2023版高考物理一輪總復(fù)習(xí)專題11交變電流第2講變壓器電能的輸送課件

第2講變壓器、電能的輸送必備知識·深悟固基一、理想變壓器1．構(gòu)造：如圖所示，變壓器是由閉合________和繞在鐵芯上的兩個________組成的．(1)原線圈：與__________連接的線圈，也叫________線圈．(2)副線圈：與________連接的線圈，也叫________線圈．鐵芯線圈交流電源初級負載次級互感現(xiàn)象P入＝P出

IR

I2R

橫截面積電阻率小輸電電壓(1)變壓器對直流電沒有變壓作用．(2)當副線圈與用電器斷開時，無電流通過副線圈，但副線圈兩端仍存在電壓．(3)采用增加導(dǎo)線的橫截面積來減少輸電線的電阻方法效果有限，因為加大輸電線的橫截面積會增加材料的使用量，而且輸電線的重力增大給架設(shè)線路帶來困難．1．[變壓器匝數(shù)比]理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為10∶1，下列說法正確的是

(

)A．穿過原、副線圈每一匝磁通量之比是10∶1B．穿過原、副線圈每一匝磁通量的變化率相等，但穿過每匝線圈的磁通量并不相等C．原、副線圈每一匝產(chǎn)生的電動勢瞬時值之比為10∶1D．正常工作時，原、副線圈的輸入、輸出功率之比為1∶1【答案】D2．[變壓器原理]如圖所示，P是電壓互感器，Q是電流互感器，如果兩個互感器的變壓比和變流比都是50，電壓表的示數(shù)為220V，電流表的示數(shù)為3A，則輸電線路中的電壓和電流分別是 (

)A．11000V,150A

B．1100V,15AC．4.4V,16.7A

D．4.4V,0.06A【答案】A3．[遠距離輸電]從發(fā)電站輸出的功率為220kW，輸電線的總電阻為0.05Ω，用110V和11kV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

(

)A．100∶1

B．1∶100

C．1∶10

D．10∶1【答案】A

4．[變壓器動態(tài)變化]如圖所示的電路中，變壓器為理想變壓器，a，b接在電壓有效值不變的交流電源兩端，R0為定值電阻，R為滑動變阻器．現(xiàn)將變阻器的滑片從一個位置滑動到另一位置，觀察到電流表A1的示數(shù)增大了0.2A，電流表A2的示數(shù)增大了0.8A，則下列說法正確的是

(

)A．電壓表V1示數(shù)增大B．電壓表V2，V3示數(shù)均增大C．該變壓器起升壓作用D．變阻器滑片是沿c→d的方向滑動【答案】D

【解析】電壓表V1的示數(shù)和a、b間電壓的有效值相同，滑片滑動時V1示數(shù)不變，A錯誤；電壓表V2測量的電壓為副線圈兩端的電壓，原、副線圈匝數(shù)不變，輸入電壓不變，故V2示數(shù)不變，V3示數(shù)為V2示數(shù)減去R0兩端電壓，兩線圈中電流增大，易知R0兩端電壓升高，故V3示數(shù)減小，B錯誤；理想變壓器滿足U1I1＝U2I2，則U1ΔI1＝U2ΔI2，因ΔI2>ΔI1，故U2<U1，變壓器為降壓變壓器，C錯誤；因I2增大，故知R減小，變阻器滑片是沿c→d的方向滑動，D正確．關(guān)鍵能力·突破要點考點1理想變壓器原、副線圈的關(guān)系[基礎(chǔ)考點]例1

(2021年廣東卷)某同學(xué)設(shè)計了一個充電裝置，如圖所示，假設(shè)永磁鐵的往復(fù)運動在螺線管中產(chǎn)生近似正弦式交流電，周期為0.2s，電壓最大值為0.05V，理想變壓器原線圈接螺線管，副線圈接充電電路，原、副線圈匝數(shù)比為1∶60，下列說法正確的是 (

)A．交流電的頻率為10HzB．副線圈兩端電壓最大值為3VC．變壓器輸入電壓與永磁鐵磁場強弱無關(guān)D．充電電路的輸入功率大于變壓器的輸入功率【答案】B

1．(2021年河北卷)(多選)如圖，發(fā)電機的矩形線圈長為2L

、寬為L、匝數(shù)為N，放置在磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場中，理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)分別為n0

、n1

和n2，兩個副線圈分別接有電阻R1

和R2，當發(fā)電機線圈以角速度ω

勻速轉(zhuǎn)動時，理想電流表讀數(shù)為I，不計線圈電阻，下列說法正確的是

(

)【答案】BC

2．(2021年山東卷)(多選)輸電能耗演示電路如圖所示．左側(cè)變壓器原、副線圈匝數(shù)比為1∶3，輸入電壓為75V的正弦交流電．連接兩理想變壓器的導(dǎo)線總電阻為r，負載R的阻值為10Ω.開關(guān)S接1時，右側(cè)變壓器原、副線圈匝數(shù)比為2∶1，R上的功率為10W；接2時，匝數(shù)比為1∶2，R上的功率為P.以下判斷正確的是 (

)A．r＝10Ω

B．r＝5ΩC．P＝45WD．P＝22.5W【答案】BD

【答案】C

4．(2020年全國卷Ⅲ)(多選)在圖甲所示的交流電路中，電源電壓的有效值為220V，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10∶1，R1、R2、R3均為固定電阻，R2＝10Ω，R3＝20Ω，各電表均為理想電表．已知電阻R2中電流i2隨時間t變化的正弦曲線如圖乙所示．下列說法正確的是

(

)

甲 乙A．所用交流電的頻率為50HzB．電壓表的示數(shù)為100VC．電流表的示數(shù)為1.0AD．變壓器傳輸?shù)碾姽β蕿?5.0W【答案】AD

5．(2021年廣東一模)科學(xué)中心某款手搖點火器原理如圖所示．當鋼針和金屬板間瞬時電壓超過5000V時可以產(chǎn)生電火花．已知勻強磁場的磁感應(yīng)強度B大小為0.2T，手搖發(fā)電機線圈的面積為0.25m2，共50匝，不計內(nèi)阻．變壓器為理想變壓器，其原、副線圈匝數(shù)比為1∶100.下列說法正確的是

(

)A．線圈轉(zhuǎn)速等于2r/s時，點火器可以產(chǎn)生電火花B．線圈轉(zhuǎn)速等于4r/s時，點火器可以產(chǎn)生電火花C．電壓表的示數(shù)為5V時，點火器可以產(chǎn)生電火花D．電壓表的示數(shù)為25V時，點火器可以產(chǎn)生電火花

【答案】B

考點2理想變壓器的動態(tài)分析[能力考點](2)當負載電阻發(fā)生變化時，I2變化，根據(jù)輸出電流I2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)P1＝P2，可以判斷P1的變化．例2

(2021年湖南卷)如圖，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為n1∶n2，輸入端C、D接入電壓有效值恒定的交變電源，燈泡L1、L2的阻值始終與定值電阻R0的阻值相同．在滑動變阻器R的滑片從a端滑動到b端的過程中，兩個燈泡始終發(fā)光且工作在額定電壓以內(nèi)，下列說法正確的是

(

)A．L1先變暗后變亮，L2一直變亮B．L1先變亮后變暗，L2一直變亮C．L1先變暗后變亮，L2先變亮后變暗D．L1先變亮后變暗，L2先變亮后變暗【答案】A

1．(2020年北京卷)如圖所示，理想變壓器原線圈接在u＝Umsin(ωt＋φ)的交流電源上，副線圈接三個阻值相同的電阻R，不計電表內(nèi)電阻影響．閉合開關(guān)S后

(

)A．電流表A2的示數(shù)減小B．電壓表V1的示數(shù)減小C．電壓表V2的示數(shù)不變D．電流表A1的示數(shù)不變【答案】A2．(多選)某課外探究小組設(shè)計了一個電路．如圖所示，一理想變壓器的原線圈匝數(shù)為n1，連接一理想電流表；副線圈接入電路的匝數(shù)n2可以通過滑動觸頭調(diào)節(jié)，副線圈接有定值電阻R0和壓敏電阻R(R的阻值會隨壓力的增大而變小)，物塊m置于壓敏電阻上，保持原線圈輸入電壓不變，則

(

)A．原、副線圈電流之比為n1∶n2B．只增大n2，電流表示數(shù)變大C．只增大物塊對R的壓力，電流表示數(shù)變大D．只增大物塊對R的壓力，原線圈的輸入功率變小【答案】BC考點3遠距離輸電[能力考點]1．理清三個回路遠距離輸電網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)如圖所示．在每個回路中，變壓器的原線圈是回路的用電器，而相應(yīng)的副線圈是下一個回路的電源，每個回路均可應(yīng)用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路的規(guī)律，而變壓器的電壓、電流、功率關(guān)系則是連接不同回路的橋梁．3．掌握一個能量守恒定律發(fā)電機把機械能轉(zhuǎn)化為電能，并通過導(dǎo)線將電能輸送給線圈1(n1)，線圈1上的能量就是遠程輸電的總能量，在輸送過程中，先被輸送回路上的導(dǎo)線電阻損耗一小部分，剩余的絕大部分通過降壓變壓器和用戶回路被用戶使用消耗，所以其能量關(guān)系為P1＝P線損＋P用戶．例3

(2020年浙江卷)如圖所示，某小型水電站發(fā)電機的輸出功率P＝100kW，發(fā)電機的電壓U1＝250V，經(jīng)變壓器升壓后向遠處輸電，輸電線總電阻R線＝8Ω，在用戶端用降壓變壓器把電壓降為U4＝220V．已知輸電線上損失的功率P線＝5kW，假設(shè)兩個變壓器均是理想變壓器，下列說法正確的是

(

)A．發(fā)電機輸出的電流I1＝40AB．輸電線上的電流I線＝625AC．降壓變壓器的匝數(shù)比n3∶n4＝190∶11D．用戶得到的電流I4＝455A【答案】C

【答案】AD

2．(2021年唐山模擬)為了減小電能輸送過程中的損耗，高壓送電是當前最有效的方式．將200V、100kW的交流電按照如圖所示電路輸送給用戶，線路上總電阻R＝4Ω，降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為195∶11，用戶獲得電壓為220V，則升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為

(

)A．1∶25

B．1∶20

C．1∶10

D．1∶5【答案】B

小實驗*探究變壓器電壓與線圈匝數(shù)的關(guān)系1．實驗步驟(1)如圖所示，把兩個線圈套到可拆變壓器的鐵芯上．一個線圈作為原線圈，連到學(xué)生電源的交流輸出端．另一個作為副線圈，兩端可以不接用電器．(2)閉合電源開關(guān)，用多用電表的交流電壓擋分別測量兩個線圈兩端的電壓，測量時，先用量程比較大的交流電壓擋，例如交流50V擋，如果電壓讀數(shù)表明實際電壓不太大，可以改用較小一級的電壓擋．測量完畢時斷開學(xué)生電源的開關(guān)．(3)保持匝數(shù)不變，多次改變輸入電壓，記錄下每次的兩個電壓值．(4)保持電壓、原線圈的匝數(shù)不變，多次改變副線圈的匝數(shù)，記錄下每次的副線圈匝數(shù)和對應(yīng)的電壓值．例4在“探究變壓器電壓與線圈匝數(shù)的關(guān)系”的實驗中，操作步驟如下：①將兩個線圈套到可拆變壓器的鐵芯上；②閉合電源開關(guān)，用多用電表的交流電壓擋分別測量原線圈和副線圈兩端的電壓；③將匝數(shù)較多的一組線圈接到學(xué)生電源的交流電源輸出端上，另一個作為副線圈，接上小燈泡；④將原線圈與副線圈對調(diào)，重復(fù)以上步驟．(1)以上操作的合理順序是________(只填步驟前數(shù)字序號)．(2)如圖所示，在實驗中，兩線圈的匝數(shù)n1＝1600，n2＝400，當將n1作為原線圈時，U1＝16V，副線圈兩端電壓U2＝4V；原線圈與副線圈對調(diào)后，當U′1＝8V時，U′2＝32V，那么可初步確定，變壓器兩個線圈的電壓U1、U2與線圈匝數(shù)n1、