2019-2020年高考物理大一轮复习 第十章 第二节 变压器 远距离输电教学讲义(I).doc

2019-2020年高考物理大一轮复习 第十章 第二节 变压器 远距离输电教学讲义(I)一、变压器原理1工作原理：电磁感应的互感现象2理想变压器的基本关系式(1)功率关系：P入P出(2)电压关系：，若n1n2，为降压变压器；若n1n2，为升压变压器(3)电流关系：只有一个副线圈时，；有多个副线圈时，U1I1U2I2U3I3UnIn.1.(多选)如图所示，理想变压器的初级线圈接交流电源，次级线圈接阻值为R的负载电阻若与初级线圈连接的电压表V1的示数为U1，与次级线圈连接的电压表V2的示数为U2，且U2U1，则以下判断中正确的是()A该变压器输入电流与输出电流之比为U1U2B该变压器输入功率与输出功率之比为U2U1C通过负载电阻R的电流I2D通过初级线圈的电流I1答案：CD二、远距离输电1输电线路(如图所示)2输送电流(1)I.(2)I.3电压损失(1)UUU.(2)UIR.4功率损失(1)PPP.(2)PI2R2R.2.(单选)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，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，不考虑其他因素的影响则 ()A送电电流变为原来的2倍B输电线上降落的电压将变为原来的2倍C输电线上降落的电压将变为原来的D输电线上损耗的电功率将变为原来的答案：C考点一理想变压器原、副线圈关系的应用 1基本关系(1)P入P出，(有多个副线圈时，P1P2P3)(2)，有多个副线圈时，仍然成立(3)，电流与匝数成反比(只适合一个副线圈)n1I1n2I2n3I3(多个副线圈)(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2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(多选)(xx高考山东卷)如图，将额定电压为60 V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220 V和2.2 A以下判断正确的是()A变压器输入功率为484 WB通过原线圈的电流的有效值为0.6 AC通过副线圈的电流的最大值为2.2 AD变压器原、副线圈匝数比n1n2113思路点拨根据变压器的变压规律 ，变流规律 ，正弦交变电流有效值和峰值的关系I，功率公式PIU和理想变压器的特点P1P2解决问题解析变压器的输入功率P1P2I2U22.260 W132 W，选项A错误；由得，选项D正确；由得I1I22.2 A0.6 A，选项B正确；根据I得副线圈上的电流的最大值I2mI22.2 A，选项C错误答案BD总结提升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1.(单选)(xx宁夏银川模拟)如图所示，理想变压器与电阻R、交流电压表V、交流电流表A按图甲所示方式连接，已知变压器的原、副线圈的匝数比为n1n2101，电阻R10 .图乙是R两端电压u随时间变化的图象，Um10 V则下列说法中正确的是()A交变电流的频率是50 HzB电流表A的读数为 AC电压表V的读数为10 VD变压器的输入功率为10 W解析：选D.由题意可知交流电的频率f Hz50 Hz，所以A错；依据，I2可知，电流表A的读数I1 A，所以B错；电压表V测R两端电压，则其读数为U210 V，所以C错；变压器的输出功率决定输入功率，则P出 10 W，所以P入10 W，D正确考点二理想变压器的动态分析学生用书P2001.匝数比不变的情况(如图所示)(1)U1不变，根据可以得出不论负载电阻R如何变化，U2不变(2)当负载电阻发生变化时，I2变化，根据可以判断I1的变化情况(3)I2变化引起P2变化，根据P1P2，可以判断P1的变化2.负载电阻不变的情况(如图所示)(1)U1不变，发生变化，U2变化(2)R不变，U2变化，I2发生变化(3)根据P2和P1P2，可以判断P2变化时，P1发生变化，U1不变时，I1发生变化(单选)(xx潍坊联考)如图甲所示的电路中，S为单刀双掷开关，电表为理想电表，Rt为热敏电阻(阻值随温度的升高而减小)，理想变压器原线圈接图乙所示的正弦交流电，则()A变压器原线圈中交流电压u的表达式u110sin 100t(V)BS接在a端，Rt温度升高时，变压器的输入功率变小CS接在a端，Rt温度升高时，电压表和电流表的示数均变大DS由a切换到b，Rt消耗的功率变大解析由交变电流图象，可知电压最大值为110 V，周期为0.02 s，所以100 rad/s，A项正确；副线圈输出电压由变压器匝数比和输入电压决定，故温度升高时，Rt电阻阻值减小，两端电压不变，C项错；由P可知，变压器输出功率增大，故其输入功率也随之增大，B项错；S由a切换到b，副线圈匝数减小，故输出电压减小，Rt电阻不变，由P知，消耗功率减小，D项错答案A方法总结变压器动态分析的思路流程2.(多选)(xx高考广东卷)如图所示的电路中，P为滑动变阻器的滑片，保持理想变压器的输入电压U1不变，闭合电键S，下列说法正确的是()AP向下滑动时，灯L变亮BP向下滑动时，变压器的输出电压不变CP向上滑动时，变压器的输入电流变小DP向上滑动时，变压器的输出功率变大解析：选BD.由于理想变压器输入电压U1不变，原、副线圈匝数不变，所以输出电压U2也不变，灯L亮度不随P的滑动改变，故选项A错误，选项B正确P向上滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，负载总电阻R总减小，由I2知，通过副线圈的电流I2增大，输出功率P2U2I2增大，再由知输入电流I1也增大，故选项C错误，D正确考点三关于远距离输电问题的分析 1远距离输电的处理思路对高压输电问题，应按“发电机升压变压器远距离输电线降压变压器用电器”这样的顺序，或从“用电器”倒推到“发电机”一步一步进行分析2远距离高压输电的几个基本关系(以下图为例)：(1)功率关系：P1P2，P3P4，P2P损P3.(2)电压、电流关系：，U2UU3，I2I3I线(3)输电电流：I线.(4)输电线上损耗的电功率：P损I线UI2线R线2R线当输送的电功率一定时，输电电压增大到原来的n倍，输电线上损耗的功率就减小到原来的.(单选)通过一理想变压器，经同一线路输送相同的电功率P，原线圈的电压U保持不变，输电线路的总电阻为R.当副线圈与原线圈的匝数比为k时，线路损耗的电功率为P1，若将副线圈与原线圈的匝数比提高到nk，线路损耗的电功率为P2，则P1和分别为()A.，B.2R，C.， D.2R，解析根据变压器的变压规律，得k，nk，所以U1kU，U2nkU.根据PUI，知匝数比为k和nk的变压器副线圈的电流分别为I1，I2.根据PI2R知，输电线路损耗的电功率分别为P1IR2R，P2IR2R，所以，选项D正确，选项A、B、C错误答案D总结提升解决远距离输电问题应注意下列几点(1)画出输电电路图(2)注意升压变压器副线圈中的电流与降压变压器原线圈中的电流相等(3)输电线长度等于距离的2倍(4)计算线路功率损失一般用P损I2R线3.(单选)(xx高考江苏卷)远距离输电的原理图如图所示， 升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2, 电压分别为U1、U2，电流分别为 I1、I2，输电线上的电阻为R.变压器为理想变压器，则下列关系式中正确的是()A.BI2CI1U1IR DI1U1I2U2解析：选D.根据理想变压器的工作原理得I1U1I2U2、.U2不是加在R两端的电压，故I2，而I1U1等于R上消耗的功率IR与下一级变压器的输入功率之和只有选项D正确方法技巧变压器原理的应用(多选)如图所示理想变压器的三个线圈的匝数n1n2n3144，在M、N间接正弦交流电源，在a、b和c、d间接相同的电阻器R，则()AU1U24U3BU2U32U1CI14I24I3 DP12P22P3解析由于副线圈有两个相同的铁芯，所以原线圈中的磁通量与线圈中的磁通量关系为：12223，磁通量变化率关系为：22，故每匝线圈产生的感应电动势关系为：e12e22e3，对理想变压器有：U1n1e1，U2n2e2，U3n3e3，因此，可得：，代入n1n2n3144得U2U32U1，故A错B对由能量守恒得：P1P2P32P22P3，D对，由I1U12I2U22I3U3得：I14I24I3，C对答案BCD点评公式是根据原、副线圈中的磁通量相等推导出的，若磁通量不等则要根据法拉第电磁感应定律求解4.(单选)在如图所示的铁芯上绕有4个线圈，匝数之比为n1n2n3n41121，今在线圈1两端接正弦交流电源，下列判断正确的是()AU1U2U3U4BU1U2U3，U40CU1U2U3U4D以上均不对解析：选B.线圈1、2、3的电压关系遵守变压比公式，线圈4中的磁通量始终为0，不产生感应电动势，故U40，B正确1(单选)(xx陕西西安长安一中模拟)如图，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()AU110 V，I0.05 ABU110 V，I0.2 ACU110 V，I0.2 ADU110 V，I0.2 A解析：选B.灯泡正常发光时，加在灯泡两端的电压为220 V，流过灯泡的电流I0.1 A，根据，可知电压表读数U1110 V，根据，可得电流表读数I10.2 A，因此B正确2(单选)(xx沈阳质检)如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为201，b接原线圈的中心触头，电压表和电流表均为理想电表从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值表达式为u220sin 100t(V)，则()A单刀双掷开关与a连接，在滑动变阻器触头P向上移动的过程中，电压表和电流表的示数均变小B原线圈和副线圈中交变电流的频率之比为201C当单刀双掷开关与b连接时，电压表的示数为22 VD当单刀双掷开关由a拨向b时，电压表和电流表的示数均变小解析：选C.图中电压表测量值为理想变压器输出电压，而根据理想变压器变压规律可知，输出电压决定于输入电压和原、副线圈匝数比，故滑动变阻器触头P上移过程中，电压表示数不变，A项错；变压器不改变交变电流的频率，B项错；由交变电流的瞬时值表达式可知，变压器输入电压有效值为220 V，当开关与b连接时，原、副线圈匝数比为101，由可知，输出电压有效值为22 V，C项正确；开关由a拨向b时，原、副线圈匝数比变小，故电压表示数增大，D项错3(多选)(xx河南林州一中专项练习)如图为远距离输送交流电的系统示意图，变压器均为理想变压器随着用户负载增多，发电机F达到额定功率时，降压变压器输出功率仍然不足，用户的用电器不能正常工作那么，在发电机以额定功率工作的情况下，为了适当提高用户的用电功率，可采取的措施是()A适当减小输电线的电阻rB适当提高C适当提高的同时，降低D适当降低的同时，提高解析：选AC.当发电机输出功率一定时，为使用户得到更大的功率，需减小输电线上的功率损失，根据PI2r，可以减小输电线的电阻r，A对；也可以通过提高输电电压，减小输送电流，即提高，这样使线圈n3两端电压变大，为使用户的用电器正常工作需要适当降低，C对4(单选)如图所示，理想变压器的原线圈接入u11 000sin 100t(V)的交变电压，副线圈通过电阻r6 的导线对“220 V880 W”的电器RL供电，该电器正常工作由此可知()A原、副线圈的匝数比为501B交变电压的频率为100 HzC副线圈中电流的有效值为4 AD变压器的输入功率为880 W解析：选C.副线圈输出电压U2220 VUr，故A错误.2f100 Hz，f50 Hz，故B错I2 A4 A，故C项正确由于理想变压器P入Ir880 W880 W，故D错5(多选)为保证用户电压稳定在220 V，变电所需适时进行调压，图甲为变压器示意图保持输入电压u1不变，当滑动接头P上下移动时可改变输出电压某次检测得到用户电压u2随时间t变化的曲线如图乙所示以下正确的是()甲 乙Au2190sin(50t) VBu2190sin(100t) VC为使用户电压稳定在220 V，应将P适当下移D为使用户电压稳定在220 V，应将P适当上移解析：选BD.由u2t图象知U2m190 V，T2102 s故100 rad/s，故u2190sin(100t)V，选项A错误，选项B正确由变压器电压与匝数关系得u2，可减小n1以使u2的有效值增大至220 V，即将P适当上移，故选项C错误，选项D正确6(单选)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：选B.输电线上输送的电流为I A6103 A，A错；输电线上损失的电压为U损IR61032.5 V1.5104 V15 kV，B项正确；当用5 kV电压输电时，输电导线上损失的功率不会超过3106 kW，与实际情况相背，故C项错误；当用公式P计算损失的功率时，U为输电线上损失的电压而不是输电电压，D项错误一、单项选择题1理想变压器原、副线圈两侧一定不相同的物理量是()A交变电流的频率B交变电流的功率C磁通量的变化率D交变电流的电压的最大值答案：D2(xx云南统测)如图所示，将理想变压器原线圈接入电压随时间变化规律为u220sin 100t(V)的交流电源上，在副线圈两端并联接入规格为“22 V22 W”的灯泡10个，灯泡均正常发光除灯泡外的电阻均不计，下列说法正确的是()A变压器原、副线圈匝数比为101B电流表示数为1 AC电流表示数为10 AD副线圈中电流的频率为5 Hz解析：选B.由原线圈电压瞬时值表达式可知，原线圈输入电压有效值为220 V，交变电流的频率f50 Hz，D项错；副线圈上灯泡正常发光，说明副线圈输出电压有效值为22 V，由理想变压器变压规律可知，10，A项错；由灯泡电功率PUI可知，通过每只灯泡的电流为1 A，故副线圈输出电流为10 A，由理想变压器变流规律可知，10，所以原线圈中电流的有效值为1 A，B项正确，C项错3.如图所示，一理想变压器原、副线圈匝数比为31，副线圈上接三个相同的灯泡，均能正常发光，原线圈中再串一个相同的灯泡L，则()A灯L也能正常发光B灯L比另外三个灯都暗C灯L将会被烧坏D不能确定解析：选A.原、副线圈中的电流之比为，而副线圈中通过每盏灯的电流均为其额定电流I额.又I1I2，所以通过原线圈中灯L的电流恰为其额定电流，灯L正常发光，所以A正确4(xx成都七中模拟)如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为101，b是原线圈的中心抽头，图中电表均为理想交流电表，定值电阻R10 ，其余电阻均不计，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上如图乙所示的交变电压，则下列说法中正确的是()A当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为22 VB当单刀双掷开关与a连接且t0.01 s时，电流表示数为零C当单刀双掷开关由a拨向b时，原线圈的输入功率变小D当单刀双掷开关由a拨向b时，副线圈输出电压的频率变为25 Hz解析：选A.原线圈输入电压的有效值为U1 V220 V，当单刀双掷开关与a连接时，U2U122 V，A正确；电流表测量的是有效值，当t0.01 s时，电流表示数不为零，B错误；当单刀双掷开关由a拨向b时，U2U144 V，输出功率增大，原线圈的输入功率也增大，此时输出电压的频率不变，C、D错误5(xx高考浙江卷)如图所示为远距离交流输电的简化电路图发电厂的输出电压是U，用等效总电阻是r的两条输电线输电，输电线路中的电流是I1，其末端间的电压为U1.在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流为I2.则()A用户端的电压为B输电线上的电压降为UC理想变压器的输入功率为IrD输电线路上损失的电功率为I1U解析：选A.根据理想变压器的工作原理，得I1U1I2U2，所以用户端的电压U2，选项A正确；输电线上的电压降UI1rUU1，选项B错误；变压器的输入功率P1I1UIrI1U1，选项C错误；输电线路上损失的功率PIrI1(UU1)，选项D错误6(xx江西师范大学附中月考)如图所示，匝数为50匝的矩形闭合导线框ABCD处于磁感应强度大小B T的水平匀强磁场中，线框面积S0.5 m2，线框电阻不计线框绕垂直于磁场的轴OO以角速度100 rad/s匀速转动，并与理想变压器原线圈相连，副线圈接入一只“220 V,60 W”灯泡，且灯泡正常发光，熔断器允许通过的最大电流为10 A，下列说法正确的是 ()A在图示位置线框中产生的感应电动势最大B线框中产生感应电动势的有效值为250 VC变压器原、副线圈匝数之比为2522D允许变压器输出的最大功率为1 000 W解析：选C.在图示位置线框平面和磁感线垂直，磁通量最大，线框中产生的感应电动势为零，选项A错误；线框中产生的感应电动势的最大值EmNBS250 V，其有效值EEm250 V，选项B错误；灯泡能正常发光，则电压U2220 V，由，可知变压器原、副线圈匝数之比为2522，选项C正确；熔断器允许通过的最大电流为10 A，即I110 A，P1U1I125010 W2 500 W，因此变压器允许输出的最大功率为2 500 W，选项D错误二、多项选择题7(xx江西景德镇模拟)如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为101，电阻R22 ，各电表均为理想电表副线圈输出电压的变化规律如图乙所示下列说法正确的是()A输入电压的频率为100 HzB电压表的示数为220 VC电流表的示数为1 AD电阻R消耗的电功率是22 W解析：选BD.由ut图象知，电压的周期T2102 s，则频率f50 Hz，选项A错误；副线圈电压的有效值为22 V，故原线圈电压有效值为220 V，选项B正确；副线圈的电流有效值I21 A，I1I20.1 A，选项C错误；电阻R消耗的电功率P2IR22 W，选项D正确8(xx高考广东卷改编)如图，理想变压器原、副线圈匝数比n1n221，V和A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()A电流频率为100 HzBV的读数为24 VCA的读数为1 AD变压器输入功率为6 W解析：选CD.由u112sin 100t(V)可知，Um12 V，100 rad/s，则频率f50 Hz，A项错误U112 V，U2U16 V，B项错误I21 A，C项正确P1P2U2I26 W，D项正确9(xx汕头质检)如图为远距离输电的示意图，若电厂输出电压u1220sin 100t(V)，则下列表述正确的是()AU1U4BU1220 VC若U2提高为原来的10倍，输电线上损失的功率为原来的D用户得到的交变电流频率为25 Hz解析：选AC.远距离采用高压输电，然后降压后再使用，所以A正确；U1为有效值，应该是220 V，所以B错误；输电线上损失的功率为P损2R线，所以C正确；由交变电流的瞬时值表达式可得交变电流的频率为f Hz50 Hz，所以D错误10.(xx湖北重点中学联考)如图是手机充电器的内部电路核心部分的简化模型，将变压器和二极管都视为理想元件，已知变压器的原、副线圈匝数比为201，A、B端输入电压为U1220sin 100t(V)，对于输出端CD(OD为副线圈的中心抽头)()A输出电压的有效值为11 VB输出电压的有效值为5.5 VCCD端的输出功率和AB端的输入功率之比为12DCD端的输出功率和AB端的输入功率之比为11解析：选BD.由于OD为副线圈的中心抽头，则AB与CD线圈匝数之比为401，线圈CD间电压的最大值为 V，而本题中的两个二极管相当于把CD之间的交变电压的负半部分对称地变为正半部分，这样交变电流就全部变为正值，且周期为原来的一半，因而有效值为5.5 V，A错误，B正确变压器AB端的输入功率等于CD端的输出功率，因而C错误，D正确三、非选择题11如图甲为一理想变压器，ab为原线圈，ce为副线圈，d为副线圈引出的一个接头，原线圈输入正弦式交变电压的ut图象如图乙所示若只在ce间接一只Rce400 的电阻，或只在de间接一只Rde225 的电阻，两种情况下电阻消耗的功率均为80 W.(1)请写出原线圈输入电压瞬时值uab的表达式；(2)求只在ce间接400 电阻时，原线圈中的电流I1；(3)求ce和de间线圈的匝数比.解析：(1)由题图乙知200 rad/s电压瞬时值uab400sin 200t(V)(2)电压有效值U1200 V理想变压器P1P2原线圈中的电流I1，解得I10.28 A.(3)设ab间匝数为n1，同理由题意知，解得代入数据得.答案：见解析12(xx武汉模拟)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P500 kW，当使用U5 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？解析：(1)输送功率P500 kW，一昼夜输送电能EPt12 000 kWh输电线上损失的电能E4 800 kWh终点得到的电能EEE7 200 kWh，所以输电效率60%输电线上的电流I100 A输电线损耗功率PrI2r，其中Pr200 kW得r20 .(2)输电线上损耗功率Pr2r原来Pr200 kW，现在要求Pr10 kW，解得输电电压应调节为U22.4 kV.答案：(1)60%20 (2)22.4 kV