【物理】2018届一轮复习沪教版变压器远距离输电学案 15页

变压器 远距离输电 ‎__________________________________________________________________________________‎ ‎__________________________________________________________________________________‎ ‎1.理解变压器的工作原理及输电过程中的能量损失问题 。 ‎ ‎2.学会运用变压器知识解决有关的综合问题。 ‎ 变压器 ‎1．变压器是改变交流电压的设备，互感现象是变压器工作的基础．‎ ‎2．组成：‎ ‎（1）变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的. ‎ ‎（2）原线圈：与交流电源连接，也叫初级线圈.‎ ‎（3）副线圈：与负载连接，也叫次级线圈.‎ ‎3．理想变压器 ‎（1）电压与匝数的关系为：原、副线圈的电压之比，等于两个线圈的匝数之比，即. ‎ 该关系不仅适用于原、副线圈只有一个的情况，而且适用于多个副线圈的情况，这是因为理想变压器的磁通量的变化率是相同的，因而每组线圈中产生的电动势和匝数成正比．在线圈内阻不计的情况下，线圈两端电压即等于电动势，故每组线圈两端电压都与匝数成正比.‎ ‎（2）电流与匝数的关系为：原、副线圈的电流与它们的匝数成反比，即. 电流和匝数成反比的关系只适用于原、副线圈各有一个的情况，一旦有多个副线圈，该关系即不适用．‎ ‎（3）功率关系：理想变压器没有能量损失，输入功率等于输出功率．有：‎ ‎，即 ‎（4）对原、副线圈匝数比确定的变压器，其输出电压是由输入电压决定的，；在原副线圈匝数比确定的情况下，原线圈中的输入电流是由副线圈中的输出电流决定的，（由所接负载而定）．‎ ‎（5）动态分析：此类问题大致有两种情况：一是负载电阻不变，原副线圈的电压，电流，输入和输出功率随匝数比变化而变化的情况；另一类是匝数比不变，上述各量随负载电阻变化而变化的情况．在分析时要根据题意分清变量和不变量，分清自变量和因变量，即理想变压器各物理量变化的决定因素． ‎ ‎4．几种常见的变压器 ‎（1）自耦变压器：原、副线圈共用一个线圈.‎ ‎（2）电压互感器：测量交流高电压，使用时，把原线圈与被测电路并联．‎ ‎（3）电流互感器：测量交流大电流，使用时，把原线圈与被测电路串联.‎ ‎ ‎ 自耦变压器 ‎ ‎ ‎ 电压互感器 电流互感器 电能的输送 ‎1．输电线上的电压损失和功率损失 设输电电流为，输电线的电阻为，则电压损失，功率损失 ‎2．降低输电损耗的途径 ‎（1）减小输电线电阻：用铜、铝来制造输电线.‎ ‎（2）减小输电线中的电流：远距离输电时，提高输电电压，减小输电电流，是减小电压损失和功率损失的最有效途径.‎ ‎3．远距离输电过程示意图，如图所示．‎ ‎4．几个常见的关系：‎ ‎（1）电流关系：，，‎ ‎（2）电压关系：，，，其中分别表示升压变压器的原副线圈的匝数和降压变压器的原副线圈的匝数．‎ ‎（3）功率关系：，，，，‎ ‎5．分析 ‎（1）远距离输电的问题关键是分清各部分输入、输出的各个物理量及其相互关系，可先画出传输的结构示意图，通过原、副线圈的电流求出匝数比，也可通过电压关系求解．‎ ‎（2）输电导线中的损耗将升压变压器与降压变压器联系起来，升压变压器副线圈中的电流、输电线上的电流、降压变压器原线圈中的电流三者相等．欧姆定律对变压器不能应用，但对导线仍然成立．‎ ‎（3）电压是由发电站控制，送电单位通过电压控制用户的使用；同时用户也可以通过电流或功率影响送电单位电能的输送．因此我们在计算时，应根据电压、电流、功率的决定方向依次向下一级推导，即按“发电—升压—输电线—降压—用电器”的顺序分析或逆序分析．‎ 类型一：变压器的电压比，电流比及功率关系 例1.如图所示，一理想变压器原、副线圈匝数比为3∶1，副线圈接三个相同的灯泡，均能正常发光．在原线圈接有一相同的灯泡L．则 A．灯L也能正常发光 B．灯L比另三灯都暗 C．灯L将会被烧坏 D．不能确定 解析：该题主要考查变压器的工作原理——原副线圈的电流关系和电功率等内容．该题易犯的错误是：由原副线圈匝数比n1∶n2＝3∶1，可知原副线圈电压之比为U1∶U2＝3∶1，既然副线圈中电灯能正常发光，可知U2恰为灯的额定电压，所以原线圈中电灯两端电压U1＞U额．故被烧坏而错选C．其错误是把变压器原线圈两端电压和电灯L两端电压混淆了．正确的解答应为：原副线圈中的电流之比为I1∶I2＝1∶3，而副线圈中通过每灯的电流为其额定电流I额＝I2／3，故IＬ＝I1＝＝I额即灯L亦能像其他三灯一样正常发光．所以正确选项为A． 答案：A 类型二:远距离送电 例2.有条河流，流量Q＝‎2 m3‎·s－1，落差h＝‎5 m，现利用其发电，若发电机总效率为50%，输出电压为240 V，输电线总电阻R＝30 Ω，允许损失功率为发电机输出功率的6%，为满足用电的需要，使用户获得220 V电压，则该输电线路所使用的理想升压、降压变压器的匝数比各是多少？能使多少盏“220 V、100 W”的电灯正常发光？ 解析： 按题意画出远距离输电的示意图所示，电源端的输出功率 P总＝（）×η ‎＝2×1.0×103×10×5×0.5 W＝5×104 W 输电线上的功率损失P损＝I2R，所以输电线中电流为 I＝＝‎10 A 则升压变压器B1的原线圈电压U1＝U出＝240 V，副线圈送电电压为 U2＝V＝5×103 V 所以升压变压器的变压比为 n1∶n2＝U1∶U2＝＝6∶125 输电线上电压的损耗 ΔU损＝IR＝10×30 V＝300 V 则降压器B2的原线圈的电压 U1′＝U2－ΔU损＝5×103 V－300 V＝4700 V 据题意知，U2′＝220 V，所以降压变压器的匝数比为 n1′∶n2′＝U1′∶U2′＝＝235∶11 因为理想变压器没有能量损失，所以可正常发光的电灯盏数为 N＝＝＝470 类型三：远程输电、变压器的构造和工作原理 例3.图为模拟远距离输电实验电路图，两理想闫雅琪的匝数n1=n4＜n2=n3，四根模拟输电线的电阻R1、R2、R3、R4的阻值均为R，A1、A2为相同的理想交流电流表，L1、L2为相同的小灯泡，灯丝电阻RL＞2R，忽略灯丝电阻随温度的变化。当A、B端接入低压交流电源时（ ）‎ A.A1、A2两表的示数相同 B.L1、L2两灯泡的量度相同 C.R1消耗的功率大于R3消耗的功率 D.R2两端的电压小于R4两端的电压 解析：题图中上面部分为高压远距离输电的示意图，下面为低压输电，在输送功率一定的情况下，P=UI，U越大，I越小，则 ‎，A项错误；低压供电时，输送电流较大，电线上的电压损失较多，灯泡两端获得电压较小，亮度较暗，B项错误，D项正确；根据电功率的公式可知，R1消耗的功率小于R3消耗的功率，C项错误。‎ 答案：D ‎ 类型四：理想变压器 例4.图5为气流加热装置的示意图，使用电阻丝加热导气管，视变压器为理想变压器，原线圈接入电压有效值恒定的交流电并保持匝数不变，调节触头P，使输出电压有效值由220V降至110V。调节前后 A．副线圈中的电流比为1:2‎ B．副线圈输出功率比为2:1‎ C．副线圈的接入匝数比为2:1‎ D．原线圈输入功率比为1:2‎ 解析：通过调节触头P，使输出电压有效值由220V降至110V，输出电压减少为原来的一半，根据欧姆定律I = U/R ，在电阻不变时，调节前后副线圈输出电流之比为I2前 ：I2后 = U2前 ：U2后 = 2 ：1 ，选项A错误；根据理想变压器原理U1 : U2 = n1 : n2 ，在原线圈电压和匝数不变的情况下，副线圈接入匝数也应该变为原来的一半，接入匝数比n2前 ：n2后 = U2前 ：U2后 = 2 ：1 ，选项C正确；根据功率P=UI ，得到调节前后副线圈输出功率之比P2前 ：P2后 = U2前I2前 ：U2后I2后 = 4 ：1，选项B错误；原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，所以原线圈的输入功率之比P1前 ：P1后 = P2前 ：P2后 = 4 ：1，选项D错误。‎ 答案：C 基础演练 ‎1.如图所示，理想变压器的原线圈接高电压，降压后通过一段电阻不可忽略的线路接用电器.S原来闭合，且R1=R2.现将S断开，那么交流电压表的示数U，交流电流表的示数I和用电器R1上的功率P1将分别是 A.U增大，I增大，P1增大 B.U增大，I减小，P1增大 C.U减小，I减小，P1减小 D.U减小，I增大，P1减小 答案：B ‎2.一小水电站，输出的电功率为20kW，输电线总电阻为0.5Ω，如果先用400V电压输送，后又改用2000V电压输送，则输送电压提高后，输电导线上损失的电功率的变化情况是 A.减少50W B.减少1200W C.减少7.68×106W D.增大7.68×106W 答案：B ‎3.输电线的电阻共计r，输送的电功率是P，用电压U送电，则用户能得到的电功率为 A.P B. C. D.‎ 答案：B ‎4.某发电厂发电机的输出电压为U1，发电厂至学校的输电导线总电阻为R，通过导线的电流为I，学校得到的电压为U2，则输电导线上损耗的功率可表示为 A. B. C.I2R D.I(U1-U2)‎ 答案：BCD ‎5.某用电器距离供电电源L，线路上的电流为I，若要求线路上的电压降不超过U，已知输电导线的电阻率为ρ，那么该输电导线的横截面积的最小值是 A. B.I2ρ C. D.‎ 答案：C ‎6.使用理想变压器给总电阻为R的电路供电，变压器输入电压保持一定时，下列各项措施中，可以使变压器的输入功率一定增加的是 A.副线圈匝数和负载R不变，增加变压器原线圈匝数 B.原线圈匝数和负载R不变，增加变压器副线圈匝数 C.原、副线圈匝数不变，增加负载R的阻值 D.增加负载R的阻值和原线圈匝数，副线圈匝数减少 答案：B ‎7.‎ 如图所示的电路中，P为滑动变阻器的滑片，保持理想变压器的输入电压U1不变，闭合电建S，下列说法正确 的是 ‎ A．P向下滑动时，灯L变亮 B．P向下滑动时，变压器的输出电压不变 C．P向上滑动时，变压器的输入电流变小 D．P向上滑动时，变压器的输出功率变大 答案：BD ‎ ‎8. 理想变压器上接有三个完全相同的灯泡，其中一个与该变压器的原线圈串联后接入交流电源，另外两个并联后接在副线圈两端。已知三个灯泡均正常发光。该变压器原、副线圈的匝数之比为 A．1:2 B．2:l C．2:3 D．3:2‎ 答案：B ‎ ‎9.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，则下列关系式中正确的是 A． B． ‎ C． D．‎ 答案：D ‎10.如图所示，一理想变压器上绕有A、B、C三个线圈，匝数比nA：nB：nC=4：2：1，在副线圈B和C的两端各接一个相同的电阻R，当原线圈A与交变电源连接时，交变电流表A2的示数为I0，则交变电流表A1的示数为多少?‎ 答案：IA=5I0／8‎ 巩固提高 ‎1.将输入为220V，输出为6V的变压器，改绕成输出为30V的变压器.若副线圈原来的匝数为30匝，原线圈匝数不变，则副线圈应增加的匝数是 A.150匝 B.120匝 C.130匝 D.144匝 答案：B ‎2.分别用1100V和22000V的电压输电，若输送的电功率相同，导线的材料和送电距离也相同，则当两次输电损失的电功率相等时，两次所用导线的横截面积之比为 A.1：20 B.20：‎1 ‎ C.1：400 D.400：1‎ 答案：D ‎3.发电机的端电压为250V，输出功率为10kW，输电线电阻为5Ω，远距离输电时 A.不采用高压输电，终端用户电压一定达220V B.用高压输电，输电线损失功率5％，终端用户电压为237.5V C.用高压输电，终端得到220V电压，输电线损失不多于5％时，所用升压和降压变压器匝数比分别为1：4和5：1‎ D.用10000V高压输电，输电线损失为0.05％‎ 答案：D ‎4.在电能输送的电功率一定时，输电线上损失的功率 A.与输送电压的平方成正比 B.与输送电压的平方成反比 C.与输送电流成正比 D.与输送电流的平方成正比 答案：BD ‎5.如图所示的含有变压器的交流电路中，A1、A2都是交流电流表，在开关S从闭合到断开的过程中，A1、A2电流表的读数I1和I2的变化情况是 A.I1变大，I2变小 B.I1变小，I2变大 C.I1、I2都变小 D.I1、I2都变大 答案：C ‎6.一理想变压器，原副线圈的匝数比n1：n2=1：2，电源电压u=220sinωtV，原线圈电路中接人一熔断电流I0=‎1A的保险丝，副线圈中接人一可变电阻R，如图所示，为了使保 险丝不致熔断，调节R时，其阻值最低不能小于 A.440Ω B.440Ω C.880Ω D.880Ω 答案：C ‎7.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.副线圈输电线等效电阻R上的电压降增大 C.通过灯泡L1的电流减小 D.原线圈中的电流增大 答案：BCD ‎8.B如图所示，四个相同的电灯与理想自耦变压器连接，当接上交流电源后，四个电灯均正常发光，则初级与次级的电压之比U1：U2为 A.1：1 B.3：1‎ C.4：1 D.5：1‎ 答案：C ‎9.如图所示， 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滑动触头Q来调节在副线圈两端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，P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 A．保持Q的位置不变，将P向上滑动时，电流表读数变大 B．保持Q的位置不变，将P向上滑动时，电流表读数变小 c．保持p的位置不变，将Q向上滑动时，电流表读数变大 D．保持P的位置不动．将Q向上滑动时，电流表读数变小 答案：BC ‎10.图示电路中，变压器为理想变压器，a、b接在电压有效值不变的交流电源两端，R0为定值电阻，R为滑动变阻器。现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一个位置，观察到电流表A1的示数增大了‎0.2A，电流表A2的示数增大了‎0.8A。则下列说法正确的是 ‎ A．电压表V1示数增大 B．电压表V2、V3示数均增大 C．该变压器起升压作用 D．变阻器滑片是沿的方向滑动 答案：D ‎1.如图所示，在绕制变压器时，某人将两个线圈绕在图示变压器铁芯的左右两个臂上，当通以交流电时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈，另一半通过中间臂，已知线圈1、2的匝数比n1：n2=2：1，在不接负载的情况下 A.当线圈1输入电压220V时，线圈2输出电压为110V B.当线圈1输入电压220V时，线圈2输出电压为55V C.当线圈2输入电压110V时，线圈1输出电压为220V D.当线圈2输入电压110V时，线圈1输出电压为110V 答案：BD n1 n2‎ a b c d R A ‎2.如图，一理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2。原线圈通过一理想电流表接正弦交流电源，一个二极管和阻值为R的负载电阻串联后接到副线圈的两端。假设该二极管的正向电阻为零，反向电阻为无穷大。用交流电压表测得a、b端和c、d端的电压分别为Uab和Ucd，则 A．Uab: Ucd=n1:n2‎ B．增大负载电阻的阻值R，电流表的读数变小 C．负载电阻的阻值越小，cd间的电压Ucd越大 D．将二极管短路，电流表的读数加倍 答案： BD ‎3.如图，将额定电压为60V的用电器通过一理想变压器接在正弦交变电源上。闭合开关S后，用电器正常工作，交流电压表和交流电流表（均为理想电表）的示数分别为220V、‎2.2A，以下判断正确的是 （ ）‎ A. 变压器的输入功率为484V B. 通过原线圈电流的有效值为‎0.6A C. 通过副线圈电流的最大值为‎2.2A D. 变压器原副线圈的匝数比为11：3‎ 答案：BD ‎4.一台调压器原线圈匝数为3600匝，当电路电压降为180V时，副线圈要想得到220V的电压时，应将副线圈的匝数调整为________匝；若此时用电器的工作电流为‎0.9A，则原线圈中的电流为________A 答案：4400，1.1‎ ‎5.如图所示为一理想变压器，原副线圈的匝数比n1：n2=4：1，原线圈回路中的电阻A与副线圈回路中的负载电阻B的阻值相等.a、b端加一定交流电压后，两电阻消耗功率之比PA：PB=________.两电阻端电压之比UA：UB=________.‎ 答案：1：161：4‎ ‎6.从甲地通过某输电线向乙地输送1.0×105kW电功率，如果用5.5×103V电压送电，输电线上损失的电功率为4.0×l02kW;如果改用1.1×l05V电压送电，输电线上损失的电功率为________kW，若要求两次损失的电功率相同，则两次所用导线的横截面积之比为S1：S2=________.‎ 答案：1，400：1‎ ‎7.一单相变压器原副线圈匝数比为20：1，原线圈两端电压U1=220V，副线圈电阻r2=1omega，负载电阻R=19omega.求副线圈输出电压U2、原线圈输人功率P1及变压器的效率.‎ 答案：U2=I2R=10.45V P1=I1U1=6.05W η=×100％=95％‎ ‎8.一台交流发电机的输出功率为50kW，输出电压为240V，输电线总电阻R=30omega，允许损失功率为输出功率的6％，为满足用电需求，则该输电线路所用的理想的升压、降压变压器的匝数比各是多少?能使多少盏“220V100W"的电灯正常发光?‎ 答案：升压变压器原，副线圈匝数比：‎ ‎ N==470盏 ‎_________________________________________________________________________________‎ ‎_________________________________________________________________________________‎ ‎1.一矩形线圈在匀强磁场中绕中心轴转动，产生的交流电动势e=10sin4πt(V)，以下说法正确的是 A.交流电的频率是4πHz B.当t=O时，线圈平面跟中性面垂直 C.当t=1／2s时，e有最大值 D.交流电的周期是0.5s 答案：D ‎2.关于理想变压器，下列说法正确的是 A.原、副线圈中交变电流的频率一定相等 B.穿过原、副线圈的磁通量的变化率一定相等 C.副线圈的输出功率和原线圈的输入功率一定相等 D.原线圈的导线比副线圈的导线细 答案：ABC ‎3.交流电压的瞬时值表达式为u=Umsin100πt，在时，u=7.07V，则从交流电压表中看到的读数为 A.7.07‎V B.5V C.14.1V D.10V 答案：D ‎4.某交流发电机正常工作时的电动势为e=Emsinωt，如果发电机转子转速提高一倍，线圈匝数也同时增加一倍，其他条件不变，则发电机的电动势为 A.e=4Emsin2ωt B.e=4Emsinωt ‎ C.e=2Emsin2ωt D.e=2Emsinωt 答案：A ‎5.如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为n1：n2=3：1，L1、L2、L3、L4为四只相同的灯泡，当开关S接通时，L2、L3、L4正常发光，则 A.L1也正常发光 B.L1比正常发光稍暗 C.L1比正常发光亮，并有可能被烧毁 D.不能确定L1的发光情况 答案：A ‎6.如图所示，甲是远距离输电线路的示意图，乙是发电机输出电压随时间变化的图像，则 A.用户用电器上交流电的频率是100Hz ‎ B.发电机输出交流电的嗲呀有效值是500V C.输电线的电流只由降压变压器原副线圈的匝数比决定 ‎ D.当用户用电器的总电阻增大时，输电线上的损失的功率减小 答案：D ‎ ‎7.如图，一理想变压器原、副线圈匝数比为4:1，原线圈与一可变电阻串联后，接入一正弦交流电源；副线圈电路中固定电阻的阻值为R0，负载电阻的阻值R=11R0，是理想电压表；现将负载电阻的阻值减小为R=5R0，保持变压器输入电流不变，此时电压表读数为5.0V，则 A.此时原线圈两端电压的最大值约为34V B.此时原线圈两端电压的最大值约为24V C.原线圈两端原来的电压有效值约为68V D.原线圈两端原来的电压有效值约为48V 答案：AD