高考物理人教版一轮复习课件-10功率 62页

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