【物理】2019届一轮复习人教版变压器　电能的输送　传感器学案（江苏专用） 20页

基础课2　变压器　电能的输送　传感器 知识排查 理想变压器 ‎1.工作原理：电磁感应的互感现象。‎ ‎2.基本关系式 ‎(1)功率关系：P入＝P出。‎ ‎(2)电压关系：＝。‎ ‎(3)电流关系：只有一个副线圈时＝。‎ ‎3.几种常用的变压器 ‎(1)自耦变压器——调压变压器，如图A、B所示。‎ ‎(2)互感器 远距离输电 ‎1.输电过程(如图1所示)：‎ 图1‎ ‎2.输送电流：I＝＝。‎ ‎3.电压损失：ΔU＝U－U′＝IR。‎ ‎4.功率损失：ΔP＝P－P′＝I2R＝R＝。‎ 传感器的工作原理及应用 ‎1.传感器及其工作原理 ‎(1)概念,传感器是能够将感受到的物理量（力、热、光、声等非电学量），转换成便于测量的量（一般是电学量）的一类元件。‎ ‎(2)工作原理,其工作过程是利用某一元件对某一物理量敏感，按一定规律将这一物理量转换成便于利用的信号，从而方便检测或自动化控制。‎ ‎2.传感器元件及常用实例 ‎(1)传感器元件 ‎(2)常用实例 小题速练 ‎1.思考判断 ‎(1)变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用。(　　)‎ ‎(2)变压器不但能改变交变电流的电压，还能改变交变电流的频率。(　　)‎ ‎(3)正常工作的变压器当副线圈与用电器断开时，副线圈两端无电压。(　　)‎ ‎(4)变压器副线圈并联更多的用电器时，原线圈输入的电流随之减小。(　　)‎ ‎(5)增大输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失。 (　　)‎ ‎(6)高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗。(　　)‎ ‎(7)在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越大。(　　)‎ 答案　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)√　(7)√‎ ‎2.[人教版选修3－2P44第2题改编]有些机床为了安全，照明电灯用的电压是36 V，这个电压是把380 V的电压降压后得到的。如果变压器的原线圈是1 140匝，副线圈是(　　)‎ A.1 081匝　　　　　　 B.1 800匝 C.108匝 D.8 010匝 解析　由题意知U1＝380 V，U2＝36 V，n1＝1 140，则＝得n2＝n1＝108，选项C正确。‎ 答案　C ‎3.[人教选修3－2P44第5题改编]如图2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2‎ 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 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，故选项C错误；又I2＝，I2增大，R应减小，故滑片应沿c→d方向滑动，故选项D正确。‎ 答案　D ‎4.[人教版选修3－2P50第3题改编]从发电站输出的功率为220 kW，输电线的总电阻为0.05 Ω，用110 V和11 kV两种电压输电。两种情况下输电线上由电阻造成的电压损失之比为(　　)‎ A.100∶1 B.1∶100‎ C.1∶10 D.10∶1‎ 解析　由题意知输电线上的电流I＝，则输电线的总电阻造成的电压损失ΔU＝Ir＝，故＝＝＝＝，故选项A正确。‎ 答案　A ‎　理想变压器的分析与计算 ‎1.关于理想变压器 ‎(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。‎ ‎2.理想变压器的基本关系 基本关系 功率关系 P入＝P出 电压关系 原、副线圈的电压比等于匝数比：＝ 电流关系 只有一个副线圈时，电流和匝数成反比：＝ 频率关系 原、副线圈中电流的频率相等 制约关系 电压 原线圈电压U1和匝数比决定副线圈电压U2‎ 功率 副线圈的输出功率P出决定原线圈的输入功率P入 电流 副线圈电流I2和匝数比决定原线圈电流I1‎ ‎【例1】　(2017·北京理综，16)如图3所示，理想变压器的原线圈接在u＝220sin 100πt(V)的交流电源上，副线圈接有R＝55 Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2∶1，电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是(　　)‎ 图3‎ A.原线圈的输入功率为220 W B.电流表的读数为1 A C.电压表的读数为110 V D.副线圈输出交流电的周期为50 s 解析　由u＝220sin 100πt(V)可知，原线圈电压最大值为220 V，故原线圈电压的有效值为U1＝220 V ，根据＝可知，U2＝U1＝110 V，故电压表的读数为110 V，选项C错误；副线圈电流有效值为I2＝＝2 A，根据P＝UI可知，输出功率为220 W，则原线圈的输入功率为220 W，故选项A错误；原线圈中的电流I1＝＝1 A，故选项B正确；因为ω＝＝100π，所以T＝0.02 s，故选项D错误。‎ 答案　B ‎　理想变压器的动态分析 常见的两种情况 常见的理想变压器的动态分析问题一般有两种：匝数比不变的情况和负载电阻不变的情况。‎ ‎【例2】　(2017·江苏省南通市、泰州市、扬州市高三第三次模拟考试)(多选)如图4所示，T为理想变压器，电流表A、电压表V均为理想交流电表，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器，L为电感线圈，A、B两点间接正弦交流电源。则(　　)‎ 图4‎ A.只将滑片P1下移时，电流表A示数变小 B.只将滑片P2下移时，电压表V示数变大 C.只增大交流电源的电压时，电流表A示数变大 D.只增大交流电源的频率时，电压表V示数不变 解析　只将滑片P1下移时，副线圈的匝数n2减小，副线圈的电压U2减小，副线圈的电流I2减小，根据原、副线圈的电功率相等可得U2I2＝U1I1，则原线圈的电流I1变小，选项A正确；只将滑片P2下移时，电阻R3的阻值减小，副线圈的负载减小，副线圈的电流I2增大，R1两端的电压增大，而副线圈的电压U2不变，则R2、R3并联电路两端的电压变小，即电压表的示数变小，选项B错误；只增大交变电流的电压时，根据原、副线圈电压之比等于线圈匝数之比，可知副线圈的电压U2增大，则副线圈的电流I2增大，根据U2I2＝U1I1，则原线圈的电流I1变大，选项C正确；只增大交变电流的频率时，电感线圈的阻抗增大，R2、R3并联电路两端的总阻值增大，而副线圈的电压U2不变，则R2、R3并联电路两端的电压变大，即电压表的示数变大，选项D错误。‎ 答案　AC 含有变压器的动态电路问题的解题思路 ‎　远距离输电问题 远距离输电问题的“三二二”‎ ‎1.理清三个回路 回路1：发电机回路。该回路中，通过线圈1的电流I1等于发电机中的电流I机；线圈1两端的电压U1等于发电机的路端电压U机；线圈1输入的电功率P1等于发电机输出的电功率P机。‎ 回路2：输送电路。I2＝I3＝IR，U2＝U3＋ΔU，P2＝ΔP＋P3。‎ 回路3：输出电路。I4＝I用，U4＝U用，P4＝P用。‎ ‎2.抓住两个联系 ‎(1)理想的升压变压器联系着回路1和回路2，由变压器原理可得：线圈1(匝数为n1)和线圈2(匝数为n2)中各个量间的关系是＝，＝，P1＝P2。‎ ‎(2)理想的降压变压器联系着回路2和回路3，由变压器原理可得：线圈3(匝数为n3)和线圈4(匝数为n4)中各个量间的关系是＝，＝，P3＝P4。‎ ‎3.掌握两种损耗 ‎(1)电压损耗：输电线上的电阻导致的电压损耗，ΔU＝U2－U3＝IRR线。‎ ‎(2)功率损耗：输电线上的电阻发热的功率损耗，ΔP＝P2－P3＝IR线 ‎。输电线上能量损耗是热损耗，计算功率损耗时用公式ΔP＝IR线或ΔP＝。‎ ‎【例3】　(多选)在如图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，随着发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的有(　　)‎ 图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 解析　发电厂的输出电压不变，升压变压器输出的电压U2应不变，选项A错误；输电线电流I＝会随着P的增大而增大，输电线电压损失U损＝IR也增大，所以降压变压器的初级电压U3＝U2－U损减小，则降压变压器的输出电压减小，选项B错误；输电线功率损失P损＝I2R＝R，因P变大，所以P损变大，选项C正确；＝＝，因P变大，所以比值变大，选项D正确。‎ 答案　CD ‎　传感器的应用 ‎1.热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大。‎ ‎2.光敏电阻被光照射时其电阻值发生变化，光照强度增大，电阻值变小，光照强度减弱，电阻值变大。‎ ‎【例4】　(2017·江苏泰州中学5月质检)关于传感器，下列说法正确的是(　　)‎ A.话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号 B.电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器的作用是控制电路的通断 C.霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换成电阻这个电学量 D.光敏电阻在光照射下其电阻会显著变大 解析　话筒是一种常用的声波传感器，其作用是声信号转换为电信号，故A项错误；热双金属片传感器和干簧管在电路中相当于开关，可以控制电路的通断，故B项正确；霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量，故C项错误；光敏电阻在光照射下其电阻会显著变小，D项错误。‎ 答案　B 互感器的应用 互感器分为电压互感器和电流互感器，比较如下：‎ 电压互感器 电流互感器 原理图 原线圈的连接 并联在高压电路中 串联在交流电路中 副线圈的连接 连接电压表 连接电流表 互感器的作用 将高电压变为低电压 将大电流变成小电流 利用的公式 ＝ I1n1＝I2n2‎ ‎【典例】　(2017·江苏四市联考)(多选)如图6所示，在某一输电线路的起始端接入两个互感器，原、副线圈的匝数比分别为100∶1和1∶100，图中a、b表示电压表或电流表，已知电压表的示数为22 V，电流表的示数为1 A则(　　)‎ 图6‎ A.a为电流表，b为电压表 B.a为电压表，b为电流表 C.线路输送电功率是220 kW D.输电线路总电阻为22 Ω 解析　左侧的互感器原线圈并联在输电线路上，测量的是输电电压，所以a为电压表；右侧的互感器原线圈串联在输电线路上，测量的是输电电流，b为电流表，选项B正确，A错误；电压表的示数为22 V，根据变压公式，＝100，输电电压为U1＝100×22 V＝2 200 V；电流表的示数为1 A，根据变流公式，＝＝100，输电电流I1＝100×1 A＝100 A，线路输送电功率为P＝U1I1＝220 kW，选项C正确；根据题述条件，不能求出输电线路总电阻，选项D错误。‎ 答案　BC ‎【变式训练】　普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流，通常要通过电流互感器来连接，图7中电流互感器ab一侧线圈的匝数较少，工作时电流为Iab，cd一侧线圈的匝数较多，工作时电流为Icd，为了使电流表能正常工作，则(　　)‎ 图7‎ A.ab接MN、cd接PQ，Iab＜Icd B.ab接MN、cd接PQ，Iab＞Icd C.ab接PQ、cd接MN，Iab＜Icd D.ab接PQ、cd接MN，Iab＞Icd 解析　根据理想变压器的原理，线圈电流与匝数成反比，ab接MN，通过的电流较大，电流表接在cd两端，通过的电流较小，选项B正确。‎ 答案　B ‎1.(2017·江苏清江中学期中)理想变压器的原、副线圈的匝数之比为4∶1，在原线圈上加上U＝200 V的交流电压，在副线圈上接交流电压表，其示数为(　　)‎ A.0 B.50 V C.200 V D.800 V 解析　由＝解得U2＝50 V。‎ 答案　B ‎2.(2016·江苏单科，4)一自耦变压器如图8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点顺时针转到N点的过程中(　　)‎ 图8‎ A.U2>U1，U2降低 B.U2>U1，U2升高 C.U2n2知U2k2 B.k1＝k2‎ C.k1