【物理】2018届一轮复习人教版专题10-2变压器电能的输送学案 24页

专题10.2 变压器 电能的输送 ‎1．了解变压器的构造，理解变压器的工作原理。‎ ‎2．理解理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系，能应用它分析解决有关问题。‎ ‎3．知道远距离输电过程，知道降低输电损耗的两个途径。了解电网供电的优点和意义。‎ ‎ ‎ 一、理想变压器 ‎1．构造：如图1所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。‎ 图1‎ ‎(1)原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫初级线圈。‎ ‎(2)副线圈：与负载连接的线圈，也叫次级线圈。‎ ‎2．原理：电流磁效应、电磁感应。‎ ‎3．基本关系式 ‎(1)功率关系：P入＝P出。‎ ‎(2)电压关系：＝。‎ 有多个副线圈时＝＝＝…。‎ ‎(3)电流关系：只有一个副线圈时＝。‎ 由P入＝P出及P＝UI推出有多个副线圈时，U1I1＝U2I2＋U3I3＋…＋UnIn。‎ ‎4．几种常用的变压器 ‎(1)自耦变压器——调压变压器 ‎(2)互感器 二、远距离输电 ‎1．输电过程(如图2所示)‎ 图2‎ ‎2．输电导线上的能量损失：主要是由输电线的电阻发热产生的，表达式为Q＝I2Rt。‎ ‎3．电压损失 ‎(1)ΔU＝U－U′；(2)ΔU＝IR ‎4．功率损失 ‎(1)ΔP＝P－P′；(2)ΔP＝I2R＝2R ‎5．输送电流 ‎(1)I＝；(2)I＝。‎ 高频考点一　理想变压器基本关系的应用 例1．一理想变压器的原、副线圈的匝数比为3∶1，在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻，原线圈一侧接在电压为220 V的正弦交流电源上，如图2所示．设副线圈回路中电阻两端的电压为U，原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k，则(　　)‎ 图2‎ A．U＝66 V，k＝ B．U＝22 V，k＝ C．U＝66 V，k＝ D．U＝22 V，k＝ 答案　A ‎【变式探究】用220 V的正弦交流电通过理想变压器对一负载供电，变压器输出电压是110 V，通过负载的电流图象如图3所示，则(　　)‎ 图3‎ A．变压器输入功率约为3.9 W B．输出电压的最大值是110 V C．变压器原、副线圈匝数比是1∶2‎ D．负载电流的函数表达式i＝0.05sin (100πt＋) A 答案　A ‎【举一反三】如图4，理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝2∶1，和均为理想电表，灯泡电阻RL＝6 Ω，AB端电压u1＝12sin 100πt (V)．下列说法正确的是(　　)‎ 图4‎ A.电流频率为100 Hz B.的读数为24 V C.的读数为‎0.5 A D.变压器输入功率为6 W 答案　D 解析　由ω＝2πf＝100π rad/s得：f＝50 Hz，A错．有效值U1＝12 V，又因为＝得：U2＝6 V，I2＝＝‎1 A，选项B、C错．由能量守恒得P1＝P2＝U2I2＝6 W，D选项对．‎ ‎【变式探究】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5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的有效值为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5‎ 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 ‎【方法规律】关于理想变压器的四点说明 ‎1．变压器不能改变直流电压．‎ ‎2．变压器只能改变交变电流的电压和电流，不能改变交变电流的频率．‎ ‎3．理想变压器本身不消耗能量．‎ ‎4．理想变压器基本关系中的U1、U2、I1、I2均为有效值．‎ 高频考点二　理想变压器的动态分析 例2．如图9所示电路中，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位置，观察到电流表A1的示数增大了‎0.2 A，电流表A2的示数增大了‎0.8 A，则下列说法正确的是(　　)‎ 图9‎ 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c→d的方向滑动 答案　D 解析　由于a、b接在电压有效值不变的交流电源两端，故电压表V1示数不变，选项A错误；由理想变压器原理公式＝且U1、n1、n2不变，则U2不变，即V2的示数不变，V3的示数U3＝U2－I2R0应减小，故选项B错误；由公式＝得：＝＝＝4，则n1＞n2‎ ‎，该变压器起降压作用，故C错误；又I2＝，I2增大，R应减小，故滑片应沿c→d方向滑动，故D正确．‎ ‎【变式探究】 (多选)如图10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(　　)‎ 图10‎ A．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变大 B．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变小 C．保持P的位置不动，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 ‎【举一反三】 (多选)如图11，一理想变压器原、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(　　)‎ 图11‎ 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 解析　变压器的变压比＝，其中U1、U2是变压器原、副线圈两端的电压．U1＝Uab，由于二极管的单向导电特性，Ucd≠U2，选项A错误．增大负载电阻的阻值R，负载的电功率减小，由于P入＝P出，且P入＝I1Uab，所以原线圈上的电流I1减小，即电流表的读数变小，选项B正确．c、d端的电压由输入电压Uab决定，负载电阻R的阻值变小时，Ucd不变，选项C错误．根据变压器上的能量关系有E输入＝E输出，在一个周期T内，二极管未短路时有UabI1T＝·＋0(U为副线圈两端的电压)，二极管短路时有UabI2T＝T，由以上两式得I2＝2I1，选项D正确．‎ ‎【变式探究】图12甲为理想变压器，其原、副线圈的匝数比为4∶1，原线圈接图乙所示的正弦交流电．图甲中Rt为阻值随温度升高而减小的热敏电阻，R1为定值电阻，电压表和电流表均为理想电表．则下列说法正确的是(　　)‎ 图12‎ A．图乙所示电压的瞬时值表达式为u＝51sin 50πt V B．变压器原、副线圈中的电流之比为1∶4‎ C．变压器输入、输出功率之比为1∶4‎ D．Rt处温度升高时，电压表和电流表的示数均变大 答案　B 高频考点三　远距离输电问题 例3．(多选)在远距离输电中，当输电线的电阻和输送的电功率不变时，那么(　　)‎ A．输电线路上损失的电压与输送电流成正比 B．输送电压越高，输电线路上损失的电压越大 C．输电线路上损失的功率跟输送电压的平方成反比 D．输电线路上损失的功率跟输电线上的电流成正比 答案　AC 解析　输电线路上损失电压ΔU＝Ir，在r一定时，ΔU和I成正比．若U越高，I＝，I越小，那么ΔU越小．输电线路上损失的功率ΔP＝I2r，当P一定时，I＝，所以ΔP＝(‎ eq f(P,U))2r，即ΔP和U的平方成反比，跟I的平方成正比，故A、C正确．‎ ‎【变式探究】如图15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象，则(　　)‎ 图15‎ A．用户用电器上交流电的频率是100 Hz B．发电机输出交流电的电压有效值是500 V C．输电线上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，输电线上损失的功率减小 答案　D ‎【举一反三】(多选)一台发电机最大输出功率为4 000 kW，电压为4 000 V，经变压器T1升压后向远方输电．输电线路总电阻为R＝1 kΩ.到目的地经变压器T2降压，负载为多个正常发光的灯泡(220 V、60 W)．若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%，变压器T1和T2的损耗可忽略，发电机处于满负荷工作状态，则(　　)‎ A．T1原、副线圈电流分别为‎103 A和‎20 A B．T2原、副线圈电压分别为1.8×105 V和220 V C．T1和T2的变压比分别为1∶50和40∶1‎ D．有6×104盏灯泡(220 V、60 W)正常发光 答案　ABD 解析　远距离输电的模型如图所示．‎ T1原线圈的电流为I1＝＝ A＝1×‎103 A，输电线上损失的功率为P损＝IR ‎＝10%P1，所以I2＝ ＝ A＝‎20 A，A正确；T1的变压比为＝＝＝；T1副线圈的电压为U2＝50U1＝2×105 V，T2原线圈的电压为U3＝U2－I2R＝2×105 V－20×103 V＝1.8×105 V，B正确；T2的变压比为＝＝＝，C错误；能正常发光的灯泡盏数为N＝＝6×104，D正确．‎ ‎1．【2016·全国卷Ⅰ】一含有理想变压器的电路如图1所示，图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3 Ω、1 Ω 和4 Ω，为理想交流电流表，U为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定．当开关S断开时，电流表的示数为I；当S闭合时，电流表的示数为4I.该变压器原、副线圈匝数比为(　　)‎ 图1‎ A．2 B．3‎ C．4 D．5‎ ‎2．【2016·全国卷Ⅲ】如图1所示，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b.当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光．下列说法正确的是(　　)‎ 图1‎ A．原、副线圈匝数比为9∶1‎ B．原、副线圈匝数比为1∶9‎ C．此时a和b的电功率之比为9∶1‎ D．此时a和b的电功率之比为1∶9‎ ‎【答案】AD　【解析】设灯泡的额定电压为U0，则输入电压U＝10U0，由于两灯泡均正常发光，故原线圈两端的电压U1＝U－U0＝9U0，副线圈两端的电压U2＝U0，所以原、副线圈的匝数比n1∶n2＝U1∶U2＝9∶1，A正确，B错误；原、副线圈的电流之比I1∶I2＝n2∶n1＝1∶9，由电功率P＝UI可知，a和b的电功率之比为1∶9，C错误，D正确．‎ ‎3．【2016·天津卷】如图1所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表．下列说法正确的是(　　)‎ 图1‎ A．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R1消耗的功率变大 B．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变大 C．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电流表A1示数变大 D．若闭合开关S，则电流表A1示数变大，A2示数变大 ‎4．【2016·江苏卷】一自耦变压器如图1所示，环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a、b间作为原线圈．通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c、d间作为副线圈．在a、b间输入电压为U1的交变电流时，c、d间的输出电压为U2，在将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中(　　)‎ 图1‎ A．U2>U1，U2降低 B．U2>U1，U‎2升高 C．U2