一輪復(fù)習(xí)物理江蘇專版第十章 第2節(jié) 變壓器 電能的輸送

1、變壓器 電能的輸送 第2節(jié)課前回顧基礎(chǔ)速串課堂提能考點(diǎn)全通課后演練逐點(diǎn)過關(guān)231返回宏觀整合，微觀提醒，回顧舊知短平快課 前 回 顧 基礎(chǔ) 速 串返回返回宏觀 循圖憶知 返回返回微觀微觀易錯(cuò)判斷易錯(cuò)判斷 (1)理想變壓器的基本關(guān)系式中，電壓和電流均為有效值。( ) (2)變壓器不但能改變交變電流的電壓，還能改變交變電流的頻率。 ( ) (3)正常工作的變壓器當(dāng)副線圈與用電器斷開時(shí)， 副線圈兩端無電壓。 ( ) (4)變壓器副線圈并聯(lián)更多的用電器時(shí)，原線圈輸入的電流隨之減小。 ( ) 返回返回(5)增大輸電導(dǎo)線的橫截面積有利于減少輸電過程中的電能損失。 ( ) (6)高壓輸電是通過減小輸電電流來

2、減少電路的發(fā)熱損耗。 ( ) (7)在輸送電壓一定時(shí)，輸送的電功率越大，輸電過程中的電能損失越大。 ( ) 返回易點(diǎn)速過，難點(diǎn)精研，時(shí)間用到增分點(diǎn)上課 堂 提 能 考點(diǎn) 全 通返回突破點(diǎn)(一) 理想變壓器 (自主悟透類) 1變壓器的工作原理 返回2理想變壓器的基本關(guān)系理想變壓器的基本關(guān)系 功率關(guān)系 P入P出 電壓關(guān)系 原、副線圈的電壓比等于匝數(shù)比：U1U2n1n2 電流關(guān)系 只有一個(gè)副線圈時(shí)，電流和匝數(shù)成反比：I1I2n2n1 基本關(guān)系 頻率關(guān)系 原、副線圈中電流的頻率相等 電壓 原線圈電壓U1和匝數(shù)比決定副線圈電壓U2 功率 副線圈的輸出功率P出決定原線圈的輸入功率P入 制約關(guān)系 電流 副線

3、圈電流I2和匝數(shù)比決定原線圈電流I1 返回題點(diǎn)全練題點(diǎn)全練 1(2017北京高考)如圖所示，理想變壓器的原線圈接在u2202 sin 100t(V)的交流電源上， 副線圈接有R55 的負(fù)載電阻，原、副線圈匝數(shù)之比為21，電流表、電壓表均為理想電表。下列說法正確的是 ( ) A原線圈的輸入功率為2202 W B電流表的讀數(shù)為1 A C電壓表的讀數(shù)為1102 V D副線圈輸出交流電的周期為50 s 返回解析：由交流電壓的表達(dá)式可知，原線圈兩端所加的電壓最大值為2202 V，故有效值為U1220 V，由U1U2n1n2，故副線圈電壓的有效值為U2110 V，故輸出功率P2U22R220 W，再由輸入

4、功率等于輸出功率知，P1P2220 W，A項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)歐姆定律知，I2U2R2 A，由I1I2n2n1，得I11 A，故電流表讀數(shù)為1 A，所以B項(xiàng)正確；電壓表的讀數(shù)為有效值，即U2110 V，C項(xiàng)錯(cuò)誤；由交流電壓的表達(dá)式可知，100(rad/s)，又T2，解得T0.02 s，所以D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案：B 返回2 多選如圖，將額定電壓為60 V的用電器， 通過一理想變壓器接在正弦交變電源上。 閉合開關(guān)S后， 用電器正常工作，交流電壓表和交流電流表(均為理想電表)的示數(shù)分別為220 V和2.2 A。以下判斷正確的是 ( ) A變壓器輸入功率為484 W B通過原線圈的電流的有效值為0.6 A C通過

5、副線圈的電流的最大值為2.2 A D變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1n2113 返回解析：將額定電壓為60 V的用電器接在理想變壓器的輸出端，在閉合開關(guān)后，用電器正常工作，已知交流電壓表和交流電流表(均為理想電表)讀數(shù)分別為220 V和2.2 A，根據(jù)功率公式可以求出用電器消耗的功率為132 W，因此A選項(xiàng)不正確；再根據(jù)變壓器變壓公式和變流公式可知，U1U2n1n2和I1I2n2n1，聯(lián)立可求得通過原線圈的電流的有效值為0.6 A，所以選項(xiàng)B正確；由于電流表顯示的是有效值，因此通過副線圈電流的最大值為2.2 2 A，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；根據(jù)變壓器的變壓公式可知，變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為n1n2113，所

6、以D選項(xiàng)正確。 答案：BD 返回突破點(diǎn)(二) 理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析 (師生共研類) 常見的理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析問題一般有兩種：匝數(shù)比不變的情況和負(fù)載電阻不變的情況。 匝數(shù)比不變的情況 負(fù)載電阻不變的情況 返回返回匝數(shù)比不變的情況匝數(shù)比不變的情況 負(fù)載電阻不變的情況 (1) U1不變，根據(jù)U1U2n1n2，輸入電壓U1決定輸出電壓U2，可以得出不論負(fù)載，可以得出不論負(fù)載電阻R如何變化，U2不變。 (2)當(dāng)負(fù)載電阻發(fā)生變化時(shí)，當(dāng)負(fù)載電阻發(fā)生變化時(shí)，I2變化，根據(jù)輸出電流I2決定輸入電流決定輸入電流I1，可以判斷I1的變化。 (3) I2變化引起P2變化，根據(jù)P1P2，可以判斷P1的變化。 (1)

7、U1不變，n1n2發(fā)生變化，U2變化。 (2) R不變，U2變化，I2發(fā)生變化。 (3)根據(jù)根據(jù)P2U22R和和P1P2，可以判斷，可以判斷P2變化時(shí)，P1發(fā)生變化，U1不變時(shí)，不變時(shí)，I1發(fā)生變化。 返回典例 (2016天津高考)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(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)時(shí)，R1消耗的功率變大 B當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)時(shí)，電壓表V示數(shù)變大 C當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)時(shí)，電流表A1示數(shù)變大 D若閉合開關(guān)S，則電流表A1示數(shù)變大，A2示數(shù)變大 返回思路點(diǎn)撥 解答本題時(shí)應(yīng)從以下三點(diǎn)進(jìn)行分析： (

8、1)變壓器中次級(jí)線圈電流決定初級(jí)線圈電流。 (2)變壓器中次級(jí)線圈功率決定初級(jí)線圈功率。 (3)變壓器中初級(jí)線圈電壓決定次級(jí)線圈電壓。 返回解析 當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)變阻器連入電路的電阻R變大，則副線圈所在電路的總電阻R總變大，因原、 副線圈兩端的電壓U1、U2不變， 則通過R1的電流I2U2R總變小，R1消耗的功率PR1I22R1變小，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；R1兩端的電壓UR1I2R1變小，則電壓表V的示數(shù)UVU2UR1變大，選項(xiàng)B正確；因通過原、副線圈的電流關(guān)系I1I2n2n1，I2變小，則I1變小，即電流表A1的示數(shù)變小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；若閉合開關(guān)S，則副線圈所在電路的總電阻R總變

9、小，通過副線圈的電流I2U2R總變大，則通過原線圈的電流I1變大，電流表A1的示數(shù)變大，R1兩端的電壓UR1I2R1變大，則R2兩端的電壓UR2U2UR1變小，電流表A2的示數(shù)變小，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案 B 返回集訓(xùn)沖關(guān)集訓(xùn)沖關(guān) 1多選為保證用戶電壓穩(wěn)定在220 V，變電所需適時(shí)進(jìn)行調(diào)壓，如圖甲所示為調(diào)壓變壓器示意圖。保持輸入電壓u1不變，當(dāng)滑動(dòng)觸頭P上下移動(dòng)時(shí)可改變輸出電壓。某次檢測(cè)得到用戶電壓u2隨時(shí)間t變化的圖線如圖乙所示，則以下說法正確的是 ( ) 返回Au21902sin 50 t(V) Bu21902sin 100 t(V) C為使用戶電壓穩(wěn)定在220 V，應(yīng)將P適當(dāng)下移 D為使用戶

10、電壓穩(wěn)定在220 V，應(yīng)將P適當(dāng)上移 解析： 根據(jù)題圖乙可知用戶電壓的最大值U2m1902 V， 周期T0.02 s，則角速度2T100 rad/s，用戶電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式u2U2msin t1902 sin 100t (V)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；根據(jù)變壓器的電壓關(guān)系U1U2n1n2，可知U2n2n1U1，由于U1、n2不變，要提高U2，只能減小n1，所以P應(yīng)上移，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確。 答案：BD 返回2多選(2016海南高考)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(shí)間t按正弦

11、規(guī)律變化，如圖(b)所示。下列說法正確的是 ( ) A變壓器輸入、輸出功率之比為41 B變壓器原、副線圈中的電流強(qiáng)度之比為14 Cu隨t變化的規(guī)律為u51sin(50t)(國際單位制) 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 返回解析：由題意，理想變壓器輸入、輸出功率之比為11，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；變壓器原、副線圈中的電流強(qiáng)度與匝數(shù)成反比，即I1I2n2n114，故選項(xiàng)B正確；由題圖(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)，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；RT的溫度升高時(shí)，阻值減小，電流表的示數(shù)變大，電壓表示數(shù)

12、不變，故選項(xiàng)D正確。 答案：BD 返回3多選(2018定州月考)理想變壓器的原線圈連接一只電流表，副線圈接入電路的匝數(shù)可以通過滑動(dòng)觸頭Q調(diào)節(jié)，如圖，在副線圈上連接了定值電阻R0和滑動(dòng)變阻器R，P為滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭。原線圈兩端接在電壓為U的交流電源上。則 ( ) A保持Q的位置不動(dòng)，將P向上滑動(dòng)時(shí)，電流表的讀數(shù)變大 B保持Q的位置不動(dòng)，將P向上滑動(dòng)時(shí)，電流表的讀數(shù)變小 C保持P的位置不動(dòng)，將Q向上滑動(dòng)時(shí)，電流表的讀數(shù)變大 D保持P的位置不動(dòng)，將Q向上滑動(dòng)時(shí)，電流表的讀數(shù)變小 返回解析：解析：在原、副線圈匝數(shù)比一定的情況下，變壓器的輸出電壓由輸入電壓決定。因此，當(dāng)Q位置不變時(shí)，輸出電壓U不變，

13、 此時(shí)P向上滑動(dòng)， 負(fù)載電阻值R增大， 則輸出電流I減小。根據(jù)輸入功率P入等于輸出功率P出，電流表的讀數(shù)I變小，故A錯(cuò)誤，B正確；P位置不變，將Q向上滑動(dòng)，則輸出電壓U變大，I變大，電流表的讀數(shù)變大，變壓器的輸入功率變大。因此選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。 答案：BC 返回突破點(diǎn)(三) 遠(yuǎn)距離輸電 (師生共研類) 1理清三個(gè)回路 在回路2中，U2 UU3，I2I線I3。 遠(yuǎn)距離輸電問題的“三 二 一” 返回2抓住兩個(gè)聯(lián)系 (1)理想的升壓變壓器聯(lián)系著回路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(gè)量間的關(guān)系是U1U2n1n2，I1I2n2n1，P1P2。 (2)理想的降

14、壓變壓器聯(lián)系著回路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)中各個(gè)量間的關(guān)系是U3U4n3n4，I3I4n4n3，P3P4。 3掌握一個(gè)守恒 能量守恒關(guān)系式P1P損P4。 返回典例 (2015福建高考福建高考)如圖為遠(yuǎn)距離輸電示意圖，兩變壓器均為理想變壓器，升壓變壓器T的原、副線圈匝數(shù)分別為n1、n2， 在T的原線圈兩端接入一電壓uUmsin t的交流電源，若輸送電功率為P，輸電線的總電阻為2 r，不考慮其他因素的影響，則輸電線上損失的電功率為 ( ) A.?n1n2Um24 r B.?n2n1Um24 r C4?n1n22?PUm2r D4?n2n12?PUm2

15、r 返回解析 升壓變壓器T的原線圈兩端電壓的有效值為U1Um2；由變壓關(guān)系可得U1U2n1n2，則U2n2Um2 n1；因?yàn)檩斔碗姽β蕿镻，輸電線中的電流為I2PU22 n1Pn2Um，則輸電線上損失的電功率為 PI22(2 r)4 n12P2rn22Um2，故選項(xiàng)C正確。 答案 C 返回方法規(guī)律 輸電線路功率損失的計(jì)算方法 P損P1P4P1為輸送的功率，P4為用戶得到的功率P損I線2R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，不要與U2、U3相混P損 UI線注意： U不要錯(cuò)代入U(xiǎn)2或U3返回集訓(xùn)沖關(guān)集訓(xùn)沖關(guān) 1某水電站，用總電阻為2.5 的輸電線輸電給500 k

16、m外的用戶，其輸出電功率是3106 kW?，F(xiàn)用500 kV電壓輸電，則下列說法正確的是 ( ) A輸電線上損失的功率為 PU2r，U為輸電電壓，r為輸電線的電阻 B輸電線上輸送的電流大小為2.0105 A C輸電線上由電阻造成的損失電壓為15 Kv D若改用5 kV電壓輸電，則輸電線上損失的功率為9108 kW 返回解析：解析：輸電電路可以視為導(dǎo)線與變壓器串聯(lián)，所以輸電線上損失的功率為 PU2r，U應(yīng)為輸電線路上損失的電壓，r為輸電線的電阻，故A錯(cuò)誤；由PUI可得，用500 kV電壓輸電時(shí)輸電線上的電流：IPU3109500103 A6 000 A，故B錯(cuò)誤；由IUR可得，輸電線上由電阻造成的

17、損失電壓： UIR6 000 A2.5 15 000 V15 kV，故C正確；改用5 kV電壓輸電時(shí)，線路中的電流：IPU310951036105 A，輸電線上損失的功率： P(I)2R(6105)22.5 W91011W9 108 kW，損失的功率不可能大于輸送的電功率，故D錯(cuò)誤。 答案：C 返回2多選(2018蘇州模擬)如圖甲所示為遠(yuǎn)距離輸電示意圖，變壓器均為理想變壓器。升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為1100，其輸入電壓變化規(guī)律如圖乙所示，遠(yuǎn)距離輸電線的總電阻為100 。 降壓變壓器副線圈電路部分為一火警報(bào)警系統(tǒng)原理圖，其中R1為一定值電阻，R2為用半導(dǎo)體熱敏材料制成的傳感器，當(dāng)溫度升高時(shí)其

18、阻值變小。電壓表V顯示加在報(bào)警器上的電壓(報(bào)警器未畫出)。 未出現(xiàn)火警時(shí)，升壓變壓器的輸入功率為750 kW。下列說法中正確的有 ( ) A降壓變壓器副線圈輸出的交流電頻率為50 Hz B遠(yuǎn)距離輸電線路損耗的功率為180 kW C當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火警時(shí)，電壓表V的示數(shù)變大 D當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火警時(shí)，輸電線上的電流變大 返回解析：解析：由題圖乙知交流電的周期0.02 s，所以頻率為50 Hz，A正確；由題圖乙知升壓變壓器輸入端電壓有效值為250 V，根據(jù)電壓與匝數(shù)成正比知副線圈電壓為25 000 V， 所以輸電線中的電流IPU30 A，輸電線損失的電壓 UIR30100 V3 000

19、 V，輸電線路損耗功率 P UI90 kW，B錯(cuò)誤；當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火警時(shí)，其阻值減小，副線圈兩端電壓不變，副線圈中電流增大，定值電阻所分電壓增大，所以電壓表V的示數(shù)變小，C錯(cuò)誤；副線圈電流增大，根據(jù)電流與匝數(shù)成反比知，輸電線上的電流變大，D正確。 答案：AD 返回突破點(diǎn)(四) 三種特殊的變壓器 (方法模型類) 模型一 自耦變壓器 高中物理中研究的變壓器本身就是一種忽略了能量損失的理想模型，自耦變壓器(又稱調(diào)壓器)，它只有一個(gè)線圈，其中的一部分作為另一個(gè)線圈，當(dāng)交流電源接不同的端點(diǎn)時(shí)，它可以升壓也可以降壓，變壓器的基本關(guān)系對(duì)自耦變壓器均適用，如圖所示。 返回例 1 (2016江蘇高考江蘇

20、高考)一自耦變壓器如圖所示，環(huán)形鐵芯上只繞有一個(gè)線圈，將其接在a、b間作為原線圈。通過滑動(dòng)觸頭取該線圈的一部分，接在c、d間作為副線圈。在a、b間輸入電壓為U1的交變電流時(shí)，c、d間的輸出電壓為U2。在將滑動(dòng)觸頭從M點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到N點(diǎn)的過程中 ( ) AU2U1，U2降低 BU2U1，U2升高 CU2U1，U2降低 DU2U1，U2升高 返回解析 a、b間原線圈的匝數(shù)大于c、d間副線圈的匝數(shù)，在滑動(dòng)觸頭由M點(diǎn)移動(dòng)到N點(diǎn)的過程中，副線圈的匝數(shù)進(jìn)一步減小，由變壓器工作原理U1U2n1n2知，U2U1，且U2降低，選項(xiàng)C正確。 答案 C 返回模型二 互感器 分為電壓互感器和電流互感器，比較如下：分為

21、電壓互感器和電流互感器，比較如下： 電壓互感器 電流互感器 原理圖 原線圈的連接 并聯(lián)在高壓電路中 串聯(lián)在交流電路中 副線圈的連接 連接電壓表 連接電流表 互感器的作用 將高電壓變?yōu)榈碗妷?將大電流變成小電流 利用的公式 U1U2n1n2 I1n1I2n2 返回例 2 (2018蘇錫常模擬蘇錫常模擬)鉗形電流測(cè)量?jī)x的結(jié)構(gòu)圖如圖所示，其鐵芯在捏緊扳手時(shí)會(huì)張開，可以在不切斷被測(cè)載流導(dǎo)線的情況下，通過內(nèi)置線圈中的電流值I和匝數(shù)n獲知載流導(dǎo)線中的電流大小I0，則關(guān)于該鉗形電流測(cè)量?jī)x的說法正確的是 ( ) A該測(cè)量?jī)x可測(cè)量直流電的電流 B載流導(dǎo)線中電流大小I0In C若鉗形部分鐵芯沒有完全閉合，測(cè)量出的

22、電流將小于實(shí)際電流 D若將載流導(dǎo)線在鐵芯上多繞幾匝，鉗形電流測(cè)量?jī)x的示數(shù)將變小 返回解析 鉗形電流測(cè)量?jī)x實(shí)質(zhì)上是一個(gè)升壓變壓器， 只能測(cè)量交流電的電流，故A錯(cuò)誤；根據(jù)I0In1，得載流導(dǎo)線中電流大小I0nI，故B錯(cuò)誤；若鉗形部分鐵芯沒有完全閉合，載流導(dǎo)線中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)減弱，磁通量變化率減小，在內(nèi)置線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)減小，感應(yīng)電流減小，則測(cè)量出的電流將小于實(shí)際電流，故C正確；根據(jù)n1I1n2I2，知若將載流導(dǎo)線在鐵芯上多繞幾匝，即n1變大，I1、n2不變，I2n1n2I1，I2變大，D錯(cuò)誤。 答案 C 返回模型三 雙副線圈變壓器 計(jì)算具有兩個(gè)(或兩個(gè)以上或兩個(gè)以上)副線圈的變壓器問題時(shí)，應(yīng)注

23、意三個(gè)關(guān)系： (1)電壓關(guān)系：U1n1U2n2U3n3 (2)電流關(guān)系：n1I1n2I2n3I3 (3)功率關(guān)系：P1P2P3 返回例 3 (2018蘇州調(diào)研)如圖所示，電路中變壓器原線圈匝數(shù)n11 000，兩個(gè)副線圈匝數(shù)分別為n2500、n3200，分別接一個(gè)R55 的電阻，在原線圈上接入U(xiǎn)1220 V的交流電源。則兩副線圈輸出電功率之比P2P3和原線圈中的電流I1分別是 ( ) A.P2P352，I12.8 A B.P2P325，I12.8 A C.P2P3254，I11.16 A D.P2P3425，I11.16 A 返回解析 對(duì)兩個(gè)副線圈有U1U2n1n2，U1U3n1n3， 所以U2

24、110 V，U344 V，又PU2R，所以P2P3U22U32254；由歐姆定律I2U2R2 A，I3U3R0.8 A，對(duì)有兩個(gè)副線圈的變壓器有：n1I1n2I2n3I3，得I11.16 A，C正確。 答案 C 返回在理想變壓器問題中，在理想變壓器問題中， 偶爾在副線圈的電路中存在二極管，該類問題在高考中也時(shí)有出現(xiàn)，應(yīng)加以重視。 含二極管的變壓器問題含二極管的變壓器問題 返回返回1(2018淮安八校聯(lián)考淮安八校聯(lián)考)如圖所示的電路中，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1n2225，電阻R1R225 ，D為理想二極管，原線圈接u2202 sin 100t(V)的交流電，則 ( ) A交流電的頻率為100 Hz B通過R2的電流為1 A C通過R2的電流為2 A D變壓器的輸入功率為200 W 返回解析：由原線圈交流電瞬時(shí)值表達(dá)式可知，交變電流的頻率f1T250 Hz，A項(xiàng)錯(cuò)；由理想變壓器變壓規(guī)律U1U2n1n2可知，輸出電壓U250 V，由理想二極管單向?qū)щ娦钥芍蛔冸娏髅總€(gè)周期只有一半時(shí)間有電流通過R2， 由交變電流的熱效應(yīng)可知，U22RT2U2RT? U2