高三物理高考精品专题讲座变压器电能的输送

1、第2讲变压器电能的输送考情直播1.考纲要求考纲内容能力要求考向定位.理想变 压器.远距离 输电. 了解变压器的构造， 理解变压器的工作原理。.理解理想变压器原、 副线圈中电压匕匝数的关 系，能应用它分析解决肩关 问题。.知道远距离输电过 程，知道降低输电损耗的两 个途径。了解电网供电的优 点和意义。新课标考纲对理想变压器的 的要求由1日考纲的n级降为I级， 对远距离输电的要求也为I级.但 变压器与远距离输电是高考的热 点倾向，因为该问题与人们的生活 息息相关，而密切联系生活是新课 标的重要理念，故要一如既往予以 重视.2.考点整合考点1理想变压器.变压器的工作原理：在原、副线圈上由于有交变电流

2、而发生的互相感应现象，即 是变压器工作的基础.理想变压器：磁通量全部集中在铁芯内，变压器没有能量损失，输入功率 输出功率.原、副线圈对应关系：电压关系 匕=;电流关系L=或U 21 2nJ =久12+叼3 +；电功率关系：入=特别提醒:根据变压器的原理可知，变压器对直流电不起作用。当变压器 有多个副线圈时，原、副线圈的电流关系不再是与匝数成简单的正、反比关系。 当原线圈之前接有用电器时，用电器的电压、电功率独立于变压器。例1 (2009北京西城区)如图所示，理想变压器的原线圈接在u = 220行sin(100Ttt) (V)的交流电源上，副线圈接有 R= 55Q的毡郊上%、州磬圈匝 数之比为2

3、： 1。电流表、电压表均为理想电表。下列说法正晒忆土， 卜A.原线圈中电流表的读数为1 Au 1 X rQ B.原线圈中的输入功率为22072 W 兆 C.副线圈中电压表的读数为110 2 VD ,副线圈中输出交流电的周期为50s解析根据匕=上可知副线圈电压为110克V,则其有效值即电压表示数为 U 2 n2110V, C错。副线圈中电流I2 =U2/R=110/55A=2A 4=皿可知原线圈电流为1A,12n122A选项正确。根据原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率P=g=w=22w，B错。变压器不改变交变电流的周期，故 丁=旦=2 =0.02s100 二【答案】A规律总结变压器的输出功率决

4、定输入功率，且变压器不会改变电流的周期 和频率。考点2动态变压电路分析电压及匝数比决定 电压.只有负载变化时输出电压 .的功率、电流决定的功率、电流.故负载变化引起输入的变化.特别提醒:理解变压器”决定与制约”关系，就要弄清其因果关系：对电 压而言，有输入才有输出，故输入决定输出；对电流、电功（率）而言，有输出 才有输入，故输出决定输入.例2 （2009华师附中）调压变压器就是一种自耦变压器，它的构造如图所 示.线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上，CD之间加上输入电压，转动滑动触头P就 可以调节输出电压.图中A为交流电流表，V为交流电压表，R、R为定值电阻，R刍 小为滑动变阻器，cd两端接恒压交流

5、电源，隹打尸工一兽“厂 变压器可视为理想变压器（）丁於M尹,0*a.当动触头p逆时针转动时，电流表口!一4 TIT读数变大，电压表读数变大B.当动触头P逆时针转动时，电流表读数变小，电压表读数变大C.当滑动变阻器滑动触头向下滑动时，电流表读数变小，电压表读数变大D.当滑动变阻器滑动触头向下滑动时，电流表读数变大，电压表读数变小解析当动触头P逆时针转动时，相当于增加了副线圈的匝数，而原线圈匝数保持不变，根据Ul =ni可知，输出电压增大，其它因素不变时，电压表读数变U 2 n 2大，电流表读数变大。当线圈匝数不变化而将滑动变阻器滑动触头向下滑动时 ，输 出电压不变，总电阻减小，则总电流增大， R

6、两端电压增大，R两端电压减小，流 过R的电流减小，因此，流过 R的电流增大，电流表示数变大。【答案】A D规律总结分析动态变化问题，首先要弄清什么量没有发生变化，什么量发 生了变化。其次要对各物理量间的制约关系非常清楚。这样才能准确判断变化的 物理量会引起另外有哪些物理量变化及其变化情况。考点3远距离输电.远距离输电的经典模型如图13-2-5所示.远距离输电的三组关系及两种损耗如工1工2_ 耳工4下：| ,叫同号一iio|电压关系：U, Ut9 U2-R-3 -h打吐P1 a 图 13-2-5 为 内电流关系：！1=，！1=曳，I2R=I3 I2n1I43电功率关系：Pi=P2,P3=P4,P

7、2=PR-P3两种损耗：功率损耗Pr=iRr,输送电压损耗Ur=IrR=U2U3特别提醒:输电线上的能量损耗是热损耗，计算时只能用Pr=iRr或uR/r, 而不能乱用U 2 / R .例3 (2009华师附中)某小型水电站，水以 3 m / s 的速度流入水轮机， 而以l m / s的速度流出。流出水位比流入水位低 1. 6 m ,水流量为2 m 3/s。如果水流能量的75%供给发电机。求： 若发电机效率为80%,则发电机的输出功率为多大？ 发电机的输出电压为240V,输电线路的电阻为19.2 Q ,许可损耗功率为 2%,用户所需电压为220V,则所用升压变压器和降压变压器的原、副线圈匝数的

8、比各是多少？解析每秒钟流过发电机的水的质量为m=凶=2M103kg每秒钟水流机械能的损失为 任=m m(v12 -v2mgh =4父104 J , 2发电机的输出功率 P出=75% 80% JE =24000W(2)发电机经变压器到用户的供电线路如图所示.图中Ti为升压变压器.T2电2% A所以 线J - =5 A,V R线为降压变压器。输电线上损降 IS EH因为I2 =1线=5 A ,I1 = =100AUi所以升压变压器Ti原、副线圈的匝数比为:n1121n2 一 I1 - 20又因为I3 -I线=5A,3 A =107 A TOC o 1-5 h z U411所以降压变压器T2的原、副

9、线圈的匝数比为2=乂上段n4 I35【答案】24000W (2)升压变压器.=工，降压变压器Jn3= n2 20n45规律总结由于远距离输电时，输电电流与升压器副线圈电流、降压器原线 圈电流相等，因此，电流往往是解决输电问题的突破口.高考重点热点题型探究热点1交变电流的图象、变压器及其简单综合真题1 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建的电阻。则（）A.流过电阻的电流是20 A100V,再B.与电阻并联的电压表的示数是 100 2 VC.经过1分钟电阻发出的热量是6X 103 JD.变压器的卒&入功率是1X10

10、3W解析原线圈中电压的有效值是220V,由变压比知副线圈中电压为100V;根据欧姆定律可知流过电阻的电流是10A;与电阻并联的电压表的示数是经过1分钟电阻发出的热量是6X 1034JO【答案】D名师指引这类问题往往综合考查交变电流的图象、变压器、欧姆定律等知识题目的难度并不大，要求考生全面掌握基础知识.止匕外，由于变压器与日常生活联系较紧密，近年已经成为全国各地高考的主 要考查对象，考生应引起注意。新题导练1.图1、图2分别表示两种电压的波形，其中图 1所示电压按正A.图1表示交流电，图2表示直流电0-3112s)311u/Vt/(10 2 s)110n2：n1：m：n1n2n2B.两种电压的

11、有效值相等C.图1所示电压的瞬时值表达式为 u=311sin100 nt VD.图1所示电压经匝数比为10:1的变压器变压后，频率变为原来的抢分频道限时基础训练卷（2009北京丰台区）某变电站用原副线圈匝数比为m：年的变压器，将远距离输来的电能送到用户，如图所示。将变压器看 卜列说法正确的是（）A.原副线圈电压比为B.原副线圈电流比为C.原副线圈电压比为D.变压器的输入功率与输出功率的比为 ni： n2（2009华师附中）如图，理想变压器原、副线圈匝数n 1： n 2 :靠=3 : 2 :1 ,副线圈n2接有“8V 8 W”的灯泡Li、副 线圈靠上接有 “6 V 9W”的灯L3、L4.原线圈上

12、接 有电阻Ri = 3C,当a、b端接入交变电源后，Li、 L2正常发光，则交变电源的输出功率为（）A . 72W B . 36 WC . 34W D. 24 W3.如图甲所示，变压器原副线圈的匝数比为 3:1 , Li、L2、L3、L4为四只规格 均为“9V, 6W的相同灯泡，各电表均为理想交流电表，输入端交变电压 u的图 象如图乙所示.则以下说法中正确的是（）A.电压表的示数为36VB.电流表的示数为2AC.四只灯泡均能正常发光D.变压器副线圈两端交变电流的频率为50Hz4.如图13-2-8所示，Q是熔断电流为 器的原副线圈的匝数比为m : n2=2: 1 .U=220V2 sin100n

13、t （V）.要使保险丝不熔断，A.不能小于55 QB.不能大小C.不能小于77 QD.不能大于1A的保险丝；R为用电器；理想变压原线圈的电压为R的阻值一定（55 Q77 Q图 13-2-8（2009工苏苏州）如图所示，理想变压器的原线圈的输入电压u =220sin100 ntV ,原、副线圈的匝数比为 m:n 2=10:1电阻R勺阻值为100。，则1s内电阻Rk产生的焦耳热为（A. 484 J B .242 J C . 2.42J D .1.21 J（2009阳江调研）某理想变压器的原、副线圈按如图所示电路连接，图中电表均为理想交流电表，且 R=R,电键S原来闭合。现将S断开，则电压表的示数U

14、、电流表的示数I、况分别是（）A. U增大BC. P1减小D电阻R上的功率R、变压器原线圈的输入功率 P的变化情I增大P增大（2009广东四校联考）如图所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接两个相同的灯泡L1和L2,输电线的等效电阻为 R,开始时，开关S断开，当S接通时，以下说法中正确的是（）A,副线圈两端M N的输出电压减小B,副线圈输电线的等效电阻 R上的电压将增大C.通过灯泡Li的电流减小D.原线圈中的电流增大定的交流电，在下列措施中能8.如图13-2-4所示，变压器初级线圈接电压 使电流表示数变小的是（）A.只将Si从2拨向1B.只将&从4拨向3C.只将&从闭合改为断开D.只将变阻器R

15、的滑动触头上移. （2009北京石景山区）远距离输送交流电都采用高压输电.我国正在研究 用比330 kV高得多的电压进行输电.采用高压输电的优点是可节省输电线的铜材料 可根据需要调节交流电的频率 可减少输电线上的能量损失可加快输电的速度上述四种说法正确的是（）A3B . C . D .电站的输出功率P = 10 （2009江苏扬州）如图所示，L1和L2是输电线，甲是电压互感器，乙是电kW输出电压u = 4kV,通过理想变压器升压后 向远处供电.已知输电导线的总电阻为 R = 10 Q,输电线路损失的功率为输出功 率的4%求变压器的匝数比.基础提升训练1. （2009江门调研）如图所示，一理想变

16、压器原线圈匝数巾=1100匝，副线圈匝数n2= 220匝，交流电源的电压u =220J2sin100nt（V）,电阻R= 44Q ,电压的是（）表、电流表均为理想电表.则下列说法错误A.交流电白频率为50HzB.电流表A的示数为0.2AC.电流表A的示数约为V2 AD.电压表白勺示数为44V2 .如图13-2-2所示为理想变压器，三个灯泡 L、L2、L3都标有“ 5V, 5W ,L4标有“5V, 10W ,若它们都能正常发光，则变压器原、 副线圈匝数比n1 : n2和ab间电压应为 （）A, 2 ： 1, 25VB, 2 ： 1, 20VC. 3 ： 2, 15VD, 1 ： 2, 20V3.

17、如图所示，灯泡L1、L2规格完全相同，原线圈匝数比副线圈匝数多，下列判断环误也是（）A.变压器工作时，两灯不可能同时正常发光B.L2正常工作时，L1比L2暗C.L2正常工作时，L1可能已经烧毁D.L1正常工作时,L2可能已经烧毁流互感器。若已知甲的变压比为1000: 1,乙 的变流比为100: l ,并且已知加在电压表两 端的电压为220V,通过电流表的电流为10A, 则输电线的输送功率为（）A. 2.2 X 103WB. 2.2 X10-2WC. 2.2 X 10 8W D . 2.2 X104Wa、b接在电压u =.如图13-2-12所示，M是一小型理想变压器，接线柱311sin314t（

18、V）的正弦交流电源上，变压器右侧部分为一火警报警系统原理图，其中R为用半导体热敏材料制成的传感器，电流表 A2为值班室的显示器，显示通过（报警器未画出），鼻为一定值电阻.当图 13-2-12R的电流，电压表V显示加在报警器上的电压 传感器R所在处出现火警时，以下说法中正 确的是（）A的示数增大V2的示数减小V2的示数增大A的示数增大Ai的示数不变,Vi的示数不变,Vi的示数增大,Ai的示数增大,.街头通过降压变压器给用户供电的示意图如图所示.变压器输入电压是市区电网的电压，可忽略其波动.输出电压通过输电线输 送给用户，输电线的电阻用 R,表示，输电线消耗的电 功率用R表示，变阻器R表示用户的总

19、电阻，P表示用 户的总功率，当用电器增加时，相当于 R的阻值减小， 滑动片向下移（R始终大于R） .当用户的用电器增加时， 图中电流表示数Ii, I2及R、P变化为（）I1变大，12变大11变小，12变小R变大，P变大R变小，P变小 TOC o 1-5 h z .如图13-2-7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，U为加在原线圈两端的交变电压，Ii、12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Ui不变，S由b切换到a ,则R上 丁3|己3消耗的功率减小u.保持P的位置及Ui不变，S由a切换到b ,则I 2减 %甚 严小k

20、： C.保持P的位置及Ui不变，S由b切换到a ,则I 1增D.保持Ui不变，S接在b端，将P向上滑动，则I 1减小.如图所示，一个变压器（可视为理想变压器）的原线圈接在220V的市电上,图 13-2-6向额定电压为1.80 X 104V的霓虹灯供电，使它正常 发光。为了安全，需要在原线圈回路中接入熔断器使 副线圈电路中电流超过12mA时，熔丝就熔断，（1）熔丝的熔断电流是多大？ （2）当副线圈电路中电流为10mA变压器的输入功率是多 大？某小型实验水电站输出功率是 20kW输电线路总电阻是6Qo （1）若采用 380V输电，求输电线路损耗的功率。（2）若改用5000高压输电，用户端利用ni：

21、n2 = 22: 1的变压器降压，求用户得到的电压。.某发电站的输出功率为10 （2009江苏淮安二调）一台理想变压器的原、副线圈的匝数比是 5 ： l ,原 kW,输出电压为4 kV,通过理想变压器升压 后向80 km远处供电.已知输电导线的电阻率为 p =2.4X108 Q - m导线横截 面积为1.5X104 m2,输电线路损失的功率为输出功率的 4%求：升压变压器的输出电压；输电线路上的电压损失.能力提高训练.如图13-2-11所示，理想变压器原、副线圈匝数比为m ：偌：n3= 4： 3： 2,副线圈上分别接标有“ 6V, 12W、“12V, 36W的火T泡L1和L2,当a、b两端接交

22、变电源后，Li正常发光，则变压器的输入功率为（A . 16WB. 40WC . 48WD.不能确定，.如图所示，动圈式话筒能够将声音转变为微弱的电信号（交变电流） 生的电信号一般都不是直接送给扩音机，而是经过一 只变压器之后再送给扩音机放大，变压器的作用是能 够减少电信号沿导线传输过程中的电能损失，关于话 筒内的这只变压器，下列说法中正确的是（）A.一定是升压变压器，因为P=UI,升压后，电 流减小，导线上损失的电能减少一定不是升压变压器，因为P=U;，升压后，导线上损失的电能会增加 R一定是降压器，因为I2=，降压后，电流增大，使到达扩音机的信号加 n2强D.一定不是降压器，因为 P =I2

23、R,降压后，电流增大，导线上损失的电能会 增加3.某理想变压器原线圈输入电功率为 P,原、副线圈匝数比为k,其副线圈 接一内阻为r的电动机，电动机正以速度 v匀速向上提升质量m的重物，已知重 力加速度为g,则变压器原线圈两端的电压为（）八 e ； r D P rCm Jp - mgv口 P P - mgvA. Pk B . 一1 C Pk/ D. r,P = mgvk . P mgvrk r线圈接入电压为220V的正弦交流电，一只理想二极管和一个滑动变阻器 R串联接 在副线圈上，如图所示.电压表和电流表均为理想交流电表，则下列说法正确的 是（）A.原、副线圈电流之比为1 ： 5B.电压表的读数

24、为44VC.若滑动变阻器接入电路的阻值为 20c ,则1min 产生的热量为2904JD.若将滑动变阻器滑片向上滑动，两电表读数均减副线圈电路中 R、R、R和5 .如图，一理想变压器原线圈接入一交流电源, R均为固定电阻，开关S是闭合的。和笆为理 想电压表，读数分别为U和U； 、 和为 理想电流表，读数分别为I1、I2和I3。现断开S, U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 . Ii变小、I2变小 D . Ii变大、I2变大.如图所示，理想变压器原副线圈的匝数比为 头，伏特表和安培表均为理想表，除R以外其余电阻 不计.从某时刻开始在原线圈两

25、端加上瞬时值表达式为5=22072 sin100 nt V 的交变电压，下列说法中正 确的是（）VB.电压表的读数为22VC.当滑动变阻器触片向上移，伏特表和安培表的示数均变大D.当单刀双掷开关由a搬向b,伏特表和安培表的示数均变小7.如图13-2-15所示，交流发电机电动势的有效值为 E=20V通过一个R=6的指示灯连接变压器，变压器输出端并联24只学工 彩色小灯泡，每只灯泡都是“ 6V 0.25W ,灯泡都正常发光，奈I 导线电阻不计.求：（1）降压变压器初、次级线圈匝数比；（2）行g 发电机的输出功率.（计算结果保留三位有效数字）图内阻不计,/KAVS13215A .在副线圈上瞬时值表达

26、式为U1=222 sin10 nt.黑光灯是利用物理方法灭蛾虫的一种环保设备，它发出的紫色光能够引诱 害虫飞近黑光灯，然后被黑光灯周围的交流高压电网”击毙” .（1） 一只额定功率为P的黑光灯正常工作时，约有5%勺电能转化为光能，光能中约有50%勺频率为的紫光，求黑光灯图 13-2.16 每秒钟向外辐射多少个该频率的紫光光子（已知普朗克常量为与？ （2）如图13-2-16所示为高压电网的工作示意图，理想变压器将有效值为 220V的交流电变成高压，输送到高压电网上，电网相邻两电极间距离为 0.5cm, 空气在常温常压下被击穿的临界电场强度为6220V/cm,为防止两电极间空气被击穿，造成短路，变

27、压器的次、初级线圈匝数之比 也应满足什么条件？ n1.学校有一台应急备用发电机，内阻为 r=1Q,升压变压器匝数比为1 ：4, 降压变压器的匝数比为4： 1,输电线的总电阻为 R=4Q,全校22个教室，每个教 室用“220V, 40W的灯6盏，要求所有灯都正常发光，则：发电机的输出功率 多大？发电机的电动势多大？输电线上损耗的电功率多大？.发电机的输出电压为220V输出功率为44kW每条输电线上的电阻为2Q , (1)若将发电机发出的电不经过变压器，直接输送给用户，求用户得到的电压和 功率分别是多少？ ( 2)如果发电站先用变压比为1: 10的升压器将电压升高，经 同样的输电线路后再经过 10

28、: 1的变压器变压后输送给用户，那么用户得到的电 压和功率各是多少？考情直播考点整合考点1理想变压器.互感现象 2 .等于3 .曳、丝、时 n1考点2动态变压电路分析.输入、输出、保持不变2 .输出、输入、会高考重点热点题型探究新题导练C大小和方向都随时间变化的电流即为交变电流，可见题中两种都是交变电流，则A错。有效值Em、2只对正弦交流电成立，所以B错。根据图象可知，C对。变压器并不会改变电流的频率， D错抢分频道限时基础训练卷C 根据变压器的原理分析B Li、L2正常发光，则副线圈n 2两端电压为8V,则原线圈两端电压为12V, 副线圈小两端电压为4V,输出功率为四个灯泡功率之和BCD 输

29、入电压等于灯泡L1与原线圈电压之和，而电压表测量到的实际上是原 线圈两端电压A 保险丝对应电流的热效应D 每个周期内只有半个周期有电流通过 RA 7 . BCDB、C、D使电流表示数变小，实际上是要使输出功率减小。要使输出电压减小，根据匕=匕得U2=U1,故应使出增大，则A错B对.或者使负载增大，可知C、 U 2 n2n1n1D正确。B 考查远距离输电的特点发电站的输出电流广焉A5103A电线路损失的功率P损=4%P=R贝打2=、:誓 =J坐*A=2M102A变压器的匝数比2ni 巨 2x10_2_ 明 一 I1 一 2.5 103 一25基础提升训练1. C 2 . A 工=2,Uab =Ul1 +U1 U 2 n23. C 4 . C依题输送电压为2.2X10 5V,输送电流为1X103V5. B 温度升高则Q减小而报警，即输出功率增大6 . ACB C 保持P的位置及U1不变，S由b切换到a,则副线圈匝数增加，输出 电压增大，输出功率增大，则输入功率随之增大.故 A错，C对.S由a切换到b, 副线圈匝数减小，