高考物理一轮复习第十章交变电流传感器第2讲变压器电能的输送教案.doc

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1、- 1 - / 13【2019【2019 最新最新】精选高考物理一轮复习第十章交变电流传感器精选高考物理一轮复习第十章交变电流传感器第第 2 2 讲变压器电能的输送教案讲变压器电能的输送教案知识点一 理想变压器1.构造和原理(1)构造：如图所示，变压器是由 和绕在铁芯上的 组成的.(2)原理：电磁感应的互感现象.2.基本关系式(1)功率关系： .(2)电压关系： .有多个副线圈时 .(3)电流关系：只有一个副线圈时.由 P 入P 出及 PUI 推出有多个副线圈时，U1I1 .3.几种常用的变压器(1)自耦变压器调压变压器.(2)互感器Error!答案：1.(1)闭合铁芯 两个线圈 2.(1)P

2、 入P 出(2) (3)U2I2U3I3UnIn 3.(2)低电压 小电流知识点二 远距离输电1.输电过程(如图所示)2.电压损失(1)UUU；(2)U .- 2 - / 133.功率损失(1)PPP；(2)P .答案：2.(2)IR 3.(2)I2R(1)理想变压器的基本关系式中，电压和电流均为有效值.( )(2)变压器不但能改变交变电流的电压，还能改变交变电流的频率.( )(3)正常工作的变压器当副线圈与用电器断开时，副线圈两端无电压.( )(4)变压器副线圈并联更多的用电器时，原线圈输入的电流随之减小.( )(5)增大输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失.( )(6)高压输电

3、是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗.( )(7)在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越大.( )答案：(1) (2) (3) (4) (5)(6) (7)等效负载电阻等效电阻：，对于一原一副结构的变压器，又有，从输入端看，等效电阻 R()2()2R2，R2 是副线圈负载电阻.考点 理想变压器基本关系的应用1.基本关系(1)P 入P 出(有多个副线圈时，PP2P3).(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)，- 3 - / 13n1I1n2I2n3I3(多个副线圈).2.制约关系(1)电压：副线圈电压 U2 由原线圈电压 U1 和匝数

4、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.典例 1 (2016新课标全国卷)(多选)如图所示，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡 a 和 b.当输入电压 U 为灯泡额定电压的 10 倍时，两灯泡均能正常发光.下列说法正确的是( )A.原、副线圈匝数比为 91B.原、副线圈匝数比为 19C.此时 a 和 b 的电功率之比为 91D.此时 a 和 b 的电功率之比为 19解题指导 两灯均正常发光，UaUbU 灯，UUaU110U灯，则 U19U 灯.解析 因为两灯泡额定电压相同且均正常发光

5、，且输入电压为灯泡额定电压的 10 倍，所以理想变压器的输入、输出电压比为91，由理想变压器变压规律可知，原、副线圈的匝数比为 91，A项正确，B 项错误；由理想变压器变流规律可知，原、副线圈的电流比为 19，由电功率 PUI 可知，a 和 b 的电功率之比为 19，C 项错误，D 项正确.答案 AD变式 1 一理想变压器的原、副线圈的匝数比为 31，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，如图所示，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的比值为 k，则( )- 4 - / 13B.U22 V，kA.U66 V，

6、k 1 9D.U22 V，kC.U66 V，k 1 3答案：A 解析：设原、副线圈中的电流分别为 I1、I2，则，故 k.设原线圈两端的电压为 U1，则，故 U13U，而原线圈上电阻分担的电压为 U，故3U220 V，解得 U66 V.选项A 正确.关于理想变压器的四点说明(1)变压器不能改变恒定的直流电压.(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)当原线圈中串联电阻(或灯泡)时，U1 为加在原线圈两端的电压，并不是电源的电压.考点 变压器电路的动态分析1.匝数比不变的情况(如图甲所示)(1)U1 不变，根据可以得出不论负载电阻 R

7、 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 的变化情况.甲 乙2.负载电阻不变的情况(如图乙所示)(1)U1 不变，发生变化，U2 变化.- 5 - / 13(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.考向 1 变压器匝数比不变时的动态分析典例 2 (2016新课标全国卷)一含有理想变压器的电路如图所示，图中电阻 R1、R2 和 R3 的阻值分别为 3 、1 和 4 ，A 为理想交流

8、电流表，U 为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定.当开关 S 断开时，电流表的示数为 I；当 S 闭合时，电流表的示数为 4I.该变压器原、副线圈匝数比为( )B.3 C.4 A.2 D.5解析 设理想变压器原、副线圈匝数比值为 k，根据题述，当开关 S 断开时，电流表示数为 I，则由闭合电路欧姆定律得，UIR1U1.由变压公式k 及功率关系 U1IU2I2，可得k，即副线圈输出电流为 I2kI，U2I2(R2R3)kI(R2R3).当开关 S 闭合时，电流表示数为 4I，则有 U4IR1U1.由变压公式k 及功率关系 U14IU2I2，可得k，即副线圈输出电流为I24kI，U2I2R24k

9、IR2；联立解得 k3，选项 B 正确.答案 B考向 2 变压器负载电阻不变时的动态分析典例 3 (2016四川卷)如图所示，接在家庭电路上的理想降压变压器给小灯泡 L 供电，如果将原、副线圈减少相同匝数，其他条件不变，则( )A.小灯泡变亮B.小灯泡变暗- 6 - / 13C.原、副线圈两端电压的比值不变D.通过原、副线圈电流的比值不变解析 设原、副线圈减少的匝数均为 n，则根据变压比有，得 U2U1，U2U1，因此 U2 小于 U2，即副线圈两端的电压变小，小灯泡变暗，A 项错误，B 项正确；由于匝数比变化，因此原、副线圈两端电压的比值和通过原、副线圈电流的比值均发生变化，C、D 项错误.

10、答案 B分析变压器的动态变化问题的注意事项(1)要明确变压器的各基本物理量之间的制约关系.(2)要明确“不变量”和“变化量” ，从主动变化量开始，根据制约关系从前到后或从后到前逐一分析各物理量的变化情况.考点 远距离输电1.理清三个回路2.抓住两个联系(1)理想的升压变压器联系着回路 1 和回路 2，由变压器原理可得：线圈 1(匝数为 n1)和线圈 2(匝数为 n2)中各个量间的关系是，P1P2.(2)理想的降压变压器联系着回路 2 和回路 3，由变压器原理可得：线圈 3(匝数为 n3)和线圈 4(匝数为 n4)中各个量间的关系是，P3P4.3.掌握一个守恒：能量守恒关系式 P2P 损P3.考

11、向 1 远距离输电的定性分析典例 4 (多选)如图所示，有一台交流发电机 E，通过理想升压变压器 T1 和理想降压变压器 T2 向远处用户供电，输电线的总电阻- 7 - / 13为 R.T1 的输入电压和输入功率分别为 U1 和 P1，它的输出电压和输出功率分别为 U2 和 P2；T2 的输入电压和输入功率分别为 U3 和 P3，它的输出电压和输出功率分别为 U4 和 P4.设 T1 的输入电压 U1 一定，当用户消耗的功率变大时，有( )B.U2 不变，U3 变小A.U2 减小，U4 变大 D.P2 变大，P3 变大C.P1 变小，P2 变小 解析 由理想变压器输出功率决定输入功率可得，当用

12、户功率增大时，升压变压器的输入功率必增大，即 P1 增大，输入电压 U1 为定值不变，升压变压器的匝数不变，故输出电压 U2 不变，由于 P1 增大，由 P1U1I1P2U2I2 可得，I1 增加，P2、I2 增加，由闭合电路欧姆定律得 U3U2I2R，故 U3 减小，降压变压器原、副线圈匝数不变，所以 U4 减小，故选项 A 错误，选项 B 正确；由于用户功率增加，即 P4 增加，理想变压器无功率损耗可得：P3P4，功率 P3 也增加，由以上分析可知 P1、P2 增大，故选项 C 错误，选项 D 正确.答案 BD考向 2 远距离输电的定量计算典例 5 (2015福建卷)如图所示为远距离输电示

13、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 uUmsin 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( )A. B.U2 m 4rn2 n1C.422r D.422r解析 T 的输入电压 U1，则 PU1I1，I1，又因为，所以 I2I1，则输电线上损失的电功率 P 损I2r422r，C 项- 8 - / 13正确.答案 C求解远距离输电问题必备技巧(1)正确画出输电过程示意图并在图上标出各物理量.(2)抓住变压器变压前后各物理量间的关系，求出输电线上的电流.(3

14、)计算电路功率问题时常用关系式：P 损IR 线，注意输电线上的功率损失和电压损失.(4)电网送电遵循“用多少送多少”的原则，说明原线圈电流由副线圈电流决定.考点 三种特殊的变压器模型考向 1 自耦变压器自耦变压器(又称调压器)，它只有一个线圈，其中的一部分作为另一个线圈，当交流电源接不同的端点时，它可以升压也可以降压，变压器的基本关系对自耦变压器均适用，如图所示.甲 乙典例 6 如图甲所示为一自耦变压器，变压器的原线圈 AB 端输入电压如图乙所示，副线圈电路中定值电阻 R011 ，电容器 C 的击穿电压为 22 V，移动滑片 P 使电容器刚好不会被击穿，所有电表均为理想电表，下列说法正确的是(

15、 )甲乙A.电压表的示数为 220 VB.原、副线圈的匝数比为 101C.电流表的示数等于通过电阻 R0 的电流- 9 - / 13D.原线圈 AB 端输入电压的变化规律为 u311sin t V解析 由题图乙知电压的有效值即电压表的示数为 220 V，A正确；电容器的耐压值为交流最大值，有效值为 V11 V，所以原、副线圈的匝数比为 101，B 错误；电容器通交流电，所以电流表的示数大于通过电阻 R0 的电流，C 错误；由题图乙知交流电的周期为0.02 s，所以角速度为 100 rad/s，原线圈 AB 端输入电压的变化规律为 u311sin 100t V，D 错误.答案 A考向 2 互感器

16、电压互感器电流互感器原理图原线圈的连接并联在高压电路中串联在交流电路中副线圈的连接连接电压表连接电流表互感器的作用将高电压变为低电压将大电流变成小电流利用的公式 U1 U2n1 n2I1n1I2n2典例 7 (多选)电流互感器和电压互感器如图所示.其中n1、n2、n3、n4 分别为四组线圈的匝数，a、b 为两只交流电表，则( )A.A 为电流互感器，且 n1n2，a 是电压表C.B 为电流互感器，且 n3n4，b 是电压表解析 由题图可知，A 为电流互感器，B 为电压互感器；a 是电流表，b 是电压表.在 A 中有 I1n1I2n2，要求 I2n1；在B 中有，要求 U4n4，所以本题 B、C

17、 错误，A、D 正确.- 10 - / 13答案 AD考向 3 多副线圈变压器计算具有两个(或两个以上)副线圈的变压器问题时，应注意三个关系：(1)电压关系：(2)电流关系：n1I1n2I2n3I3(3)功率关系：P1P2P3典例 8 如图所示，两种情况下变压器灯泡 L2、L3 的功率均为P，且 L1、L2、L3 为相同的灯泡，匝数比为 n1n231，则图甲中L1 的功率和图乙中 L1 的功率分别为( )甲乙B.9P、 A.P、P D.、PC.、9P 解析 由题意可知，两种情况下变压器输出功率均为 2P，设灯泡 L2、L3 的电压为 U，电流为 I，电阻为 R，两种情况下变压器输入电压为 3U

18、，变压器输入电流为 I；图甲中 L1 的功率为 P19P；图乙中 L1 的功率为 P22R，选项 B 正确.答案 B对于副线圈有两个及以上的理想变压器，电压与匝数成正比是成立的，而电流与匝数成反比的规律不成立.但在任何情况下，电流关系都可以根据原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率即 P 入P 出进行求解.1.理想变压器基本关系如图所示理想变压器原、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- 11 - / 13u112sin 100t(V).下列说法正确的是( )A.电流频率为 100 HzB.V 的读数为 24 VC.A 的读数为 0.5 AD.变压

19、器输入功率为 6 W答案：D 解析：由 2f100 rad/s 得：f50 Hz，选项 A 错误；有效值 U112 V，又得：U26 V，I21 A，选项B、C 错误；由能量守恒得 P1P2U2I26 W，选项 D 正确.2.自耦变压器动态分析如图所示是一种理想自耦变压器示意图，线圈绕在一个圆环形的铁芯上，P 是可移动的滑动触头，A、B 间接交流电压 U，输出端连接了两个相同的灯泡 L1 和 L2，Q 为滑动变阻器的滑动触头.当开关 S 闭合，P 处于如图所示的位置时，两灯均能发光.下列说法正确的是( )A.将 P 沿逆时针方向移动，两灯均变暗B.P 不动，将 Q 向左移动，两灯均变亮C.P

20、不动，将 Q 向右移动，输入功率变大D.断开开关 S，L1 将变暗答案：B 解析：当 P 沿逆时针方向移动时，副线圈的匝数 n2 增大，由知，U2 增大，L1、L2 两端均变亮，A 错；当 P 不动时，U2不变，Q 向左移动，R 减小，L1、L2 两端的电压增大，两灯泡变亮，B 对；当 P 不动、Q 向右移动时，R 增大，变压器的输出功率 P2，R总增大，P2 减小，而 P1P2，故 P1 减小，C 错；断开开关 S，负载电阻增大，L1 的电压增大，L1 将变亮，D 错.3.理想变压器动态分析如图所示，理想变压器的原线圈接有频率为 f、电压为 U 的交流电，副线圈接有光敏电阻 R1(光照增强时

21、，- 12 - / 13电阻减小)、用电器 R2.下列说法正确的是( )A.当光照增强时，变压器的输入功率减小B.当滑动触头 P 向上滑动时，用电器消耗的功率增大C.当 U 增大时，用电器消耗的功率增大D.当 f 减小时，变压器的输入功率减小答案：C 解析：光照增强时，光敏电阻的阻值减小，副线圈电路的总电阻减小，副线圈中的电流增大，变压器输出功率增大，因理想变压器输入功率等于输出功率，所以变压器输入功率增大，选项 A错误；P 上滑时，原线圈匝数增多，由知副线圈两端电压随之减小，用电器消耗的功率减小，选项 B 错误；原线圈电压 U 增大时，则知副线圈两端电压随之增大，则用电器功率增大，选项 C

22、正确；变压器的输入功率与交变电流的频率无关，选项 D 错误.4.理想变压器的相关计算一台理想变压器的原、副线圈的匝数比为 51，原线圈接入电压为 220 V 的正弦交流电，各元件正常工作，一只理想二极管和一个滑动变阻器 R 串联接在副线圈上，如图所示，电压表和电流表均为理想交流电表.则下列说法正确的是( )A.原、副线圈中的电流之比为 51B.电压表的读数约为 44 VC.若滑动变阻器接入电路的阻值为 20 ，则 1 分钟内产生的热量为 2 904 JD.若将滑动变阻器的滑片向上滑动，则两电表读数均增大答案：C 解析：原、副线圈的匝数比是 51，根据，则原、副线圈中的电流之比为 15，A 错误

23、；根据，原线圈电压为 220 V的正弦交流电，所以副线圈两端电压为 44 V，由于副线圈接有二极管，它具有单向导电性，根据电流的热效应知T，解得 U22 - 13 - / 13V31.11 V，故 B 错误；则 1 min 内滑动变阻器产生的热量为Qt60 J2 904 J，故 C 正确；将滑动变阻器滑片向上滑动时，副线圈中负载阻值变小，电流表的读数变大，但对原、副线圈两端的电压无影响，即电压表的读数不变，所以 D 错误.5.远距离输电的分析与计算如图甲所示是远距离输电线路示意图，图乙是用户端电压随时间变化的图象，则( )甲乙A.发电机产生的交流电的频率是 100 HzB.降压变压器输出的电压有效值是 340 VC.输电线的电流仅由输送功率决定D.仅增加升压变压器的副线圈匝数，其他条件不变，输电线上损失的功率减小答案：D 解析：由乙图可知交流电的周期 T0.02 s，则频率f50 Hz，变压器不改变交流电的周期与频率，则 A 错.由乙图可知 Um340 V，有效值 U340 V，则 B 错.输电线的电流由输送功率和输送电压共同决定，则 C 错.当仅增加升压变压器的副线圈匝数时，则输电电压增大，由 PUI 可知，输电电流减小，再由 PI2R 可知输电线上损失的功率减小，则 D 正确.