图中a、b表示电压表或电流表，已知电压表的示数为22V,电流表的示数为1人则（）A. a为电流表，b为电压表B. a为电压表，b为电流表C.线路输送电功率是220kWD.输电线路总电阻为22Q解析左侧的互感器原线圈并联在输电线路上，测量的是输电电压，所以a为电压表；右侧的互感器原线圈串联在输电线路上，测量的是输电电流，b为电流表，选项B正确，A错误；电压表的示数

6、为22V,根据变压公式，U1=100,输电电压为Ui=100X22V=U211n22200V;电流表的本数为1A,根据变流公式，1=100,输电电流I1=100X1A=10012n1A,线路输送电功率为P=U1I1=220kW/选项C正确；根据题述条件，不能求出输电线路总电阻，选项D错误。答案BC4.原线圈中接有用电器的变压器如图6甲所示，当电压表V2的读数为6V时，五只额定功率为6W的相同灯泡L1、L2、L3、L4、L5均正常发光，图乙是理想变压器c、d输入端交变电压ru的图象，各电表均为理想交流电表。则下列说法正确的是（）A.a、b输入端电压的最大值为24VB.电流表的示数为4A,电压表V

7、i的示数为24VC.流过,灯L2的电流每秒钟方向改变50次D.a、b输入端输入功率Rb=18W解析据题意，从题图乙可知该交变电流的周期为T=0.02s,频率为50Hz,每个周期电流变向2次，则1s内该交变电流变向100次，流过灯L2的电流每秒钟方向改变100次，C错误；因为五只灯泡均正常发光，通过每个灯泡的电流均为I=1=1A,说明流过U2原、副线圈的电流比为1：4,因此原、副线圈匝数比为4：1,原线圈两端电压有效值为24V,该交变电流在a、b端输入电压最大值不等于24V,故A错误，B正确；a、b端输入功率为Rb=6X5W=30W,故D错误。答案B考点二理想变压器的动态分析常见的两种情况常见的

8、理想变压器的动态分析问题一般有两种：匝数比不变的情况和负载电阻不变的情况。富不变,负栽R变化空改变,负黄K不变【典例】（多选）如图7所示，理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表，副线圈匝数可以通过1t动触头Q来调节，在副线圈两端连接了定值电阻R和滑动变阻器RP为滑动变阻器的滑动触头。在原线圈上加一电压为U的正弦交流电，则（）图7A.保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变大B.保持Q的位置不动，将P向上滑动时,电流表读数变小C.保持P的位置不动，将Q向上滑动时,电流表读数变大D.保持P的厂位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变小u2解析Q位置不动，副线圈电压U不变，当P上滑时，R增大，

9、由P=k3可知总功率R十R0减小，原线圈电压U1不变，由P=U1Ii可知原线圈电流Il减小，故A错误，B正确；当P位置不动，Q上滑时，由3=上知U增大，同理分析原线圈电流Ii增大，故C正确，D错误。Uni答案BC对应训练1.匝数比不变，负载改变（多选）如图8所示，理想变压器的原线圈a、b两端接正弦式交变电压，副线圈c、d两端通过输电线接三只相同的灯泡Li、L2、L3,输电线的等效电阻为R当开关由原来的断开状态变为闭合状态时，下列说法正确的是（）图8A.输电线上的电压增大B.通过原线圈的电流增大C.通过灯泡Li的电流减小D.变压器的输入功率减小解析开关由原来的断开状态变为闭合状态，由?=处得副线

10、圈线路总电压不变，而总U2n2电阻减小，总电流增大，则R两端电压增大，Li两端电压减小，通过Li的电流减小，A、C正确；由：=n得原线圈电流增大，输入功率增大，B正确，D错误。12ni答案ABC2 .匝数比改变，负载不变（多选）如图9所示，电路中的变压器为理想变压器，S为单刀双掷开关，U为加在原线圈两端的交变电压，Ii、I2分别为原、副线圈中的电流。下列说法中正确的是（）A.保持U不变,S由b切换到a,则R上消耗的功率减小B.保持U不变，S由a切换到b,则I2减小C.保持U不变，S由b切换到a,则Ii增大D.保持U不变，S由a切换到b,则变压器的输入功率增大解析当保持P的位置及U不变，S由b切

11、换到a时，副线圈匝数增多，则输出电压U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Ii增大；S由a切换到b时，副线圈匝数减少，则输出电压U减小，输出电流12减小，所以根据F2=IzU,P2减小；又因Pi=P2,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答案BC3 .匝数比、负载都改变如图10所示，理想变压器的原、副线圈分别接理想电流表A、理想电压表V,副线圈上通过输电线接有一个灯泡L、一个电动机M输电线的等效电阻为R副线圈匝数可以通过调节滑片P改变。S断开时，灯泡L正常发光，滑片P位置不动,()图10当S闭合时，以下说法中正确的是A.电压表读数

12、增大B.电流表读数减小C.等效电阻R两端电压增大D.为使灯泡L正常发光，滑片P应向下滑动解析当S闭合时，变压器副线圈电路电流增大，两端电压不变，电压表读数不变,选项A错误；由于变压器输出功率增大，输入电流增大，电流表读数增大，选项B错误；由于输电线中电流增大，所以输电线等效电阻R两端电压增大，选项C正确；为使灯泡L正常发光，应该增大变压器输出电压，滑片P应向上移动，选项D错误。答案C方法技巧含有变压器的动态电路问题的解题思路:1稠充廉战圈电压斡=>原"用电"%为定值考点三远距离输电问题远距离输电问题的“三二二1 .理清三个回路»潞】网路2回路1:发电机回路。

13、该回路中，通过线圈1的电流I1等于发电机中的电流I机；线圈1两端的电压U1等于发电机的路端电压U机；线圈1输入的电功率Pi等于发电机输出的电功率P机。回路2：输送电路。I2=I3=IR,U>=U3+AUR=AP+P30回路3:输出电路。14=I用，U=U用，R=P用。2 .抓住两个联系(1)理想的升压变压器联系着回路1和口回路2,由变压器原理可得：线圈1(匝数为m),一，*，一Un111n2和线圈2(匝数为山)中各个量间的关系是u=n,-=n,P=F2O(2)理想的降压变压器联系着回路2和回路3,由变压器原理可得：线圈3(匝数为n3)，一.一、.一一13n313n4和线圈4(匝数为n)中

14、各个量间的关系是口=*,-=n3,R=P4。3 .掌握两种损耗(1)电压损耗：输电线上的电阻导致的电压损耗，AU=U2U3=IRR线。(2)功率损耗：输电线上的电阻发热的功率损耗，AP=P2P3=IRR线。输电线上能量损2耗是热损耗，计算功率损耗时用公式AP=iRr线或ap=4-°Rfe对应训练1.输电线上功率损失（2015福建理综，15）图11为远距离输电示意图，两变压器均为理想变压器一升压变压器T的原、副线圈匝数分别为m、禀，在T的原线圈两端接入一电压u=-sin3t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（）n1 a (

15、%)彳图11n2nB.()n14rD 4卓 2()2rC.衅)2(P)2rn2Un,Un1rn2-m一，一,、解析原线圈电压的有效值：u=2,根据=n可得u=nq2,又因为是理想变压r一,一，-P,人器，所以T的副线圈的输出功率等于原线圈的输入功率P,所以输电线上的电流1=77,输电线上损失的电功率为P'=I2-2r=4rn12p2,所以C正确，A、B、D错误。n2-m答案C2 .输电的几个关系（多选）在如图12所示的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变，随着发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的有（）图12A.升压变压器的输出

16、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增大解析 发电厂的输出电压不变，升压变压器输出的电压U2应不变，A错误；输电线电流I=1P会随着P的增大而增大，输电线电压损失U损=IR也增大，所以降压变压器的初级U2电压U=UU损减小，则降压变压器的输出电压减小，B错误；输电线功率损失P损=I2R=P2P2-、，八P员U2Rpr_、，、，打R,因P变大，所以P损变大，C正确；石=丁=72,因P变大，所以比值变大，DU2PPU2正确。答案CD3 .远距离输电与传感器结合（多选）如图13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

17、圈匝数比为1：100,其输入电压如图乙所示，远距离输电线的总电阻为100Qo降压变压器右侧部分为一火警报警系统原理图，其中R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750kW,则下列说法中正确的有（）A.降压变压器副线圈输出的交变电流频率为50HzB.远距离输电线路损耗功率为180kWC.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解析由题图乙知交变电流的周期为0.02s,所以频率为50Hz,A正确；由题图乙知升压变压器输入电压有效值为250V,根据变压

18、比公式知升压变压器副线圈两端电压为25000V,所以输电线中的电流为30A,输电线损失的电压为AU=IR=30X100V=3000V,输电线路损耗功率为AP=AU-I=90kW,B错误；当出现火警时传感器R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，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。答案AC随堂检测1. （2016全国卷I,16）一含有理想变压器的电路如图14所示，图中电阻R、R和R3的阻值分别为3、1和4因为理想交流电流表，U为正弦交流电源，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

19、示数为41。该变压器原、副线圈匝数比为（）图14A.2B.3C.4D.52. （多选）如图15,理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和bo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（）图15A.原、副线圈匝数比为9：1B.原、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1:93. （2016天津理综，5）如图16所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电)表均为理想电表。下列说法正确的是（图16A.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R消耗的功率变大B.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变大C.

20、当滑动变阻器白滑动触头P向上滑动时，电流表A示数变大D.若闭合开关S,则电流表A示数变大，忿示数变大4. （2016海南单科，9）（多选）如图17（a）中，理想变压器的原、副线圈的匝数比为4：1,RT为电阻值随温度升高而减小的热敏电阻，R为定值电阻，电压表和电流表均为理想交流电表。原线圈所接电压u随时间t按正弦规律变化，如图（b）所示。下列说法正确的是（）图17A.变压器输入、输出功率之比为4：1B.变压器原、副线圈中白电流强度之比为1:4C.u随t变化的规律为u=51sin（50兀t）（国际单位制）D.若热敏电阻R的温度升高，则电压表的示数不变，电流表的示数变大参考答案In21 .解析开关断开时，电路如图甲所示，原、副线圈的电流比心=E，通过R的电流I24IT7=惇，副线圈的车出电压U2=I2(R2+R3)=5-,由8=2可得原线圈两端的电压U=5In22,则IJ=U+RTI2+3;开关闭合时，电路如图乙所示，原、副线圈的电流比=上通过R的电流I2'=如，副线圈的输出电压U'=I2'R=4),由U=2可得原nin2n2U2n2ni2ni2