高考物理一輪總復(fù)習(xí)第十一章第2講變壓器電能的輸送講義含解析新人教版.docx

第2講變壓器電能的輸送基礎(chǔ)知識(shí)填一填知識(shí)點(diǎn)1理想變壓器1變壓器的構(gòu)造：變壓器由原線圈、副線圈和閉合鐵芯組成2原理：電流磁效應(yīng)、電磁感應(yīng).3理想變壓器：不考慮銅損(線圈電阻產(chǎn)生的熱量)、鐵損(渦流產(chǎn)生的熱量)和漏磁的變壓器，即理想變壓器原、副線圈的電阻均為零，變壓器的輸入功率和輸出功率相等4理想變壓器原、副線圈基本量的關(guān)系功率關(guān)系根據(jù)能量守恒可得：原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率，即P入P出電壓關(guān)系原、副線圈的電壓之比等于其匝數(shù)之比，公式：，與負(fù)載、副線圈的個(gè)數(shù)無(wú)關(guān)電流關(guān)系(1)只有一個(gè)副線圈時(shí)：(2)有多個(gè)副線圈時(shí)：由P入P出得I1U1I2U2I3U3InUn或I1n1I2n2I3n3Innn頻率關(guān)系f1f2(變壓器不改變交變電流的頻率)判斷正誤，正確的劃“”，錯(cuò)誤的劃“”(1)變壓器不但能改變交變電流的電壓，還能改變交變電流的頻率()(2)理想變壓器能改變交變電壓、交變電流，但不改變功率，即輸入功率總等于輸出功率()(3)理想變壓器基本關(guān)系式中，電壓和電流可以均為有效值()(4)正常工作的變壓器當(dāng)副線圈與用電器斷開(kāi)時(shí)，副線圈兩端無(wú)電壓()知識(shí)點(diǎn)2電能的輸送如圖所示，若發(fā)電站輸出電功率為P，輸電電壓為U，用戶(hù)得到的電功率為P，用戶(hù)的電壓為U，輸電線總電阻為R.1輸出電流：I.2電壓損失：UUUIR3功率損失：PPPI2R2R.4減少輸電線上電能損失的方法(1)減小輸電線的電阻R.由R知，可加大導(dǎo)線的橫截面積、采用電阻率小的材料做導(dǎo)線(2)減小輸電線中的電流在輸電功率一定的情況下，根據(jù)PUI，要減小電流，必須提高輸電電壓.判斷正誤，正確的劃“”，錯(cuò)誤的劃“”(1)高壓輸電的目的是增大輸電的電流()(2)在輸送電壓一定時(shí)，輸送的電功率越大，輸送過(guò)程中損失的功率越小()(3)高壓輸電可以減少輸電線路上的電能損失，且輸電線路上電壓越高越好()教材挖掘做一做1(人教版選修32 P43科學(xué)漫步改編)(多選) 如圖所示，L1、L2是高壓輸電線，圖中兩電表示數(shù)分別是220 V和10 A，已知甲圖中原、副線圈匝數(shù)比為1001，乙圖中原、副線圈匝數(shù)比為110，則()A甲圖中的電表是電壓表，輸電電壓為22 000 VB甲圖是電流互感器，輸電電流是100 AC乙圖中的電表是電壓表，輸電電壓為22 000 VD乙圖是電流互感器，輸電電流是100 A解析：AD根據(jù)匝數(shù)比，有U1U2220 V22 000 V，故A正確；甲圖是電壓互感器，故B錯(cuò)誤；乙圖是電流互感器，電表是電流表，故C錯(cuò)誤；只有一個(gè)副線圈的變壓器，電流比等于匝數(shù)的反比，有I1I210 A100 A，故D正確2(人教版選修32 P44第2題改編)有些機(jī)床為了安全，照明電燈用的電壓是36 V，這個(gè)電壓是把380 V的電壓降壓后得到的如果變壓器的原線圈是1 140匝，副線圈是()A1 081匝B1 800匝C108 匝 D8 010匝解析：C由題意知U1380 V，U236 V，n11 140匝，則 得n2n1108匝3(人教版選修32 P50第3題改編)從發(fā)電站輸出的功率為220 kW，輸電線的總電阻為0.05 ，用110 V和11 kV兩種電壓輸電兩種情況下輸電線上由電阻造成的電壓損失之比為()A1001 B1100C110 D101解析：A由題意知輸電線上的電流I，則輸電線的總電阻造成的電壓損失UIr，故，故選A.4(人教版選修32 P48科學(xué)漫步改編)超導(dǎo)是當(dāng)今高科技研究的熱點(diǎn)，利用超導(dǎo)材料可實(shí)現(xiàn)無(wú)損耗輸電現(xiàn)有一直流電路，輸電線的總電阻為0.4 ，它提供給用電器的電功率為40 kW，電壓為800 V若用臨界溫度以下的超導(dǎo)電纜代替原來(lái)的輸電線，保持供給用電器的功率和電壓不變，那么節(jié)約的電功率為()A1 kWB1.6103 kWC1.6 kW D10 kW解析：A節(jié)約的電功率即為普通電路輸電時(shí)損耗的電功率，I A50 A，P線I2R5020.4 W1 000 W，故節(jié)約的電功率為1 kW，A項(xiàng)正確考點(diǎn)一理想變壓器基本關(guān)系的應(yīng)用考點(diǎn)解讀1理想變壓器的制約關(guān)系制約關(guān)系電壓副線圈電壓U2由原線圈電壓U1和匝數(shù)比決定 U2U1功率原線圈的輸入功率P入由副線圈的輸出功率P出決定 P入P出電流原線圈電流I1由副線圈電流I2和匝數(shù)比決定I1I22.幾種常用的變壓器(1)自耦變壓器調(diào)壓變壓器，如圖甲(降壓作用)、乙(升壓作用)所示(2)互感器典例賞析典例1(2017北京卷)如圖所示，理想變壓器的原線圈接在u220sin 100t(V)的交流電源上，副線圈接有R55 的負(fù)載電阻，原、副線圈匝數(shù)之比為21，電流表、電壓表均為理想電表下列說(shuō)法正確的是()A原線圈的輸入功率為220 WB電流表的讀數(shù)為1 AC電壓表的讀數(shù)為110 VD副線圈輸出交流電的周期為50 s解析B由題知，變壓器的輸入電壓U1 V220 V，所以U2U1110 V；副線圈電流I22 A，原線圈電流I1I21 A本題中電壓表、電流表的讀數(shù)為有效值，故B項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯(cuò)誤；原線圈輸入功率P1U1I1220 W，A項(xiàng)錯(cuò)誤；交流電的周期Ts0.02 s，D項(xiàng)錯(cuò)誤理想變壓器問(wèn)題三點(diǎn)應(yīng)牢記1熟記兩個(gè)基本公式：(1)，即對(duì)同一變壓器的任意兩個(gè)線圈，都有電壓和匝數(shù)成正比(2)P入P出，即無(wú)論有幾個(gè)副線圈在工作，變壓器的輸入功率總等于輸出功率之和2原、副線圈中通過(guò)每匝線圈磁通量的變化率相等3原、副線圈中電流變化規(guī)律一樣，電流的周期、頻率一樣題組鞏固1如圖為一理想變壓器，其原、副線圈匝數(shù)之比n1n241，原線圈兩端連接光滑導(dǎo)軌，副線圈與電阻R組成閉合電路當(dāng)直導(dǎo)線MN在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中沿導(dǎo)軌向左勻速切割磁感線時(shí)，電流表的示數(shù)是10 mA，那么電流表的示數(shù)是( )A40 mAB0C10 mA D2.5 mA答案：B2(2016全國(guó)卷)(多選)如圖，理想變壓器原、副線圈分別接有額定電壓相同的燈泡a和b.當(dāng)輸入電壓U為燈泡額定電壓的10倍時(shí)，兩燈泡均能正常發(fā)光下列說(shuō)法正確的是()A原、副線圈匝數(shù)比為91B原、副線圈匝數(shù)比為19C此時(shí)a和b的電功率之比為91D此時(shí)a和b的電功率之比為19解析：AD設(shè)燈泡額定電壓為U0，則原線圈兩端電壓U110U0U09U0，副線圈兩端的電壓U2U0，根據(jù)，可得原、副線圈匝數(shù)之比，選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由可得，原、副線圈電流之比為19，由PUI可得，此時(shí)a和b的電功率之比為19，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，選項(xiàng)D正確考點(diǎn)二理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析考點(diǎn)解讀1匝數(shù)比不變的情況(如圖所示)(1)U1不變，根據(jù)，輸入電壓U1決定輸出電壓U2，可以得出不論負(fù)載電阻R如何變化，U2不變(2)當(dāng)負(fù)載電阻發(fā)生變化時(shí)，I2變化，根據(jù)輸出電流I2決定輸入電流I1，可以判斷I1的變化(3)I2變化引起P2變化，根據(jù)P1P2，可以判斷P1的變化2負(fù)載電阻不變的情況(如圖所示)(1)U1不變，發(fā)生變化，U2變化(2)R不變，U2變化，I2發(fā)生變化(3)根據(jù)P2和P1P2，可以判斷P2變化時(shí)，P1發(fā)生變化，U1不變時(shí)，I1發(fā)生變化典例賞析典例2(2019定州月考)(多選)理想變壓器的原線圈連接一只電流表，副線圈接入電路的匝數(shù)可以通過(guò)滑動(dòng)觸頭Q調(diào)節(jié)，如圖，在副線圈上連接了定值電阻R0和滑動(dòng)變阻器R，P為滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭原線圈兩端接在電壓為U的交流電源上，則()A保持Q的位置不動(dòng)，將P向上滑動(dòng)時(shí)，電流表的讀數(shù)變大B保持Q的位置不動(dòng)，將P向上滑動(dòng)時(shí)，電流表的讀數(shù)變小C保持P的位置不動(dòng)，將Q向上滑動(dòng)時(shí)，電流表的讀數(shù)變大D保持P的位置不動(dòng)，將Q向上滑動(dòng)時(shí)，電流表的讀數(shù)變小解析BC在原、副線圈匝數(shù)比一定的情況下，變壓器的輸出電壓由輸入電壓決定因此，當(dāng)Q位置不變時(shí)，輸出電壓U不變，此時(shí)P向上滑動(dòng)，負(fù)載電阻值R增大，則輸出電流I減小根據(jù)輸入功率P入等于輸出功率P出，電流表的讀數(shù)I變小，故A錯(cuò)誤，B正確；P位置不變，將Q向上滑動(dòng)，則輸出電壓U變大，I變大，電流表的讀數(shù)變大，變壓器的輸入功率變大，因此選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤解決理想變壓器中有關(guān)物理量的動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題的方法：(1)分清不變量和變量，弄清理想變壓器中電壓、電流、功率之間的聯(lián)系和相互制約關(guān)系，利用閉合電路歐姆定律，串、并聯(lián)電路特點(diǎn)進(jìn)行分析判定母題探究母題典例2探究1.匝數(shù)比不變，負(fù)載改變時(shí)的動(dòng)態(tài)分析探究2.匝數(shù)比改變，負(fù)載不變時(shí)的動(dòng)態(tài)分析探究3.原、副線圈匝數(shù)都改變時(shí)的動(dòng)態(tài)分析探究1匝數(shù)比不變，負(fù)載改變時(shí)的動(dòng)態(tài)分析如圖所示，理想變壓器原線圈接在交流電源上，圖中各電表均為理想電表下列說(shuō)法正確的是()A當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)時(shí)，R1消耗的功率變大B當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)時(shí)，電壓表V示數(shù)變大C當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)時(shí)，電流表A1示數(shù)變大D若閉合開(kāi)關(guān)S，則電流表A1示數(shù)變大、A2示數(shù)變大解析：B當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)時(shí)，R的阻值變大，變壓器的次級(jí)電壓不變，則次級(jí)電流減小，則R1消耗的功率及兩端電壓均變小，電壓表的示數(shù)等于變壓器次級(jí)電壓減去R1兩端的電壓，故電壓表的示數(shù)變大，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；由于當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)時(shí)，次級(jí)電流減小，故初級(jí)電流也減小，電流表A1示數(shù)變小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；若閉合開(kāi)關(guān)S，則變壓器的次級(jí)電阻減小，次級(jí)電流變大，R1的電壓變大，則電壓表V示數(shù)減小，則R2兩端電壓減小，電流表A2讀數(shù)減?。淮渭?jí)電流變大，則初級(jí)電流變大，則電流表A1示數(shù)變大，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；故選B.探究2匝數(shù)比改變，負(fù)載不變時(shí)的動(dòng)態(tài)分析如圖為加熱裝置的示意圖，使用電阻絲加熱導(dǎo)氣管，視變壓器為理想變壓器，原線圈接入電壓有效值恒定的交流電并保持匝數(shù)不變，調(diào)節(jié)觸頭P，使輸出電壓有效值由220 V降至110 V調(diào)節(jié)前后()A副線圈中的電流比為12B副線圈輸出功率比為21C副線圈的接入匝數(shù)比為21D原線圈輸入功率比為12解析：C原線圈的輸入電壓和匝數(shù)不變，根據(jù)輸出電壓的有效值由220 V降到110 V，由理想變壓器原理，可得副線圈的匝數(shù)變?yōu)樵瓉?lái)的，C選項(xiàng)正確；根據(jù)P可得，副線圈的輸出功率變?yōu)樵瓉?lái)的，同樣原線圈的輸入功率也變?yōu)樵瓉?lái)的，B、D錯(cuò)誤；故PUI可得副線圈的電流變?yōu)樵瓉?lái)的，A錯(cuò)誤探究3原、副線圈匝數(shù)都改變時(shí)的動(dòng)態(tài)分析(2016四川理綜)如圖所示，接在家庭電路上的理想降壓變壓器給小燈泡L供電，如果將原、副線圈減少相同匝數(shù)，其他條件不變，則()A小燈泡變亮B小燈泡變暗C原、副線圈兩端電壓的比值不變D通過(guò)原、副線圈電流的比值不變解析：B根據(jù)變壓器電壓與匝數(shù)關(guān)系，因?yàn)槭墙祲鹤儔浩鳎瑒tn1n2，當(dāng)原、副線圈減少相同匝數(shù)時(shí)，由數(shù)學(xué)知識(shí)可知變大，則U2減小，故燈泡變暗，選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤，B正確；根據(jù)可知通過(guò)原、副線圈電流的比值變小，選項(xiàng)D錯(cuò)誤故選B.考點(diǎn)三遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題考點(diǎn)解讀1理清三個(gè)回路回路1：發(fā)電機(jī)回路該回路中，通過(guò)線圈1的電流I1等于發(fā)電機(jī)中的電流I機(jī)；線圈1兩端的電壓U1等于發(fā)電機(jī)的路端電壓U機(jī)；線圈1輸入的電功率P1等于發(fā)電機(jī)輸出的電功率P機(jī)回路2：輸送電路I2I3I線，U2U3U，P2PP3.回路3：輸出電路I4I用，U4U用，P4P用2抓住兩個(gè)物理量的聯(lián)系(1)理想的升壓變壓器聯(lián)系著回路1和回路2，由變壓器原理可得：線圈1(匝數(shù)為n1)和線圈2(匝數(shù)為n2)中各個(gè)量間的關(guān)系是，P1P2.(2)理想的降壓變壓器聯(lián)系著回路2和回路3，由變壓器原理可得：線圈3(匝數(shù)為n3)和線圈4(匝數(shù)為n4)中各個(gè)量間的關(guān)系是，P3P4.3掌握一個(gè)能量守恒定律發(fā)電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，并通過(guò)導(dǎo)線將能量輸送給線圈1，線圈1上的能量就是遠(yuǎn)程輸電的總能量，在輸送過(guò)程中，先被輸送回路上的導(dǎo)線電阻損耗一小部分，剩余的絕大部分通過(guò)降壓變壓器和用戶(hù)回路被用戶(hù)使用消耗，所以其能量關(guān)系為P1P線損P用戶(hù)典例賞析典例3(2019湖南六校聯(lián)考)(多選)某大型光伏電站的功率是500 kW，電壓為12 V，送往外地時(shí)，先通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)化為220 V的交流電(轉(zhuǎn)化效率為80%)，然后經(jīng)變壓器升壓為20 000 V，通過(guò)總電阻為20 的輸電線路送往某地，再經(jīng)變壓器降為220 V，電壓供用戶(hù)使用，下列說(shuō)法正確的是( )A變壓器的原、副線圈匝數(shù)比為1 00011B變壓器的原、副線圈匝數(shù)比為111 000C用戶(hù)最多可使用的功率為392 kWD用戶(hù)負(fù)載越多，線路上損耗的功率越小解析BC變壓器的原、副線圈匝數(shù)比為，B項(xiàng)正確變壓器的輸出功率P2P1500 kW80%400 kW，輸電電流I20 A，則輸電線上損失的電壓UIR線400 V，變壓器的輸入電壓U1U2U19 600 V，則變壓器的原、副線圈匝數(shù)比為，A項(xiàng)錯(cuò)誤用戶(hù)最多可使用的功率為P用P2I2R線4105 W8 000 W392 kW，C項(xiàng)正確用戶(hù)負(fù)載越多，線路上電流越大，線路上損耗的功率越大，D項(xiàng)錯(cuò)誤輸電線路功率損失的計(jì)算方法P損P1P4P1為輸送的功率，P4為用戶(hù)得到的功率P損IR線I線為輸電線路上的電流，R線為線路電阻P損U為輸電線路上損失的電壓，不要與U2、U3相混P損UI線注意：U不要錯(cuò)代入U(xiǎn)2或U3題組鞏固1(2018江蘇卷)采用220 kV高壓向遠(yuǎn)方的城市輸電當(dāng)輸送功率一定時(shí)，為使輸電線上損耗的功率減小為原來(lái)的，輸電電壓應(yīng)變?yōu)?)A55 kVB110 kVC440 kV D880 kV解析：C本題考查輸電線路的電能損失，意在考查考生的分析能力當(dāng)輸電功率PUI，U為輸電電壓，I為輸電線路中的電流，輸電線路損失的功率為P損I2R，R為輸電線路的電阻，即P損2R.當(dāng)輸電功率一定時(shí)，輸電線路損失的功率變?yōu)樵瓉?lái)的，則輸電電壓為原來(lái)的2倍，即440 V，故選項(xiàng)C正確2如圖為遠(yuǎn)距離輸電示意圖，兩變壓器均為理想變壓器，升壓變壓器T的原、副線圈匝數(shù)分別為n1、n2，在T的原線圈兩端接入一電壓uUmsin t的交流電源，若輸送電功率為P，輸電線的總電阻為2r，不考慮其他因素的影響，則輸電線上損失的電功率為( )A. B.C422r D422r解析：C升壓變壓器T的原線圈兩端電壓的有效值為U1；由變壓關(guān)系可得，則U2；因?yàn)檩斔碗姽β蕿镻，輸電線中的電流為I2，則輸電線上損失的電功率為PI(2r)422r，故選項(xiàng)C正確思想方法(二十二)含二極管的變壓器問(wèn)題方法闡述1.二極管具有單向?qū)щ娦裕赫驅(qū)ǎ聪蚪刂?.先假設(shè)二極管不存在，分析副線圈的電流，再利用二極管的單向?qū)щ娦詫?duì)副線圈的電流進(jìn)行修正3.結(jié)合能量守恒定律進(jìn)行分析.典例賞析典例(2019西安八校聯(lián)考)如圖所示的電路中，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1n2225，電阻R1R225 ，D為理想二極管，原線圈接u220sin 100t(V)的交流電，則( )A交流電的頻率為100 HzB通過(guò)R2的電流為1 AC通過(guò)R2的電流為 AD變壓器的輸入功率為200 W解析C由原線圈交流電瞬時(shí)值表達(dá)式可知，交變電流的頻率f50 Hz，A項(xiàng)錯(cuò)；由理想變壓器變壓規(guī)律可知，輸出電壓U250 V，由理想二極管單向?qū)щ娦钥芍?，交變電流每個(gè)周期只有一半時(shí)間有電流通過(guò)R2，由交變電流的熱效應(yīng)可知，TUU225 V，由歐姆定律可知，通過(guò)R2的電流為 A，B項(xiàng)錯(cuò)，C項(xiàng)正確；電阻R2的功率P2UI50 W，而電阻R1的電功率P1100 W，由理想變壓器輸入功率等于輸出功率可知，變壓器的輸入功率為PP1P2150 W，D項(xiàng)錯(cuò)題組鞏固1(2019沈陽(yáng)模擬)(多選)如圖，一理想變壓器的原線圈接在電壓為220 V的正弦交流電源上，兩副線圈匝數(shù)分別為n216匝、n3144匝，通過(guò)理想二極管(具有單向?qū)щ娦?