2022年高考物理总复习讲义 第10章 第2讲 变压器 电能的输送

2022年高考物理总复习讲义 第10章 第2讲 变压器 电能的输送1构造(如图1021所示)图1021变压器由原线圈、副线圈和闭合铁芯组成2工作原理互感现象3基本关系(1)电压关系：.(2)功率关系：P入P出(3)电流关系：只有一个副线圈时：.有多个副线圈时，U1I1U2I2U3I3UnIn.4几种常用的变压器(1)自耦变压器调压变压器(2)互感器5理想变压器的理解(1)没有能量损失(2)没有磁通量损失(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()知识二远距离输电1输电过程(如图1022所示)图10222输送电流(1)I；(2)I.3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QI2Rt.4电压损失(1)UUU(2)UIR.5功率损失(1)PPP(2)PI2R()2R.6降低输电损耗的两个途径(1)减小输电导线的电阻(2)减小输电导线中的输电电流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，输电线路上损失的电压较大，因而每盏电灯两端的电压较低1如图1023所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为21，电阻R55.0 ，原线圈两端接一正弦式交变电流，电压u随时间t变化的规律为u110sin 20t (V)，时间t的单位是s.那么，通过电阻R的电流有效值和频率分别为()图1023A1.0 A、20 HzB.A、20 HzC.A、10 Hz D1.0 A、10 Hz【解析】原线圈电压有效值为110 V，副线圈电压有效值为55 V，通过电阻R的电流有效值为1.0 A，频率为10 Hz，选项D正确【答案】D2如图1024所示，一理想变压器的原副线圈匝数比为51，正弦交流电源的内阻不计，电阻R1R24 ，R2消耗的功率为P2100 W，则()图1024AR1消耗的功率为100 WBR1、R2中的电流之比为15C原线圈两端电压的最大值为100 V D交流电源的输出功率等于100 W【解析】由变压器的功率关系，R1、R2中的电流之比为15，R1中电流为1 A，消耗的功率为4 W，选项B正确，A错误；副线圈输出电压为20 V，原线圈两端电压的有效值为100 V，最大值为141 V，交流电源的输出功率等于两电阻消耗功率之和，为104 W，选项C、D错误【答案】B3如图1025，一理想变压器原副线圈的匝数比为12；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1025AU110 V，I0.2 ABU110 V，I0.05 ACU110 V，I0.2 ADU110 V，I0.2 A【解析】由变压原理可得U1110 V，即电压表示数为110 V由P入P出，灯泡正常发光可得P入U1I1P出22 W，I1 A0.2 A，故A正确【答案】A4(xx广东高考)如图1026，理想变压器原、副线圈匝数比n1n221，和均为理想电表，灯泡电阻RL6 ，AB端电压U112sin 100t (V)下列说法正确的是()图1026A电流频率为100 HzB 的读数为24 VC的读数为0.5 AD变压器输入功率为6 W【解析】由AB端电压u112sin 100t (V)知100 ，又2f，得频率f50 Hz，A错误；由理想变压器规律，U26 V，B错误；又I21 A，C错误；P2U2I26 W，P1P2，D正确【答案】D5(xx浙江高考)某水电站，用总电阻为2.5 的输电线输电给500 km外的用户，其输出电功率是3106 kW.现用500 kV电压输电，则下列说法正确的是()A输电线上输送的电流大小为2.0105 AB输电线上由电阻造成的损失电压为15 kVC若改用5 kV电压输电，则输电线上损失的功率为9108 kWD输电线上损失的功率为P，U为输电电压，r为输电线的电阻【解析】输电线上输送的电流为I输6 000 A，A选项错误输电线上由电阻造成的损失电压U损I输R线6 000 A2.5 1.5104 V，B选项正确若输电电压为5 kV，则输电线上损失的功率不可能大于输电总功率3106 kW，C选项错误P中，U应当为输电线上损失的电压，D选项错误【答案】B考点一 85理想变压器原、副线圈基本关系的应用一、基本关系1P入P出2.，有多个副线圈时，仍然成立3.，电流与匝数成反比，只对一个副线圈的变压器适用有多个副线圈时，由输入功率和输出功率相等确定电流关系4原、副线圈的每一匝的磁通量都相同，磁通量变化率也相同，频率也就相同二、制约关系1电压：副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定2功率：原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率P2决定3电流：原线圈电流I1由副线圈电流I2和匝数比决定1个示范例(xx四川高考)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1027所示，则()图1027A变压器输入功率约为3.9 WB输出电压的最大值是110 VC变压器原、副线圈匝数比是12D负载电流的函数表达式i0.05sin(100t)A【审题指导】(1)理想变压器输入功率与输出功率相等(2)交流电路中的功率需要用有效值计算(3)由负载电流的图象，其函数表达式应为iImsin t形式【解析】根据图象可知：负载电流的最大值Im0.05 A，周期T0.02 s，则rad/s100 rad/s，所以负载电流的函数表达式i0.05sin 100t A，故选项D错误；负载电流的有效值I A0.035 35 A，则理想变压器的输入功率P入P出1100.035 35 W3.9 W，故选项A正确；输出电压的有效值为110 V，最大值为110 V，故选项B错误；变压器原、副线圈匝数比2，故选项C错误【答案】A1个预测例(多选)如图1028所示，变压器输入交变电压u311sin 100t(V)，变压器原、副线圈匝数比为21，已知电水壶额定功率为880 W，排气扇机内电阻为1 ，电流表示数为16 A，各用电器均工作正常电表均为理想电表，则()图1028A电压表示数为110 VB变压器的输入功率为1 760 WC排气扇输出功率为827 WD保险丝熔断电流不得低于32 A【解析】由交流电表达式可知输入电压有效值为220 V，结合匝数比可知电压表读数为110 V，则A正确；变压器输入功率P总1 760 W，则B正确；电水壶工作电流I8 A，则排气扇工作电流I8 A，其功率PUI880 W，排气扇输出功率P出PI2R816 W，则C错误；原线圈正常工作电流为8 A，则D错误【答案】AB考点二 86理想变压器的动态分析分析理想变压器动态问题的思路程序可表示为：U1U2I2I1P1.1个示范例图1029(多选)(xx江苏高考)如图1029所示，理想变压器原线圈接有交流电源，当副线圈上的滑片P处于图示位置时，灯泡L能发光要使灯泡变亮，可以采取的方法有()A向下滑动PB增大交流电源的电压C增大交流电源的频率 D减小电容器C的电容【审题指导】(1)滑片P向下滑动，副线圈匝数减少，变压器输出电压变小(2)增大频率，容抗减小，减小电容，容抗变大【解析】根据变压器的变压原理，滑片P向下滑动时，副线圈的匝数变少，则输出电压变小，灯变暗，A项错误；增大交流电源的电压时，输出电压随之增大，灯变亮，B正确；电容器具有“阻低频，通高频”的特性，故增大交流电源的频率，使电容器的通交流的性能增强，灯变亮，C项正确；减小电容器C的电容，会使电容的通交流的性能减弱，导致灯变暗，D项错误【答案】BC理想变压器的动态分析的方法(1)分清不变量和变量(2)明确理想变压器中电压、电流、功率之间的联系和相互制约关系(3)利用闭合电路欧姆定律、串并联电路特点进行分析判定1个预测例如图10210所示，原、副线圈的匝数均可调节，原线圈两端接一正弦交变电流，为了使变压器输入功率增大，可以采取的措施有()图10210A只增加原线圈的匝数n1B只减少副线圈的匝数n2C只减少负载电阻R的阻值D只增大负载电阻R的阻值【解析】由知，当n1增大时，U2减小，当减小n2时，U2也减小，又根据P入P出知，A、B、D均错误，C正确【答案】C考点三 87远距离输电问题一、远距离输电的电路结构图图10211二、五个关系式1.，.2理想变压器的输入功率等于输出功率，P入P出3升压变压器原线圈的电流I1，副线圈的电流I2，U2为输送电压4功率损失：PIR线，P2P3P.5电压关系：U2I2R线U3.三、解远距离输电问题的思路1正确画出输电过程示意图并在图上标出各物理量2抓住变压器变压前后各量间关系，求出输电线上的电流3计算电路功率问题时常用关系式：P损IR线，注意输电线上的功率损失和电压损失4电网送电遵循“用多少送多少”的原则说明原线圈电流由副线圈电流决定1个示范例(xx黄冈中学模拟)如图10212为远距离高压输电的示意图关于远距离输电，下列表述错误的是()图10212A增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失B高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗的C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小D高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好【解析】依据输电原理，电路中的功率损耗PI2R线，而R线，增大输电线的横截面积，可减小输电线的电阻，则能够减小输电线上的功率损耗，A项正确；由PUI来看在输送功率一定的情况下，输送电压U越大，则输电电流越小，则功率损耗越小，B项正确；若输电电压一定，输送功率越大，则电流I越大，电路中损耗的电功率越大，C项错误；输电电压并不是电压越高越好，因为电压越高，对于安全和技术的要求越高，D项正确【答案】C1个预测例(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R1 k.到目的地经变压器T2降压，负载为多个正常发光的灯泡(220 V60 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的耗损可忽略，发电机处于满负荷工作状态，则()AT1原、副线圈电流分别为103 A和20 ABT2原、副线圈电压分别为1.8105 V和220 VCT1和T2的变压比分别为150和401D有6104盏灯泡(220 V60 W)正常发光【审题指导】(1)根据题意画出远距离输电示意图标明已知量和未知量(2)由变压器上的电压关系、电流关系和功率关系，列式求解【解析】远距离输电的模型如图所示T1原线圈的电流为I1 A1103 A，输电线上损失的功率为P损IR10%P1，所以I2 A20 A，选项A正确；T1的匝数比为，T1上副线圈的电压为U250U12105 V，T2原线圈的电压为U3U2I2R2105 V20103 V1.8105 V，选项B正确；T2上原、副线圈的变压比为，选项C错误；能正常发光的灯泡的盏数为：N6104，选项D正确【答案】ABD两种特殊变压器模型一、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二、互感器分为：电压互感器和电流互感器，比较如下：类型比较项目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待测高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I1n1I2n21个示范例图10213(xx新课标全国高考)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10213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()A380 V和5.3 AB380 V和9.1 AC240 V和5.3 A D240 V和9.1 A【解析】根据理想变压器电压比关系，代入数据解得副线圈两端的电压有效值U2380 V，因理想变压器原、副线圈输入和输出的功率相等，即P入P出U1I1，解得I1A9.1 A，选项B正确，选项A、C、D错误【答案】B1个模型练(多选)电流互感器和电压互感器如图10214所示其中n1、n2、n3、n4分别为四组线圈的匝数，a、b为两只交流电表，则()图10214AA为电流互感器，且n1n2，a是电压表CB为电流互感器，且n3n4，b是电压表【解析】由题图可知A为电流互感器，B为电压互感器，因此a是电流表，b是电压表在A中，有I1n1I2n2，要把大电流变为小电流，有n2n1；在B中，有，要把高电压变成低电压，则有n3n4；综上所述可知，选项A、D正确【答案】AD理想变压器基本关系1(xx山东省烟台市调研)如图10215所示，一理想变压器原线圈的匝数n11 100匝，副线圈的匝数n2220匝，交流电源的电压u220sin (100t)V，R为负载电阻，电压表、电流表均为理想电表，则下列说法正确的是()图10215A交流电的频率为100 HzB电压表的示数为44 VC电流表A1的示数大于电流表A2的示数D变压器的输入功率大于输出功率【解析】由交流电源的电压u220sin(100t)V，可得交流电的频率为50 Hz，选项A错误变压器输入电压为220 V，由变压公式得，变压器输出电压为44 V，电压表的示数为44 V，选项B正确根据变压器电流关系，电流表A1的示数小于电流表A2的示数，选项C错误根据理想变压器功率关系，变压器的输入功率等于输出功率，选项D错误【答案】B变压器和交流电路动态分析2.图10216(xx福建高考)如图10216所示，理想变压器原线圈输入电压uUmsin t，副线圈电路中R0为定值电阻，R是滑动变阻器 和 是理想交流电压表，示数分别用U1和U2表示；和是理想交流电流表，示数分别用I1和I2表示下列说法正确的是()AI1和I2表示电流的瞬时值BU1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【解析】交流电表的示数为有效值，故A、B两项均错误；P向下滑动过程中，R变小，由于交流电源、原副线圈匝数不变，U1、U2均不变，所以I2变大，由，得I1I2变大，故C项正确，D项错误【答案】C3(多选)(xx深圳市南山区调研)如图10217，有一矩形线圈的面积为S，匝数为N，绕OO轴在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度匀速转动滑动触头P上下移动时可改变输出电压，副线圈接有定值电阻R，从图示位置开始计时，下列判断正确的是()图10217A电流表测得的是电流最大值B感应电动势的瞬时值表达式为eNBSsin tCP向上移动时，电流表示数变大DP向上移动时，电流表示数变小【解析】电流表测得的是电流有效值，选项A错误；从图示位置开始时，感应电动势的瞬时值表达式为eNBSsin t，选项B正确；P向上移动时，输出电压降低，电流表示数变小，选项C错误，D正确【答案】BD远距离输电问题4(多选)(xx江苏高考)在如图10218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10218A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】升压变压器的输出电压由电源电压及匝数比决定，输出功率变大时升压变压器的输出电压不变，A项错误由I可知当输出功率增大时输出电流增大由U损IR及P损I2R可知U损及P损均增大，故C项正确当U损增大时降压变压器的输出电压减小，B选项错误由P损R可知R，当输出功率增大时输电线损耗比例增大，D项正确【答案】CD变压器综合应用问题5一个理想变压器原线圈输入功率为P01 200 W，原、副线圈匝数比为n1n221，其副线圈两端接一内阻为r4 的电动机，此电动机正以速度v0.8 m/s匀速向上提升质量为m100 kg的重物，已知重力加速度g10 m/s2，则变压器原线圈两端的电压为多大？【解析】由能量守恒知，理想变压器原线圈输入功率等于输出功率，又等于电动机的输入功率据题意知P0mgvI2r，式中I为变压器的输出电流，即电动机的输入电流，得I10 A，变压器的输出电压为U2120 V.设变压器原线圈两端的电压为U1，据题意知，则U1U2240 V.【答案】240 V