2021屆高考物理教學(xué)案：第56講　變壓器　電能的輸送含解析

1、學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精2021屆高考物理人教版一輪創(chuàng)新教學(xué)案：第56講變壓器電能的輸送含解析第56講變壓器電能的輸送 基礎(chǔ)命題點變壓器的原理和規(guī)律1構(gòu)造如圖所示，變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個線圈組成的。(1)原線圈：與交流電源連接的線圈，也叫初級線圈.（2)副線圈：與負載連接的線圈，也叫次級線圈.2原理電流磁效應(yīng)、電磁感應(yīng)。3理想變壓器原、副線圈基本量的關(guān)系理想變壓器(1）沒有能量損失（繞線無電阻、鐵芯無渦流）（2）沒有磁通量損失（磁通量全部集中在鐵芯中)基本關(guān)系功率關(guān)系根據(jù)能量守恒可得：原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率,即p入p出電壓關(guān)系原、副線圈的電壓之比等于其匝數(shù)之比，公

2、式：,與負載、副線圈的個數(shù)無關(guān)電流關(guān)系（1)只有一個副線圈時：(2)有多個副線圈時:由p入p出得i1u1i2u2i3u3inun或i1n1i2n2i3n3innn頻率關(guān)系f1f2（變壓器不改變交變電流的頻率)4幾種常用的變壓器（1）自耦變壓器-調(diào)壓變壓器，如圖甲（降壓作用）、乙(升壓作用）所示.(2）互感器電壓互感器(n1n2)：把高電壓變成低電壓,如圖丙所示。電流互感器（n1u1，u2降低 bu2u1，u2升高c變壓器輸入功率增大 d變壓器輸入功率減小解析根據(jù)變壓器的電壓關(guān)系有，由于n2n1，所以u2u1，當(dāng)滑動觸頭順時針轉(zhuǎn)動，即n2減小時,電壓u2降低,故a、b錯誤;由于電壓u2減小，則定

3、值電阻消耗的電功率減小，根據(jù)理想變壓器的輸入功率等于輸出功率,可知變壓器的輸入功率也減小，故c錯誤，d正確。答案d1自耦變壓器的原理和普通的理想變壓器的原理是相同的，電壓與匝數(shù)成正比，電流與匝數(shù)成反比，根據(jù)基本的規(guī)律分析即可。2處理變壓器的動態(tài)分析問題，首先應(yīng)明確“不變量”和“變化量”，對變化量要把握它們之間的制約關(guān)系，依據(jù)程序分析的思想，從主動變化量開始,依據(jù)制約關(guān)系從前到后或從后到前逐一分析各物理量的變化情況。(2019山東省“評價大聯(lián)考三模）如圖所示，理想變壓器t的原線圈接在電壓為u的交流電源兩端，p為滑動變阻器的滑片,rt為熱敏電阻,其阻值隨溫度升高而減小，則()ap向左滑動時，變壓器

4、的輸出電壓變大bp向左滑動時，變壓器的輸入功率變大crt溫度升高時，燈l變亮drt溫度升高時，適當(dāng)向右滑動p可保持燈l亮度不變答案d解析p向左滑動時,變壓器的輸入電壓和原、副線圈的匝數(shù)比均不變,輸出電壓不變，故a錯誤;p向左滑動時，滑動變阻器的電阻變大，副線圈回路的總電阻增大，輸出功率減小,所以變壓器的輸入功率也變小，故b錯誤;rt溫度升高時，熱敏電阻的阻值減小，副線圈回路的總電阻減小，總電流增大，滑動變阻器的分壓增大，燈l兩端電壓減小，燈l變暗,故c錯誤；rt溫度升高時,熱敏電阻的阻值減小，只有適當(dāng)向右滑動p使滑動變阻器的電阻也變小，才能使燈l分壓不變，從而保持燈l的亮度不變，故d正確。能力

5、命題點二電能的輸送1降低輸電損耗的兩個途徑由p損i2r知，降低輸電損耗可從以下兩個途徑入手(1)減小輸電導(dǎo)線的電阻：由電阻定律r可知，在輸電距離一定的情況下，為了減小電阻，應(yīng)采用電阻率小的材料，也可以增加導(dǎo)線的橫截面積。(2）減小輸電導(dǎo)線中的輸電電流：由pui可知，當(dāng)輸送功率一定時,提高輸電電壓，可以減小輸電電流。2遠距離輸電問題的“三二一”(1)理清三個回路(2）抓住兩個聯(lián)系理想升壓變壓器聯(lián)系回路1和回路2，由變壓器原理可得：線圈1（匝數(shù)為n1）和線圈2(匝數(shù)為n2)中各個量間的關(guān)系是，p1p2。理想降壓變壓器聯(lián)系回路2和回路3，由變壓器原理可得：線圈3(匝數(shù)為n3）和線圈4(匝數(shù)為n4）中

6、各個量間的關(guān)系是,，p3p4。（3）掌握一個守恒:能量守恒關(guān)系式p2p損p3。(多選）如圖所示為遠距離輸電示意圖，兩變壓器均為理想變壓器。升壓變壓器t1的原、副線圈匝數(shù)之比n1n2110，在t1的原線圈兩端接入一正弦交流電，輸電線的總電阻為2 ，降壓變壓器t2的原、副線圈匝數(shù)之比n3n4101,若t2的“用電設(shè)備兩端的電壓u4200 v，且“用電設(shè)備”消耗的電功率為10 kw,不考慮其他因素的影響，則下列說法正確的是(）at1的副線圈兩端電壓的最大值為2010 vbt2的原線圈兩端的電壓為2000 vc輸電線上損失的電功率為50 wdt1的原線圈輸入的電功率為10。1 kw解析對于降壓變壓器t

7、2，副線圈上的輸出電流i450 a,依據(jù)，可得u32000 v，i35 a,b正確；輸電線上損失的電壓u損i3r10 v，損失的功率p損u損i350 w,c正確；在輸電回路中u2u3u損2010 v，所以變壓器t1的副線圈兩端電壓的最大值為2010 v,a正確；根據(jù)變壓器的功率關(guān)系和i3i2,可知原線圈輸入的電功率p輸入u1i1u2i2u2i320105 w10.05 kw，d錯誤.答案abc輸電線路功率損失的計算方法p損p1p4p1為輸送的功率，p4為用戶得到的功率p損ir線i線為輸電線路上的電流,r線為線路電阻p損u為輸電線路上損失的電壓,uu2u3i線r線p損ui線注意：u不要錯代入u2

8、或u31從發(fā)電站輸出的功率為220 kw，輸電線的總電阻為0。05 ，用110 v和11 kv兩種電壓輸電.兩種情況下輸電線上由電阻造成的電壓損失之比為（)a1001 b1100c110 d101答案a解析由題意知輸電線上的電流i，則輸電線上由電阻造成的電壓損失uir,故,故選a。2如圖所示是發(fā)電廠通過升壓變壓器進行高壓輸電,接近用戶端時再通過降壓變壓器降壓給用戶供電的示意圖。圖中變壓器均可視為理想變壓器，圖中電表均為理想交流電表。設(shè)發(fā)電廠輸出的電壓一定,兩條輸電線總電阻用r0表示,變阻器r相當(dāng)于用戶用電器的總電阻，當(dāng)用電器增加時,相當(dāng)于r變小，則當(dāng)用電進入高峰時（)a電壓表v1、v2的讀數(shù)均

9、不變，電流表a2的讀數(shù)增大，電流表a1的讀數(shù)減小b電壓表v3、v4的讀數(shù)均減小，電流表a2的讀數(shù)增大，電流表a3的讀數(shù)減小c電壓表v2、v3的讀數(shù)之差與電流表a2的讀數(shù)的比值不變d線路損耗功率不變答案c解析電壓表v1的示數(shù)u1即發(fā)電廠的輸出電壓不變，升壓變壓器的匝數(shù)比不變，則v2的示數(shù)u2不變。用電進入高峰時,用電器增加，r變小，電路的總電阻變小，而u1不變，則電流表a1的讀數(shù)增大，根據(jù)原、副線圈中的電流與匝數(shù)成反比可知，電流表a2和a3的讀數(shù)i1和i2都增大,a、b錯誤;由r0知，c正確;線路損耗功率pir0，i2增大，故p增大，d錯誤.課時作業(yè)1如圖甲所示的電路中，l1、l2、l3為三只“

10、6 v3 w的燈泡,變壓器為理想變壓器,各電表均為理想電表.當(dāng)ab端接如圖乙所示的交變電壓時，三只燈泡均正常發(fā)光。下列說法中正確的是（）a變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為12b副線圈兩端輸出的交流電頻率為50 hzc電流表的示數(shù)為0。5 ad電壓表的示數(shù)為18 v答案b解析燈泡正常發(fā)光時的電流i00。5 a，則副線圈中的電流i22i0，而原線圈中電流i1i0，則變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1n2i2i121,a錯誤；由題圖乙可知該交流電的周期t0.02 s,則頻率f50 hz，變壓器不改變交流電的頻率,故b正確;電流表的示數(shù)iai22i01 a,c錯誤；因燈泡正常發(fā)光，則副線圈兩端電壓u26 v，則原

11、線圈兩端電壓u1u212 v,電壓表示數(shù)為12 v，d錯誤。2(多選）如圖所示為兩個互感器，在圖中圓圈內(nèi)a、b表示電表,已知電壓比為100，電流比為10,電壓表的示數(shù)為220 v，電流表的示數(shù)為10 a，則（）aa為電流表，b為電壓表ba為電壓表，b為電流表c線路輸送的電功率為2200 wd線路輸送的電功率為2。2106 w答案bd解析電壓互感器是并聯(lián)在原電路中的,電流互感器是串聯(lián)在原電路中的，所以a為電壓表，b為電流表,b正確；由電壓比為100知u12.2104 v，由電流比為10知i1100 a，由pu1i1可得線路輸送的電功率為2。2106 w，d正確。3如圖所示，一理想變壓器的原線圈匝

12、數(shù)n11000,所加電壓u220 v，串聯(lián)了一個阻值為r4 的電阻；副線圈接入電路的匝數(shù)n2可以通過滑動觸頭q調(diào)節(jié),副線圈接有阻值r9 的定值電阻.r相當(dāng)于變壓器在原線圈電路中的電阻，當(dāng)n2取下列哪個值時,r消耗的功率最大(）a2000 b1500 c600 d400答案b解析將串聯(lián)的電阻r等效為電源內(nèi)阻，變壓器相當(dāng)于外電路,當(dāng)電源內(nèi)阻與外電路電阻相等時,電源的輸出功率即原線圈的輸入功率最大，而理想變壓器原線圈的輸入功率等于副線圈電阻r消耗的電功率，此時有rr，代入相關(guān)數(shù)據(jù)解得n21500，b正確。4如圖為遠距離輸電示意圖,升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器，r為輸電線的等效電阻.保持交流發(fā)

13、電機輸出電壓不變，若電壓表示數(shù)變小，下列判斷正確的是()a電流表示數(shù)變小b降壓變壓器原、副線圈兩端的電壓之比變小c升壓變壓器輸出電壓變小d輸電線損失的功率變大答案d解析降壓變壓器原、副線圈的電壓比等于降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比，保持不變，b錯誤；電壓表的示數(shù)減小，則降壓變壓器原線圈的電壓u3減小，由于發(fā)電機的輸出電壓不變，則升壓變壓器副線圈的輸出電壓u2不變,由u2u3ir可知，電流表的示數(shù)變大，a、c錯誤；由于電流表的示數(shù)變大，則由pri2r可知，輸電線上損失的功率變大，d正確.5如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為101，b是原線圈的中心抽頭，電壓表和電流表均為理想電表,從某時刻開始在

14、原線圈c、d兩端加上交變電壓，其瞬時值表達式為u1220sin100t（v），則（)a當(dāng)單刀雙擲開關(guān)與a連接時,電壓表的示數(shù)為22 vb當(dāng)t s時，c、d間的電壓瞬時值為110 vc單刀雙擲開關(guān)與a連接，在滑動變阻器觸頭p向上移動的過程中，電壓表和電流表的示數(shù)均變小d當(dāng)單刀雙擲開關(guān)由a扳向b時，電壓表和電流表的示數(shù)均變小答案a解析當(dāng)單刀雙擲開關(guān)與a連接時,原、副線圈的匝數(shù)比為101,原線圈兩端的電壓有效值u1 v220 v，根據(jù)，代入數(shù)據(jù)得u222 v，故電壓表的示數(shù)為22 v，a正確；當(dāng)t s時，c、d間電壓的瞬時值為 u220sin v110 v，故b錯誤;當(dāng)單刀雙擲開關(guān)與a連接時，滑動變

15、阻器觸頭p向上移動的過程中，滑動變阻器的阻值變大，電壓表示數(shù)不變，電流表示數(shù)變小，故c錯誤;當(dāng)單刀雙擲開關(guān)由a扳向b時，原線圈匝數(shù)變小，根據(jù)，可知u2變大，電壓表和電流表的示數(shù)均變大，故d錯誤。6如圖所示，理想變壓器原線圈接在交流電源上,圖中各電表均為理想電表。下列說法正確的是(）a當(dāng)滑動變阻器的滑動觸頭p向上滑動時，r1消耗的功率變大b當(dāng)滑動變阻器的滑動觸頭p向上滑動時，電壓表v示數(shù)變大c當(dāng)滑動變阻器的滑動觸頭p向上滑動時，電流表a1示數(shù)變大d若閉合開關(guān)s，則電流表a1、a2示數(shù)均變大答案b解析由于原、副線圈兩端電壓不變，當(dāng)滑動變阻器滑動觸頭p向上滑動時,連入電路的電阻變大,所在電路總電阻變

16、大，副線圈中電流變小，r1中電流變小，r1消耗的功率變小，a錯誤；r1中電流變小，則r1兩端電壓變小，而副線圈兩端電壓不變，所以滑動變阻器兩端電壓變大，電壓表示數(shù)變大，b正確;副線圈中電流變小，原線圈中電流隨之變小,故c錯誤。若閉合開關(guān)s,負載電路的總電阻變小，副線圈中電流變大，a1示數(shù)變大，r1中電流變大，則r1兩端電壓升高，r2兩端電壓變小,a2示數(shù)變小，d錯誤.7(多選）如圖a所示，理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為41,rt為阻值隨溫度升高而減小的熱敏電阻，r1為定值電阻，電壓表和電流表均為理想交流電表.原線圈所接電壓u隨時間t按正弦規(guī)律變化，如圖b所示。下列說法正確的是(）a變壓器輸入

17、、輸出功率之比為41b變壓器原、副線圈中的電流強度之比為14cu隨t變化的規(guī)律為u51sin（50t）（v）d若熱敏電阻rt的溫度升高，則電壓表的示數(shù)不變，電流表的示數(shù)變大答案bd解析由題意,理想變壓器輸入、輸出功率之比為11，a錯誤；變壓器原、副線圈中的電流強度與匝數(shù)成反比，即，故b正確;由圖b可知交流電壓最大值um51 v，周期t0.02 s，角速度100 rad/s,則可得u51sin（100t)（v），故c錯誤;rt的溫度升高時,阻值減小，電壓表示數(shù)不變,電流表的示數(shù)變大,故d正確.8如圖所示,理想變壓器的原線圈通過保險絲接在一個交流電源上，交變電壓瞬時值隨時間變化的規(guī)律為u311si

18、n100t（v），副線圈所在電路中接有電燈、電動機、理想交流電壓表和理想交流電流表.已知變壓器原、副線圈匝數(shù)比為101，電燈額定功率為44 w，電動機內(nèi)電阻為1 ，電流表示數(shù)為3 a，各用電器均正常工作.則()a電壓表示數(shù)為31.1 vb電動機的輸出功率為21 wc變壓器的輸入功率為44 wd通過保險絲的電流為30 a答案b解析交變電壓瞬時值隨時間變化的規(guī)律為u311sin100t(v），則原線圈電壓的有效值為u1220 v，根據(jù)u1u2n1n2解得u222 v，故電壓表示數(shù)為22 v，a錯誤；通過電燈的電流il2 a，故通過電動機的電流imi2il1 a,則電動機的輸入功率pm入imu222

19、 w,電動機的發(fā)熱功率p熱ir1 w,故電動機的輸出功率為pm出pm入p熱21 w，b正確;副線圈的輸出功率p出44 w22 w66 w，理想變壓器的輸入功率等于輸出功率,也為66 w，c錯誤；根據(jù)i1i2n2n1得通過原線圈的電流為0.3 a,即通過保險絲的電流為0.3 a,d錯誤。9（2018天津高考)教學(xué)用發(fā)電機能夠產(chǎn)生正弦式交變電流。利用該發(fā)電機(內(nèi)阻可忽略）通過理想變壓器向定值電阻r供電，電路如圖所示，理想交流電流表a、理想交流電壓表v的讀數(shù)分別為i、u,r消耗的功率為p。若發(fā)電機線圈的轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼模瑒t() ar消耗的功率變?yōu)閜b電壓表v的讀數(shù)變?yōu)閡c電流表a的讀數(shù)變?yōu)?id通過r

20、的交變電流頻率不變答案b解析根據(jù)2n可知轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼模瑒t角速度變?yōu)樵瓉淼?，根?jù)emnbs可知發(fā)電機產(chǎn)生的最大電動勢為原來的，根據(jù)u可知發(fā)電機的輸出電壓有效值變?yōu)樵瓉淼模丛€圈的輸入電壓變?yōu)樵瓉淼?，根?jù)可知副線圈的輸出電壓變?yōu)樵瓉淼?，即電壓表示?shù)變?yōu)樵瓉淼?，根?jù)p可知r消耗的電功率變?yōu)閜，a錯誤，b正確；副線圈中的電流為i2,即變?yōu)樵瓉淼?，根?jù)可知原線圈中的電流也變?yōu)樵瓉淼?，c錯誤;轉(zhuǎn)速減小為原來的，則頻率變?yōu)樵瓉淼?，d錯誤。10（2018江蘇高考）采用220 kv高壓向遠方的城市輸電。當(dāng)輸送功率一定時，為使輸電線上損耗的功率減小為原來的，輸電電壓應(yīng)變?yōu)椋ǎ゛55 kv b110 kv c4

21、40 kv d880 kv答案c解析輸電功率pui，u為輸電電壓,i為輸電線路中的電流，輸電線路損失的功率為p損i2r，r為輸電線路的電阻，即p損2r。當(dāng)輸電功率一定時,輸電線路損失的功率為原來的，則輸電電壓為原來的2倍,即440 kv,故c正確.11(2016全國卷)一含有理想變壓器的電路如圖所示，圖中電阻r1、r2和r3的阻值分別為3 、1 和4 ,為理想交流電流表,u為正弦交流電壓源，輸出電壓的有效值恒定。當(dāng)開關(guān)s斷開時，電流表的示數(shù)為i；當(dāng)s閉合時，電流表的示數(shù)為4i。該變壓器原、副線圈匝數(shù)比為（)a2 b3 c4 d5答案b解析設(shè)原、副線圈匝數(shù)比為n,根據(jù)能量守恒，當(dāng)s斷開時，uii

22、2r1（ni）2(r2r3)；當(dāng)s閉合時,4ui(4i）2r1(4ni）2r2,聯(lián)立解得n3，所以b正確。12。（2016全國卷)(多選)如圖,理想變壓器原、副線圈分別接有額定電壓相同的燈泡a和b。當(dāng)輸入電壓u為燈泡額定電壓的10倍時，兩燈均能正常發(fā)光，下列說法正確的是（)a原、副線圈匝數(shù)比為91b原、副線圈匝數(shù)比為19c此時a和b的電功率之比為91d此時a和b的電功率之比為19答案ad解析由題意知u10u燈,a、b均正常發(fā)光，則變壓器輸入電壓u19u燈，而輸出電壓u2u燈，所以原、副線圈匝數(shù)比n1n2u1u291；而i1i2n2n119,所以兩燈功率之比papbu燈i1u燈i219，a、d正

23、確.13(2019海南高考)（多選）如圖，一理想變壓器輸入端接交流恒壓源，輸出端電路由r1、r2和r3三個電阻構(gòu)成。將該變壓器原、副線圈的匝數(shù)比由51改為101后（）a流經(jīng)r1的電流減小到原來的br2兩端的電壓增加到原來的2倍cr3兩端的電壓減小到原來的d電阻上總的熱功率減小到原來的答案cd解析設(shè)變壓器原線圈兩端電壓為u，則該變壓器原、副線圈的匝數(shù)比由51改為101后，根據(jù)可知，副線圈兩端電壓由u變?yōu)閡，即副線圈兩端電壓變?yōu)樵瓉淼模芍猺1兩端的電壓變?yōu)樵瓉淼?，則流經(jīng)r1的電流減小到原來的，a錯誤;r2兩端的電壓為ur2u2，則r2兩端的電壓減小到原來的，b錯誤；同理r3兩端的電壓為ur3u2

24、，則r3兩端的電壓減小到原來的，c正確；因副線圈兩端電壓變?yōu)樵瓉淼?，根?jù)p可知,電阻上總的熱功率減小到原來的,d正確。14(2019濟南高三模擬)(多選）如圖所示，甲為理想自耦變壓器,a、p分別是可以滑動的觸頭。變壓器輸入圖乙所示的交流電壓，則(）a通過滑動變阻器的交變電流的頻率為50 hzb滑動變阻器兩端的電壓等于220 vc觸頭a向下滑動時，滑動變阻器消耗的功率變大d觸頭p向下滑動時，滑動變阻器消耗的功率變小答案ac解析交流電的周期為t0。02 s,則通過滑動變阻器的交變電流的頻率為50 hz，a正確；變壓器的輸入電壓有效值為220 v，因變壓器次級線圈匝數(shù)大于初級線圈匝數(shù)，可知滑動變阻器兩端的電壓大于