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  • 2021-05-26 发布

高考物理人教版一轮复习课件-10功率

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理想变压器 [想一想] 一台理想变压器,其原线圈2 200 匝,副线圈440匝,并接一个100 Ω的负 载电阻,如图10-2-1所示。 图10-2-1 (1)当原线圈接在44 V直流电源上时,电压表、电 流表的示数分别为多少? (2)当原线圈接在220 V交流电源上时,电压表、电 流表的示数分别为多少? [提示] (1)原线圈接在直流电源上时,由于原线圈 中的电流恒定,所以穿过原、副线圈的磁通量不发生 变化,副线圈两端不产生感应电动势,故电压表示数 为零,电流表示数也为零。 [记一记] 1.构造:如图10-2-2所示。 图10-2-2 理想变压器由 、 和闭合铁芯组成。原线圈 副线圈 2.原理 线圈的互感现象。 3.基本关系 (2)功率关系:P入= _______ ②有多个副线圈时:U1I1=_____________________ P出 U2I2+U3I3+…+UnIn 4.几种常用的变压器 (1)自耦变压器——也叫 变压器。 (2)互感器: ①电压互感器,用来把高电压变成 。 ②电流互感器,用来把大电流变成 。 调压 低电压 小电流 [试一试] 1.(2011·新课标全国卷)如图10-2-3, 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220 V,额定功率为22 W; 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 (  ) 图10-2-3 解析:直接求出副线圈中的电压、电流分别为:220 V、 0.1 A。故原线圈中的电压、电流分别为110 V、0.2 A。 答案:A  电能的输送 [想一想] 照明供电线路的路端电压基本上是保持不变的。 可是我们在晚上七、八点钟用电高峰时开灯,电灯比深 夜时要显得暗些。这是什么原因呢? [提示] 在用电高峰时,总电阻比深夜时小,供电线 路上的电流大,输电线上损失的电压较大,因而每盏灯 两端的电压较低。 [记一记] 1.输电过程(如图10-2-4所示) 图10-2-4 2.电压损失 (1)ΔU=U-U′ (2)ΔU=______IR 3.功率损失 (1)ΔP=P-P′ I2R 4.输送电流 [试一试] 2.在如图10-2-5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,随着用户用电量的 增加,发电厂输出功率的增大,下列说法中正确的 有 (  ) 图10-2-5 A.升压变压器的输出电压增大 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 答案:CD  变压器的工作原理及基本关系 1.基本关系 (4)无电能损失,因此P入=P出,无论副线圈一个 还是多个,总有U1I1=U2I2+U3I3+…将电压关系代 入可得n1I1=n2I2+n3I3+… 2.基本关系式中物理量之间的决定关系 (2)电流决定关系:输出电流I2决定输入电流I1。 (3)功率决定关系:输出功率P2决定输入功率P1,也 可简记为“用决定供”。 [例1] (2012·山东高考)图10-2-6甲是某燃气炉点 火装置的原理图。转换器将直流电压转换为图乙所示的 正弦交变电压,并加在一理想变压器的原线圈上,变压 器原、副线圈的匝数分别为n1、n2, 为交流电压表。 当变压器副线圈电压的瞬时值大于5 000 V时,就会在钢 针和金属板间引发电火花进而点燃气体。以下判断正确 的是(  ) 图10-2-6 [答案] BC 变压器的动态分析 1.匝数比不变的情况(如图10-2-7所示) (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,P1=P2,故P1发生变化。 图10-2-7 2.负载电阻不变的情况(如图10-2-8所示) (2)R不变,U2改变,故I2发生变化。 图10-2-8 [例2] 如图10-2-9所示,理想变压器输入端PQ 接稳定的交流电源,通过单刀双掷开关S可改变变压器 原线圈匝数(图中电压表及电流表皆为理想电表),则下 列说法中正确的是 (  ) 图10-2-9 A.当滑片c向b端移动时,变压器输入功率变大 B.当滑片c向a端移动时,电流表A1的示数将减小, 电压表V的示数不变 C.当滑片c向b端移动时,电流表A2的示数将变大, 电压表V的示数也变大 D.滑片c不动,将开关S由1掷向2时,三个电表A1、 A2、V的示数都变大 [审题指导] 滑片c移动改变负载电阻的大小,从而改变副线圈 中的电流、功率,改变原线圈中的电流。开关S由1掷向 2减少了原线圈的匝数,从而改变其他各物理量。 [答案] D 分析动态问题的程序: 决定决定 远距离输电问题 1.远距离高压输电的几个基本关系(以图10-2-10为 例) 图10-2-10 (1)功率关系: P1=P2,P3=P4,P2=P线+P3。 2.关于远距离输电问题的处理思路 (1)画出输电线路图,将已知量和未知量标在图中相 应位置; (2)将输电线路划分为几个独立回路; (3)根据串并联电路特点、欧姆定律、电功率公式等 确定各部分回路物理量之间关系; (4)根据升压、降压,原、副线圈的电压、电流关系 和功率关系列式求解。 [答案] D [模型概述] 1.自耦变压器 高中物理中研究的变压器本身就是一种忽略了能量损失的 理想模型,自耦变压器(又称调压器),它只有一个线圈,其中 一部分作为另一个线圈,当交流电源接不同的端点时,它可以 升压也可以降压,变压器的基本关系对自耦变压器均适用。 [典例1] (2012·新课标全国卷)自耦变压器铁芯上只 绕有一个线圈,原、副线圈都只取该线圈的某部分。一 升压式自耦调压变压器的电路如图10-2-11所示,其副 线圈匝数可调。已知变压器线圈总匝数为1 900匝;原线 圈为1 100匝,接在有效值为220 V的交流电源上。当变 压器输出电压调至最大时,负载R上的功率为2.0 kW。 设此时原线圈中电流有效值为I1,负载两端电压的有效 值为U2,且变压器是理想的,则U2和I1分别约为(  ) 图10-2-11 A.380 V和5.3 A      B.380 V和9.1 A C.240 V和5.3 A D.240 V和9.1 A [答案] B [典例2] (2012·丹东摸底)如图10-2-12所示,两 种情况下变压器灯泡L2、L3的功率均为P,且L1、L2、 L3为相同的灯泡,匝数比为n1∶ n2=3∶ 1,则图甲中L1 的功率和图乙中L1的功率分别为 (   ) 图10-2-12 [答案] B [题后悟道] 对于两个以上的副线圈的理想变压器,电压与匝 数成正比是成立的,而电流与匝数成反比的规律不成 立,但在任何情况下电流关系都可以根据原线圈的输 入功率等于副线圈的输出功率,即P入=P出求解。 如图10-2-13所示,接于理想变压器中的四个规格 相同的灯泡都正常发光,那么,理想变压器的匝数比 n1∶ n2∶ n3为 (  ) 图10-2-13 A.1∶ 1∶ 1 B.3∶ 2∶ 1 C.6∶ 2∶ 1 D.2∶ 2∶ 1 答案:B  [随堂巩固落实] 1.(2012·广州模拟)图10-2-14是远距离输电的示意 图,下列说法正确的是 (  ) 图10-2-14 A.a是升压变压器,b是降压变压器 B.a是降压变压器,b是升压变压器 C.a的输出电压等于b的输入电压 D.a的输出电压等于输电线上损失的电压 解析:远距离输电先升压,再降压,选项A正确,B错误; 由于输电线有电压损失,故a的输出电压等于b的输入电 压与损失的电压之和,选项C、D均错。 答案:A  2.为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系, 将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上,副线圈 连接相同的灯泡L1、L2,电路中分别接了理想交流电压 表V1、V2和理想交流电流表A1、A2,导线电阻不计,如 图10-2-15所示。当开关S闭合后(  ) 图10-2-15 A.A1示数变大,A1与A2示数的比值不变 B.A1示数变大,A1与A2示数的比值变大 C.V2示数变小,V1与V2示数的比值变大 D.V2示数不变,V1与V2示数的比值不变 解析:因为变压器的匝数与输入电压U1不变,所以电压 表V1的示数和电压表V2的示数不变,C错误,D正确;当 S闭合后,因为负载电阻减小,故次级线圈中的电流I2增 大,由于输入功率等于输出功率,所以I1也将增大,但因 为变压器的匝数不变,A1与A2示数的比值不变,故B错误, A正确。 答案:AD  3.钳形电流表的外形和结构如图10-2-16所示。图甲 中电流表的读数为1.2 A。图乙中用同一电缆线绕了3匝, 则 (  ) 图10-2-16 A.这种电流表能测直流电流,图乙的读数为2.4 A B.这种电流表能测交流电流,图乙的读数为0.4 A C.这种电流表能测交流电流,图乙的读数为3.6 A D.这种电流表既能测直流电流,又能测交流电流,图乙的 读数为3.6 A 答案:C  4.如图10-2-17所示,自耦变压器输入端A、 B接交流稳压电源,其电压有效值UAB= 100 V,R0=40 Ω,当滑动片处于线圈中 点位置时,C、D两端电压的有效值UCD 为______V,通过电阻R0的电流有效值为______A。 图10-2-17 答案:200 5 (给有能力的学生加餐) 1.中国已投产运行的1 000 kV特高压输电是目前世界上 电压最高的输电工程。假设甲、乙两地原来用500 kV的 超高压输电,输电线上损耗的电功率为P。在保持输送电 功率和输电线电阻都不变的条件下,现改用1 000 kV特 高压输电,若不考虑其他因素的影响,则输电线上损耗 的电功率将变为 (  ) 答案:A  图2 答案:AB  图3 A.通过灯泡的交变电流的频率是50 Hz B.变压器原、副线圈匝数之比为10∶ 1 C.矩形线圈中产生的电动势的最大值为120 V D.若将灯泡更换为“12 V 24 W”且保证其正常发光, 需要增大矩形线圈的转速 答案:B  4.(2012·武汉调研)如图4所示,某变电站用10 kV的高 压向10 km外的小区供电,输送的电功率为200 kW。现要 求在输电线路上损耗的功率不超过输送电功率的2%,下 列不同规格的输电线中,符合要求的是(  ) 图4 0.2DYD150/CD 0.3DYD100/CC 0.6DYD50/CB 1DYD30/CA 千米电阻(/km)型号选项 解析:由P=UI解得输电电流I=P/U=20 A。输电线路上 损耗的功率不超过P线=200 kW×2%=4 kW,由P线= I2R解得R=10 Ω。由于输电线长度需要20 km,所以可 以选择千米电阻0.5 Ω/km以下的型号DYD100/C或型号 DYD150/C,符合要求的是选项C、D。 答案:CD  5.如图5甲调压装置可视为理想变压器,负载电路中 R = 55 Ω, 、 为理想电流表和电压表。若原线圈接入 如图乙所示的正弦交变电压,电压表的示数为 110 V, 下列表述正确的是 (  ) A.电流表的示数为 2 A B.原、副线圈匝数比为 1∶ 2 图5 C.电压表的示数为电压的有效值 D.原线圈中交变电压的频率为 100 Hz 答案:AC  6.(2012·福建高考)如图6,理想变压器 原线圈输入电压u=Umsin ωt,副线 圈电路中R0为定值电阻,R是滑动 变阻器。V1和V2是理想交流电压表,示数分别用U1和 U2表示,A1和A2是理想交流电流表,示数分别用I1和I2 表示。下列说法正确的是 (  ) A.I1和I2表示电流的瞬时值 B.U1和U2表示电压的最大值 C.滑片P向下滑动过程中,U2不变、I1变大 D.滑片P向下滑动过程中,U2变小、I1变小 图6 答案:C  7.(2012·浙江五校联考)一台发电机输出的电功率为50 kW,输出电压为250 V,现欲用变压器升压后向远处输 电,输电线的总电阻为8 Ω,若不考虑输电线路的感抗和 容抗对输电的影响,则 (  ) A.输送电压越高,输电线上损失的功率越大 B.若升压变压器的变压比为1∶ 4,输电线上损失的 功率为20 kW C.若升压变压器的变压比为1∶ 8,输电线上损失的 功率为10 kW D.若不用升压变压器,输电线上损失的功率将达到 320 kW 解析:输送功率一定,输送电压越高,输电线中电流越小。 输电线上损失的功率越小,选项A错误;若升压变压器的 变压比为1∶ 4,输送电压为1 000 V,输电线中电流50 A, 输电线上损失的功率为I2R=502×8 W=20 kW,选项B 正确;若升压变压器的变压比为1∶ 8,输送电压为2 000 V,输电线中电流25 A,输电线上损失的功率为I2R= 252×8 W=5 kW,选项C错误;若不用升压变压压器, 输电线中电流200 A,计算可知,电能不能够输送到远处, 选项D错误。 答案:B