高三物理一轮复习 第十章 交变电流 传感器 30 理想变压器 远距离输电课件

基 础 自 主 梳 理 基 础 自 主 梳 理 基 础 自 主 梳 理 基 础 自 主 梳 理 要 点 研 析 突 破理想变压器原副线圈各物理量及其决定关系1.原副线圈的物理量关系 理 想 变 压 器 (1)没 有 能 量 损 失 (铜 损 、 铁 损 )(2)没 有 磁 通 量 损 失 (磁 感 线 全 部 集 中 在 铁 芯 中 )基 本关 系 功 率 P1=P2,即 U1I1=U2 I2电 压 2121 nnUU 电 流 1221 nnII (只 有 一 个 副 线 圈 ) 频 率 f1=f2 要 点 一 要 点 研 析 突 破 要 点 研 析 突 破例 1 (多 选 )(2015海 南 卷 )如 图 所 示 ， 理 想 变 压 器 原 、 副 线 圈 匝 数 之 比 为 4 1，原 线 圈 与 一 可 变 电 阻 串 联 后 ， 接 入 一 正 弦 交 流 电 源 ； 副 线 圈 电 路 中 固 定 电 阻 的阻 值 为 R0， 负 载 电 阻 的 阻 值 R 11R0， 是 理 想 电 压 表 .现 将 负 载 电 阻 的 阻 值 减 小为 R 5R0， 保 持 变 压 器 输 入 电 流 不 变 ， 此 时 电 压 表 的 读 数 为 5.0 V， 则 ( )A.此 时 原 线 圈 两 端 电 压 的 最 大 值 约 为 34 VB.此 时 原 线 圈 两 端 电 压 的 最 大 值 约 为 24 VC.原 线 圈 两 端 原 来 的 电 压 有 效 值 约 为 68 VD.原 线 圈 两 端 原 来 的 电 压 有 效 值 约 为 48 V 要 点 研 析 突 破思 维 导 引 理 想 变 压 器 的 变 压 比 由 什 么 决 定 ？ 加 在 原 线 圈 接 线 柱 两 端 的 电 压是 否 可 视 为 加 在 变 压 器 绕 组 上 的 电 压 ？解 析 ： 当 电 阻 阻 值 减 小 为 5R0时 ， 根 据 串 并 联 电 路 的 特 点 ， 可 知 R两 端 的 电 压 为R0两 端 电 压 的 5倍 ， 因 为 电 压 表 测 量 R两 端 的 电 压 ， 所 以 UR0=1/5 5 V， 故 副 线圈 两 端 电 压 为 U 2=6 V， 根 据 变 压 器 的 变 压 比 可 知 ， 原 线 圈 两 端 的 电 压 为 24 V，因 此 原 线 圈 两 端 的 最 大 值 约 为 24 V， 约 为 34 V,A项 正 确 ， B项 错 误 ； 因 为 变 化过 程 中 ， 变 压 器 的 输 入 电 流 不 变 ， 根 据 交 流 比 ， 副 线 圈 中 电 流 也 不 变 ， 变 化 前副 线 圈 两 端 的 电 压 U2 IR0+11IR0=12IR0， 变 化 后 副 线 圈 两 端 的 电 压 U2IR0+5IR0=6IR0， U2 =2U2， 由 变 压 比 可 知 ， 原 线 圈 两 端 原 来 的 电 压 有 效 值 约 为48 V， D项 正 确 ， C项 错 误 .答 案 ： AD 2 感 悟 提 升 ： 对 理 想 变 压 器 基 本 规 律 的 应 用 要 把 握 好 三 个 决 定 关 系 ：(1)电 压 决 定 关 系 ： 输 入 电 压 U1决 定 输 出 电 压 U2， 这 是 因 为 输 出 电 压 U2(n2/n1)/U1， 当 U1不 变 时 ， 不 论 负 载 电 阻 R变 化 与 否 ， U2都 不 会 改 变 .(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. 要 点 研 析 突 破1 如 图 所 示 ， 一 理 想 变 压 器 原 、 副 线 圈 匝 数 之 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 。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 比 值 为k， 则 ( ) A U 66 V， k 1/9 B U 22 V， k 1/9C U 66 V， k 1/3 D U 22 V， k 1/3 要 点 研 析 突 破解 析 ： 原 线 圈 与 电 阻 R串 联 ， 接 在 220 V正 弦 交 流 电 源 上 ， 有220 V=U1+I1R， 副 线 圈 回 路 中 R两 端 电 压 U即 为 副 线 圈 两 端 电 压U=I2R， 根 据 理 想 变 压 器 变 压 规 律 U1 U2 3 1， 又 由 理 想 变 压 器变 流 规 律 得 I1 I2=1 3， 整 理 可 得 (220 V-I1R) 3I1R=3 1， 解 得I 1R=22 V， 因 而 U=I2R=3I1R=66 V， 电 阻 消 耗 功 率 之 比 k=I12R I22R 1 9， 故 A项 正 确 .答 案 ： A 要 点 研 析 突 破2.(2016 湖 南 长 郡 中 学 二 模 )调 压 变 压 器 就 是 一 种 自 耦 变 压 器 ， 它 的 构 造 如 图 甲 所示 .线 圈 AB绕 在 一 个 圆 环 形 的 铁 芯 上 ， CD之 间 输 入 交 变 电 压 ， 转 动 滑 动 触 头 P就可 以 调 节 输 出 电 压 .图 甲 中 两 电 表 均 为 理 想 交 流 电 表 ， R1、 R2为 定 值 电 阻 ， R3为 滑动 变 阻 器 .现 在 CD两 端 输 入 图 乙 所 示 正 弦 式 交 流 电 ， 变 压 器 视 为 理 想 变 压 器 ， 那么 (D)A.由 乙 图 可 知 CD两 端 输 入 交 流 电 压 u的 表 达 式 为 u=36 sin 100t(V)B.当 滑 动 触 头 P逆 时 针 转 动 时 ， MN之 间 输 出 交 流 电 压 的 频 率 变 大C.当 滑 动 变 阻 器 滑 动 触 头 向 下 滑 动 时 ， 电 流 表 读 数 变 大 ， 电 压 表 读 数 也 变 大 D.当 滑 动 变 阻 器 滑 动 触 头 向 下 滑 动 时 ， 电 阻 R2消 耗 的 电 功 率 变 小2 要 点 研 析 突 破解 析 ： 由 图 乙 可 知 u=36 sin 100t(V)， A项 错 误 ;M、 N之 间 输 出 交 流 电 压 的 频 率 由输 入 的 交 流 电 压 的 频 率 决 定 ， B项 错 误 ;滑 动 变 阻 器 的 滑 动 触 头 向 下 滑 动 时 ， R 3减小 ， 由 “ 串 反 并 同 ” 可 知 电 压 表 读 数 减 小 ， 电 流 表 读 数 增 大 ， R2消 耗 的 电 功 率P2=U2/R2减 小 ， C项 错 误 ， D项 正 确 .答 案 ： D 2 要 点 研 析 突 破3.(2014 全 国 新 课 标 卷 ) 如 图 所 示 ， 一 理 想 变 压 器 原 、 副 线 圈 的 匝 数 分别 为 n 1、 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 U ab和 Ucd， 则 （ ）A.Uab Ucd n1 n2B.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 ， c、 d间 的 电 压 Ucd越 大D.将 二 极 管 短 路 ， 电 流 表 的 读 数 加 倍 要 点 研 析 突 破解 析 ： 经 交 流 电 压 表 、 交 流 电 流 表 测 得 的 值 分 别 为 交 变 电 压 和 交 变 电 流的 有 效 值 ， 根 据 变 压 器 公 式 212 nnUUab 得 到 输 出 电 压 ， 而 输 出 电 压 U2不 等于 c、 d端 电 压 ， 因 二 极 管 具 有 单 向 导 电 性 ， 输 入 电 压 通 过 变 压 器 变 压 后经 二 极 管 整 流 后 有 效 值 发 生 变 化 ， 122 2222 nUnUU abcd ， 则 Uab Ucd 2 n1 n2， 故 A 错 误 .增 大 负 载 电 阻 的 阻 值 R,Uab不 变 ， Ucd也 不 变 ， 根据 P 出 RUcd2 可 知 输 出 功 率 减 小 ， 根 据 理 想 变 压 器 的 输 入 功 率 等 于 输 出 功率 可 知 ， 输 入 功 率 必 减 小 ， 故 电 流 表 读 数 变 小 ， B 正 确 ， C 错 误 .二 极 管 短路 时 ， U cd U2， 输 出 功 率 P出 RUcd2 RU22 2P 出 ， 故 输 入 功 率 P1也 加倍 ， 而 输 入 电 压 U1不 变 ， 根 据 P1 U1I1得 电 流 表 读 数 加 倍 ， D正 确 .答 案 ： BD 要 点 研 析 突 破 远距离输电问题的探究输 电 线 上 的 功 率 损 耗 由 输 出 功 率 、 输 出 电 压 和 导 线 电 阻 决 定 ,P=I2R 线=(UP )2R线 .当 输 送 功 率 和 导 线 电 阻 一 定 时 ,输 电 线 上 的 损 耗 功 率 和 输 出 电 压的 平 方 成 反 比 ,这 就 是 采 用 高 压 输 电 的 原 因 .要 点 二 要 点 研 析 突 破例 2 (2016 贵 阳 市 期 中 测 试 )在 远 距 离 输 电 时 ， 要 考 虑 尽 量 减 少 输电 线 上 的 功 率 损 失 .有 一 个 小 型 发 电 站 ， 输 送 的 电 功 率 为 P=500 kW，当 使 用 U=5 kV的 电 压 输 电 时 ， 测 得 安 装 在 输 电 线 路 起 点 和 终 点 处的 两 只 电 度 表 一 昼 夜 示 数 相 差 4 800 kWh.求 ：(1)输 电 效 率 和 输 电 线 的 总 电 阻 r；(2)若 想 使 输 电 效 率 提 高 到 98%， 又 不 改 变 输 电 线 ， 那 么 发 电 站 应 使用 多 高 的 电 压 向 外 输 电 ？思 维 导 引 : 什 么 是 输 电 效 率 ？ “ 两 只 电 度 表 一 昼 夜 示 数 相 差 4 800 kWh” 是 什 么 意 义 ？ 知 道 什 么 条 件 可 计 算 输 电 线 的 总 电 阻 ？ 要 点 研 析 突 破解 析 ： (1)输 送 功 率 P=500 kW， 一 昼 夜 输 送 电 能 E=Pt=12 000 kW h，输 电 线 上 损 失 的 电 能 E=4 800 kW h，终 点 得 到 的 电 能 E =E E=7 200 kW h，所 以 ， 输 电 效 率 =E /E=60%.输 电 线 上 的 电 流 I=P/U=100 A,输 电 线 损 耗 功 率 Pr=I 2r，其 中 Pr=E/t=200 kW,得 r=20 . (2)输 电 线 上 损 耗 功 率 Pr=(P/U) 2r 1/U2，原 来 Pr=200 kW， 现 在 要 求 Pr =10 kW，解 得 输 电 电 压 应 调 节 为 U =22.4 kV. 答 案 ： (1)60% 20 (2)22.4 kV 要 点 研 析 突 破感 悟 提 升 ： 远 距 离 输 电 问 题 中 ， 需 要 输 送 的 电 功 率 是 由 用 户 决 定 的 ，在 题 目 中 一 般 是 确 定 的 ， 输 电 导 线 上 的 电 流 便 决 定 于 输 电 的 电 压 ，即 I=P/U;导 线 上 的 功 率 损 耗 则 决 定 于 输 电 电 流 和 导 线 电 阻 ， 即P=I 2r.解 题 过 程 中 要 抓 住 这 两 个 基 本 关 系 . 要 点 研 析 突 破4.(2015 福 建 卷 )图 为 远 距 离 输 电 示 意 图 ， 两 变 压 器 均 为 理 想 变 压 器 ， 升 压 变 压 器T的 原 、 副 线 圈 匝 数 分 别 为 n1、 n2， 在 T的 原 线 圈 两 端 接 入 一 电 压 u=Umsin t的 交流 电 源 ， 若 输 送 电 功 率 为 P， 输 电 线 的 总 电 阻 为 2r， 不 考 虑 其 他 因 素 的 影 响 ， 则输 电 线 上 损 失 的 电 功 率 为 ( ) 解 析 ： 因 为 u=Umsin t， 所 以 有 U1=Um/ ， 根 据 变 压 器 变 压 规 律有 ： U2=(n2u1)/n1， 根 据 P=U2I2得 线 路 损 失 的 功 率 为 ， 所以 C项 正 确 ， A、 B、 D项 错 误 .答 案 ： C 2 速 效 提 升 训 练1.(2015 广 东 卷 )如 图 为 气 流 加 热 装 置 的 示 意 图 ， 使 用 电 阻 丝 加 热 导 气 管 .视 变 压器 为 理 想 变 压 器 ， 原 线 圈 接 入 电 压 有 效 值 恒 定 的 交 流 电 并 保 持 匝 数 不 变 .调 节 触 头P， 使 输 出 电 压 有 效 值 由 220 V降 至 110 V， 调 节 前 后 ( )A.副 线 圈 中 的 电 流 比 为 1 2B.副 线 圈 输 出 功 率 比 为 2 1C.副 线 圈 的 接 入 匝 数 比 为 2 1D.原 线 圈 输 入 功 率 比 为 1 2 解 析 ： 设 原 线 圈 输 入 电 压 为 U1， 原 线 圈 的 匝 数 为 n1， 副 线 圈 输 出 电压 为 U2， 副 线 圈 的 匝 数 为 n2， 则 U1/U2=n/n2， 当 副 副 线 圈 的 输 出 电压 降 为 原 来 的 一 半 时 ， 副 线 圈 的 匝 数 减 为 原 来 的 1/2， C项 正 确 ； 由I2=U2/R可 知 ， 副 线 圈 的 电 流 减 为 原 来 的 一 半 ， A项 错 误 ； 由P=U2/R可 知 ， 副 线 圈 输 出 的 功 率 减 为 原 来 的 1/4， 原 线 圈 的 输 入 功率 等 于 副 线 圈 的 输 出 功 率 ， 因 此 原 线 圈 的 输 入 功 率 也 减 为 原 来 的1/4， B、 D两 项 错 误 .答 案 ： C 速 效 提 升 训 练2.(2014 山 东 卷 )如 图 所 示 ， 将 额 定 电 压 为 60V的 用 电 器 ， 通 过 一 理 想 变压 器 接 在 正 弦 交 变 电 源 上 .闭 合 开 关 S 后 ， 用 电 器 正 常 工 作 ， 交 流 电 压 表 和交 流 电 流 表 (均 为 理 想 电 表 )的 示 数 分 别 为 220V和 2.2A.以 下 判 断 正 确 的 是 （ ）A.变 压 器 输 入 功 率 为 484WB.通 过 原 线 圈 的 电 流 的 有 效 值 为 0.6AC.通 过 副 线 圈 的 电 流 的 最 大 值 为 2.2AD.变 压 器 原 、 副 线 圈 匝 数 比 n 1 n2 11 3 解 析 ： 理 想 电 流 表 没 有 电 阻 ， 显 示 的 2.2A是 理 想 变 压 器 的 输 出 电 流 的 有效 值 ， 理 想 电 压 表 的 电 阻 无 穷 大 ， 显 示 的 220V 是 理 想 变 压 器 的 输 入 电 压的 有 效 值 .用 电 器 正 常 工 作 ， 所 以 ， 理 想 变 压 器 的 输 出 电 压 的 有 效 值 为 60V.根 据 理 想 变 压 器 的 电 压 与 匝 数 成 正 比 ， 可 得 n1 n2 U1 U2 11 3 ， 选项 D正 确 .理 想 变 压 器 的 输 入 功 率 等 于 输 出 功 率 ， P 入 P出 602.2W 132W ， 选 项 A 错 误 .根 据 理 想 变 压 器 的 电 流 与 匝 数 成 反 比 ， 即 I1 I2 n2 n1，可 得 通 过 原 线 圈 的 电 流 的 有 效 值 为 I1 212 Inn 0.6A ， 选 项 B正 确 .通 过变 压 器 的 是 正 弦 交 流 电 ， 所 以 副 线 圈 的 电 流 的 最 大 值 为 Im 2 I22.2 2 A， 选 项 C 错 误 .答 案 ： BD 速 效 提 升 训 练3.(多 选 )如 图 所 示 ， 理 想 变 压 器 原 、 副 线 圈 的 匝 数 比 为 11 2， 原 线圈 两 端 的 输 入 电 压 u=220 sin 100t(V)， 电 表 均 为 理 想 电 表 ， 滑 动 变阻 器 R接 入 电 路 部 分 的 阻 值 为 10 .下 列 叙 述 中 正 确 的 是 ( )A.该 交 流 电 的 频 率 为 50 HzB.电 压 表 的 读 数 为 40 VC.电 流 表 的 读 数 为 4 AD.若 滑 动 变 阻 器 的 滑 片 P向 a端 移 动 ， 电 流 表 的 读 数 变 大22 解 析 ： 根 据 原 线 圈 两 端 输 入 电 压 的 表 达 式 可 知 ， 交 流 电 的 频 率 f=/(2)=(100)/(2) Hz=50 Hz， A项 正 确 ； 变 压 器 原 线 圈 电 压 的 有 效值 为 U1=220 V， 利 用 变 压 器 的 变 压 比 U1 U2=n1 n2， 可 求 得 U2=40 V， 电 压 表 的 读 数 为 40 V,B项 错 误 ； 电 流 表 的 读 数 为 I=U2/R=4 A,C项 正 确 ； 若 滑 动 变 阻 器 的 滑 片 P向 a端 移 动 ， 接 入 电 路 的 电 阻 增 大 ，而 U2不 变 ， 电 流 表 示 数 变 小 ， D项 错 误 .答 案 ： D 速 效 提 升 训 练4.(2014 福 建 卷 )下 图 为 模 拟 远 距 离 输 电 实 验 电 路 图 ， 两 理 想 变 压 器 的 匝数 n1 n42R，忽 略 灯 丝 电 阻 随 温 度 的 变 化 .当 A、 B端 接 入 低 压 交 流 电 源 时 （ ）A.A1、 A2两 表 的 示 数 相 同B.L1、 L2 两 灯 泡 的 亮 度 相 同C.R 1消 耗 的 功 率 大 于 R3消 耗 的 功 率D.R2两 端 的 电 压 小 于 R4两 端 的 电 压 速 效 提 升 训 练解 析 ： 由 于 n1n2， 所 以 左 边 的 理 想 变 压 器 为 升 压 变 压 器 ， 低 压 交 流 电 源经 过 理 想 升 压 变 压 器 后 ， 由 于 功 率 不 变 ， 所 以 电 流 变 小 ， 则 A1表 的 示 数小 于 A 2表 的 示 数 ， 故 A 项 错 误 ； 由 2121 nnUU ， U3 U2-IA12R及 43UU 43nn 可知 ， L1两 端 的 电 压 UL1 U4 U1- 34nn IA12R， 又 L2两 端 的 电 压 UL2U 1-IA22R， 因 34nn IA1UL2， 由 P RU2 可 知 ， L1的 功 率 大 于 L2的 功 率 ， 所 以 L1的 亮 度 大 于 L2， 故 B 项 错 误 ； 由 于 A1表 的 示 数 小 于 A2表 的 示 数 ， 由 P I2R可 知 ， R1消 耗 的 功 率 小 于 R3消 耗 的 功 率 ， 故 C 项 错误 ； 由 于 A1表 的 示 数 小 于 A2表 的 示 数 ， 由 U IR可 知 ， R2两 端 的 电 压 小于 R 4两 端 的 电 压 ， 故 D项 正 确 .答 案 ： D 速 效 提 升 训 练5.(2016 济 南 市 学 业 水 平 测 试 )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 3 106 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 2.0 10 5 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 9 10 8 kWD.输 电 线 上 损 失 的 功 率 为 P U 2/r， U为 输 电 电 压 ， r为 输 电 线 的 电 阻解 析 ： 由 P=IU得 输 电 线 上 输 送 的 电 流 I=P/U=(3 106 103)/(500 103 )A=6 103 A， 选 项 A错 误 ； 由 U Ir得 输 电 线 路 上 的 电 压 损 失 U=6 103 2.5 V=15 103 V， 选 项 B正 确 ， 选 项 D错 误 ； 输 电 线 上 损 失 的 功 率 为P=I2r=(P2/U2)r=(3 106） /52 2.5 W=9 107 W， 选 项 C错 误 .答 案 ： B 速 效 提 升 训 练 速 效 提 升 训 练