2020版高考物理一轮复习第11章第2节变压器电能的输送教学案新人教版.pdf

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1、第 2 节 变压器 电能的输送第 2 节 变压器 电能的输送 知识点一| 理想变压器 1构造和原理 (1)构造(如图所示) 变压器由原线圈、副线圈和闭合铁芯组成。 (2)原理：电磁感应的互感现象。 2基本关系 (1)电压关系：。 U1 U2 n1 n2 (2)功率关系：P入P出。 (3)电流关系：只有一个副线圈时：。 I1 I2 n2 n1 有多个副线圈时：n1I1n2I2n3I3nnIn。 3几种常见的变压器 (1)自耦变压器调压变压器。 (2)互感器Error! 自耦变压器原理如图所示： 若AX为输入端，触头a向上移动时，副线圈匝数N2增加，输出电压升高。 判断正误 (1)变压器能改变交变

2、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。() 考法 1 变压器的工作原理 1 (2019惠州模拟)如图所示， 理想变压器原、 副线圈的匝数 比为n1n2101，a、b两点间的电压为u220 sin 2 100t(V)，R为可变电阻，P为用铅锑合金制成的保险丝， 其电阻可 忽略不计， 熔断电流为 2 A。 为使保险丝不熔断， 可变电阻R连入电路的最小阻值应大于 ( ) A B1.1 C11 D11 11 2 10 2 B 由a、b两点间的电压为u220sin 1

3、00t(V)， 可知变压器原线圈输入电压U12 220 V，根据变压器变压公式可得变压器输出电压U2 U122 V，保险丝熔断电流为 2 A，原 n2 n1 线圈中电流为I12 A 时，由U1I1U2I2可得副线圈中电流为I220 A，此时保险丝会熔断。 为 保证保险丝不熔断，由欧姆定律可得可变电阻R连入电路的最小阻值应大于1.1 ，选项 B U2 I2 正确。 2.(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2 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

4、率为 220 W2 B电流表的读数为 1 A C电压表的读数为 110 V2 D副线圈输出交流电的周期为 50 s B 理想变压器原线圈两端电压的有效值为U1220 V，由得U2110 V，即 U1 U2 n1 n2 n2U1 n1 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P U2 R 110 55 U2I21102 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 n2I2 n1 2 100t(V)可知，角速度100 r

5、ad/s，原线圈所接交流电的周期T0.02 s，副线 2 圈输出交流电的周期不变，仍为 0.02 s，选项 D 错误。 考法 2 原线圈中接有负载电路的分析 3.(2019莆田模拟)如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比为 14，a、b两端接到交 流电源上，R1、R2为阻值相同的定值电阻，下列说法正确的是( ) A副线圈两端电压是电源电压的1 4 B流过R1的电流是流过R2电流的 4 倍 CR1上的电功率是R2上电功率的 1 16 DR1上的电功率是R2上电功率的 16 倍 C 原线圈两端电压等于电源电压，根据电压之比等于匝数之比可得41，A 错 U2 U1 n2 n1 误。 流过R1的电流I1

6、， 流过R2电流I24I1， B 错误。 根据电功率PI2R可得R1 U1 R1 U2 R2 4U1 R1 上的电功率是R2上电功率的，C 正确，D 错误。 1 16 4.(2019南昌检测)一含有理想变压器的电路如图所示， 变压 器原、副线圈匝数比n1n231， 图中电阻R1、R2和R3的阻值分别 是 4 、 和 ，U为有效值恒定的正弦交流电源。当开关 S 2 3 10 3 断开时，理想电流表的示数为I。 当 S 闭合时，电源电压增加到 2U，则电流 表的示数为( ) A6I B8I C10I D12I B S断开时， 由得I23I， 副线圈两端的电压U2I2(R2R3)12I， 由得U1

7、I1 I2 n2 n1 U1 U2 n1 n2 36I，故UU1IR140I。S 闭合时，电流表示数为I，副线圈中电流I23I，副线圈 两端的电压U2I2R22I， 原线圈两端的电压U16I， 故 2UIR1U110I， 联立解得I8I，B 正确。 考法 3 变压器电路的动态分析 考法指导 1匝数比不变的情况 (1)U1不变，根据，输入电压U1决定输出电压U2，不论负载电阻R如何变化，U2不 U1 U2 n1 n2 变。 (2)当负载电阻发生变化时，I2变化，输出电流I2决定输入电流I1，故I1发生变化。 (3)I2变化引起P2变化，P1P2，故P1发生变化。 2负载电阻不变的情况 (1)U1

8、不变，发生变化，故U2变化。 n1 n2 (2)R不变，U2变化，故I2发生变化。 (3)根据P2，P2发生变化，再根据P1P2，故P1变化，P1U1I1，U1不变，故I1发生 U2 2 R 变化。 5(2019防城港模拟)如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为 21，原线圈两 端所加电压如图乙所示，与副线圈相连的两个灯泡完全相同，闭合开关 S 后，下列说法正确 的是( ) 甲 乙 A电流表示数减小 B电压表示数为 110 V2 C变压器的输入功率增大 D灯泡上的交流电每秒钟方向改变 50 次 C 原线圈输入电压不变，线圈匝数不变，则副线圈电压不变，即电压表示数不变，灯 泡电阻不变，则电流

9、表示数不变，A 错误。原线圈的输入电压U1 V220 V，根据变压 220 2 2 器原理可得U2U1110 V， 所以电压表的示数为 110 V， B 错误。 当 S 接通后， 两个灯泡并联， n2 n1 增加一个负载，则副线圈功率增大，所以变压器的输入功率增大，C 正确。根据题图乙可知， 周期T0.02 s，则频率f50 Hz，灯泡上的交流电每秒钟方向改变 100 次，D 错误。 6.(2019贵阳检测)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、

10、 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 2I B当 S1接a，S2接d时，电流为I 2 C当 S1接b，S2接c时，电流为 4I D当 S1接b，S2接d时，电流为I 2 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 n2 n1 ； 在 S1、 S2分别接a、d时， 输出电压U2， 功率PUI， 联立得II， A、 B U2 2 R0 n2U 2n1 U2 2 R0 1 4 项均错，同理可知，C 项对，D 项错。

11、 考法指导 理想变压器制约问题的解题思路 利用上述因果关系，可解决变压器动态变化问题。 知识点二| 电能的输送 1输电过程(如图所示) 2电压损失 (1)UUU；(2)UIR。 3功率损失 (1)PPP；(2)PI2R。 U2 R 4输送电流 (1)I ；(2)I。 P U UU R 5减少输电线上电能损失的方法 (1)减小输电导线的电阻R线。由R线知，可采用加大导线的横截面积、采用电阻率 l S 小的材料做导线。 (2)减小输电导线中的电流。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。 判断正误 (1)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。() (2)

12、高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗。() (3)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。() 1理清三个回路 在回路 2 中，U2UU3，I2I线I3。 2抓住两个联系 (1)理想的升压变压器联系着回路 1 和回路 2，由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。 U1 U2 n1 n2 I1 I2 n2 n1 (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)和线 圈 4(匝数为n4)中各个量间的关系是：，P3P4。 U3 U4 n3 n4 I3 I4 n4 n3 3掌

13、握一个守恒 能量守恒关系式：P1P损P4。 典例 (2019南京模拟)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U R B电流表 A1的示数增大了nU R C电压表 V1的示数减小了 U D输电线损失的功率增加了R ( nU R) 2 B 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 U3 U 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

14、，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 nU R nU R 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 nU R n2U R 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。 nU R( nU R) 2 考法 1 远距离输电原理 1.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

15、列关系式中 正确的是( ) A BI2 I1 I2 n1 n2 U2 R CI1U1I R DI1U1I2U2 2 2 D 根据理想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 I1 I2 n2 n1 定律公式中物理量之间的对应关系， 所以选项 B 错误 ；U1I1U2I2， 但U2I2I R， 选项 C 错误， D 2 2 正确。 2.(2015福建高考)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

16、输电线上损失的电功 率为( ) A B ( n1 n2) U2 m 4r( n2 n1) U2 m 4r C4r D4r ( n1 n2) 2 ( P Um) 2 ( n2 n1) 2 ( P Um) 2 C 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 Um 2 U1 U2 n1 n2 ； 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 P n2Um 2n1 P U2 2n1P n2Um I(2r)，故选项 C 正确。 2 2 4n2 1P2r n2 2U2 m 考法指导 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

17、的功率 P损I R线 2 线 I线为输电线路上的电流，R线为线路电阻 P损U 2 R线 U为输电线路上损失的电压，不要与U2、U3相混 P损UI线注意：U不要错代入U2或U3 考法 2 远距离输电的动态分析 3 (多选)如图所示为远距离输电示意图， 其中T1、T2为理想变压器，r是输电电阻， 灯 L1、 L2 相同且阻值不变， 现保持变压器T1的输入电压不变， 滑片P位置不变， 当开关 S 断开时， 灯 L1 正常发光，则( ) A仅闭合 S，灯 L1会变亮 B仅闭合 S，r消耗的功率会变大 C仅将滑片P下移，r消耗的功率会变小 D仅将滑片P上移，电流表示数会变小 BD 闭合 S，负载电阻减小

18、，变压器T2副线圈电流增大，根据电流规律知，T2原线圈 电流增大，即输电线上电流增大，输电线上损耗的电压 UIr增大，损耗的功率 PI2r 增大，T2的输入电压U3U2U减小，所以输出电压U4减小，即灯泡 L1两端的电压减小， 灯泡 L1变暗， A 错误， B 正确。 仅将滑片P下移， 变压器T1副线圈匝数增加(n2增加)， 根据 U1 U2 n1 n2 可知，U2变大，所以变压器T2的输入电压U3增大，输出电压U4也增大，再根据I4得，负 U4 R 载电流增大，整个输电电路电流增大，r消耗的功率会变大，C 错误。仅将滑片P上移，同理 可得输电线电流减小，电流表示数会变小，D 正确。 4 (2

19、019衡水模拟)如图所示为某山区小型电站输电 示意图，发电厂发出U1220sin(100t) V的交流电通2 过变压器升压后进行高压输电，接近用户时再通过降压变压 器降压给用户供电， 图中高压输电线部分总电阻为r， 负载 端的电压表是理想交流电表，下列有关描述正确的是( ) A若开关 S1、S2都断开，则电压表示数为零 B负载端所接收到交流电的频率为 25 Hz C深夜开灯时灯特别亮是因为高压输电线上电压损失减小的缘故 D用电高峰期灯泡较暗，可通过减少降压变压器副线圈的匝数来提高其亮度 C S1、S2都断开时变压器空载，副线圈两端有电压，电压表示数不为零，A 错误。变压 器不能改变频率，故负载交流电的频率还是 50 Hz，B 错误。深夜大部分用户已关灯，干路中 电流减小，高压输电线路损耗也减小，用户得到的电压较高，故此时开灯较亮，C 正确。用电 高峰期，负载增多，负载电阻减小，干路中电流增大，因此输电线损耗电压增大，导致降压 变压器的输入电压降低， 为提高负载电压， 可增大降压变压器副线圈的匝数， 使输出电压提高， D 错误。