2023版高考物理一轮复习第十一章交变电流传感器第2讲变压器电能的输送学生用书.docx

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1、第2讲变压器电能的输送必备知识自主排查一、理想变压器1构造：如图所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的_、_组成的(1)原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫_线圈(2)副线圈：与负载连接的线圈，也叫_线圈2工作原理：电磁感应的_3理想变压器原、副线圈基本量的关系(1)功率关系：P入_(2)电压关系：U1U2_(3)电流关系：只有一个副线圈时，I1I2_4几种常用的变压器(1)自耦变压器调压变压器，如图甲(降压作用)、乙(升压作用)所示(2)互感器电压互感器(n1n2)：把高电压变成_，如图丙所示电流互感器(n1n2)：把大电流变成_，如图丁所示二、远距离输电1减少输电电能损失的两种方法(1)减小

2、输电线的电阻：根据电阻定律RlS，要减小输电线的电阻R，在保证输电距离不变的情况下，可采用减小材料的_、增大导线的_等方法(2)减小输电导线中的电流：在输电功率一定的情况下，根据PUI，要减小电流，必须提高_2远距离高压输电的分析(1)输电过程(如图所示)(2)输送电流IPUPU.IUUR.(3)电压损失UUU.U_(4)功率损失PPP.P_U2R.,教材拓展1.人教版选修32P44T2改编有些机床为了安全，照明电灯用的电压是36 V，这个电压是把380 V的电压降压后得到的如果变压器的原线圈是1 140匝，副线圈是()A.1 081匝B1 800匝C108匝D8 010匝2沪科版选修32P7

3、5T3一理想变压器如图所示，其原、副线圈匝数之比n1n241，原线圈两端连接光滑导轨，副线圈与电阻R组成闭合电路当直导线MN在匀强磁场中沿导轨向左匀速切割磁感线时，电流表的示数是10 mA，那么电流表的示数是()A40 mAB0C10 mAD2.5 mA3人教版选修32P50T3改编从发电站输出的功率为220 kW，输电线的总电阻为0.05 ，用110 V和11 kV两种电压输电两种情况下输电线上由电阻造成的电压损失之比为()A1001B1100C110D101关键能力分层突破考点一理想变压器的工作原理和基本关系1基本关系(1)理想变压器无漏磁，故原、副线圈中的相同线圈无电阻，因此无电压降，副

4、线圈两端电压U2n2t，套在同一铁芯上的线圈，有U1n1U2n2U3n3.(2)无电能损失，因此P入P出，无论副线圈是一个还是多个，总有U1I1U2I2U3I3，将电压关系代入可得n1I1n2I2n3I3.(3)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2基本关系式中物理量之间的决定关系制约关系电压原线圈电压U1和匝数比决定副线圈电压U2(当U1和匝数比不变时，不论负载电阻R变化与否，U2不会改变)功率副线圈的输出功率P出决定原线圈的输入功率P入(可简记为“用决定供”)电流副线圈电流I2和匝数比决定原线圈电流I1角度1变压器基本关系的应用例1. 2021广东卷，7某同学设计了一

5、个充电装置，如图所示假设永磁铁的往复运动在螺线管中产生近似正弦式交流电，周期为0.2 s，电压最大值为0.05 V理想变压器原线圈接螺线管，副线圈接充电电路，原、副线圈匝数比为160.下列说法正确的是()A交流电的频率为10 HzB副线圈两端电压最大值为3 VC变压器输入电压与永磁铁磁场强弱无关D充电电路的输入功率大于变压器的输入功率命题分析试题情境属于基础性题目，以新型交流发电机和变压器为素材创设学习探索问题情境必备知识考查交变电流的基本物理量、理想变压器的原理及变压规律关键能力考查理解能力、推理论证能力理解交变电流各物理量间关系和变压器原理学科素养考查物理观念、科学思维要求考生掌握相关物理

6、量间关系的前提下解决问题角度2多个副线圈的变压器例2. 2021河北卷，8 (多选)如图，发电机的矩形线圈长为2L、宽为L，匝数为N，放置在磁感应强度大小为B的匀强磁场中理想变压器的原、副线圈匝数分别为n0、n1和n2，两个副线圈分别接有电阻R1和R2.当发电机线圈以角速度匀速转动时，理想电流表读数为I.不计线圈电阻，下列说法正确的是()A通过电阻R2的电流为n1In2B电阻R2两端的电压为n2IR1n1Cn0与n1的比值为2NBL2IR1D发电机的功率为2NBL2In1+n2n0命题分析试题情境属于基础性题目，以交流发电机和变压器为素材创设学习探索问题情境必备知识考查理想变压器、变压器各物理

7、量的关系关键能力考查理解能力、推理论证能力理解有两个副线圈的变压器的工作原理学科素养考查物理观念、科学思维要求考生抓住同一铁芯上两副线圈磁通量及变化相等解决问题角度3理想变压器的动态分析例3. 2021湖北模拟如图所示，理想变压器原线圈接入有效正弦交流电，副线圈接入最大阻值为2R的滑动变阻器和阻值为R的定值电阻在变阻器滑片从a端向b端缓慢移动的过程中()A.电流表A1示数减小B电流表A2示数增大C原线圈输入功率先增大后减小D定值电阻R消耗的功率先减小后增大思维方法分析变压器动态问题的基本思路跟进训练1.L1和L2是高压输电的两条输电线，现要通过变压器测量L1和L2之间的电压，如图的四种电路连接

8、正确的是()2升流器是电力部门和工矿企业的电器设备做电流负载试验及温升试验的专用设备，其工作原理简化如图所示某次外接调压器进行伏安特性试验，升流器第一级T1的自耦线圈滑头P位于线圈中点，T2为第二级升流器，T1、T2均为理想变压器，不计线路电阻当采集负载R的电流值为ab输入端电流值的10倍时，则第二级升流器T2的匝数比为()A15 B31C41 D51考点二远距离输电分析远距离输电问题的三个关键1理清三个回路2抓住两个联系(1)回路1和回路2的联系升压变压器基本关系：U1U2n1n2，I1I2n2n1，P1P2.(2)回路2和回路3的联系降压变压器基本关系：U3U4n3n4，I3I4n4n3，

9、P3P4.3明确三个重要关联式(联系两个变压器的纽带)(1)功率关联式：P2PP3，其中PUI线I线2R线U2R线.(2)电压关联式：U2UU3.(3)电流关联式：I2I线I3.例4. 2021山东卷，9(多选)输电能耗演示电路如图所示左侧变压器原、副线圈匝数比为13，输入电压有效值为7.5 V的正弦交流电连接两理想变压器的导线总电阻为r，负载R的阻值为10 .开关S接1时，右侧变压器原、副线圈匝数比为21，R上的功率为10 W；接2时，匝数比为12，R上的功率为P.以下判断正确的是()Ar 10 Br5 CP45 W DP22.5 W命题分析试题情境属于基础性题目，以输电能耗演示电路为素材创

10、设学习探索问题情境必备知识考查理想变压器、输电过程中功率损耗和电压损失关键能力考查理解能力、推理论证能力理解远距离输电过程的特点学科素养考查物理观念、科学思维要求考生应用恒定电流知识解决变压器和远距离输电问题，即知识的迁移跟进训练3.(多选)寒冷的冬天为清除高压电线上的冰凌，有人设计了这样的融冰思路：通过降低输电电压的方式除冰若正常供电时，高压线上输电电压为U，电流为I，输电线损耗功率为P，除冰时，输电线损耗功率需变为100P，则除冰时(设输电功率和输电线电阻不变)()A输电电流为100I B输电电流为10IC输电电压为U100 D输电电压为U104小明分别按图1和图2电路探究远距离输电的输电

11、损耗，将长导线卷成相同的两卷A、B来模拟输电线路，忽略导线的自感作用其中T1为理想升压变压器，T2为理想降压变压器，两次实验中使用的灯泡相同，灯泡获得的电压相等，两次实验中()A都接直流电源BA两端的电压相等CA损耗的功率相等D图1中A的电流较大考点三交变电流在生产、生活中的应用(STSE问题)素养提升情境1疫情防控(多选)疫情中某新建病房的供电系统可简化为如图所示的电路图图中a、b所接的电源的内阻为r1 ，电动势e随时间的变化关系为e325 sin 100t(V)；等效为病房中的照明电路，其等效电阻为22 ；等效为病房中的紫外线消毒电路，其等效电阻为10.5 ；等效为医护人员使用的生活区照明

12、电路，其等效电阻为44 .下列说法正确的是()A当S1、S2、S3都断开时，电压表读数为220 VB当S1闭合，S2、S3都断开时，电流表读数为10 AC当S2闭合，S1、S3都断开时，电压表读数为210 VD当S1、S3都闭合，S2断开时，电流表读数为20 A情境2手机无线充电随着科技的不断发展，手机无线充电技术也是现在的一个热门话题，而手机的无线充电原理图可以简化为图甲所示，实际上相当于一个变压器技术是不断革新的，现在市面上又出现了一个无线充电器同时给两台或多台手机充电的技术，实际上相当于一个有多个副线圈的变压器，如图乙所示若无线充电器转换器(原线圈)中的线圈匝数用n1表示，两端电压用U1

13、表示，电流用I1表示，输入功率用P1表示，两台手机电力接收线圈(两个副线圈)中的线圈匝数分别用n2、n3表示，两端电压分别用U2、U3表示，电流分别用I2、I3表示，输出功率分别用P2、P3表示，若不计原、副线圈磁通量损失，下面关于无线充电器转换器和手机中的线圈匝数、电压、电流、功率关系正确的是()An1n2n3 BU1n1U2n2U3n3CI1n3I2n2I3n1 DP1n1P2n2P3n3情境3风力发电新能源风力发电作为新能源，近几年来得到了快速发展，如图所示风车阵中发电机的输出功率为100 kW，输出电压是250 V，用户需要的电压是220 V，输电线的电阻为10 .若输电线因发热而损失

14、的功率为输送功率的4%，试求：(1)在输电线路中设置的升、降压变压器原、副线圈的匝数比；(2)用户得到的电功率第2讲变压器电能的输送必备知识自主排查一、1原线圈副线圈(1)初级(2)次级2互感现象3P出n1n2n2n14(2)低电压小电流二、1(1)电阻率横截面积(2)输电电压2(3)IR(4)I2RPU2R教材拓展1解析：由题意知U1380 V，U236 V，n11 140，则U1U2n1n2得n2U2U1n1108.选项C正确答案：C2答案：B3解析：由题意知输电线上的电流IPU，则输电线的总电阻造成的电压损失UIRPRU，故U1U21U11U2U2U1111031101001，故选项A正

15、确答案：A关键能力分层突破例1解析：交流电的周期为0.2 s，频率f1T5 Hz，A错误；根据变压器原、副线圈的电压规律可知U1U2n1n2，由于原线圈的电压最大值为0.05 V，故副线圈的电压最大值为3 V，B正确；变压器的输入电压由螺线管与永磁铁相对运动产生，故输入电压与永磁铁的磁场强弱有关，C错误；理想变压器的输入功率等于输出功率，D错误答案：B例2解析：电阻R1两端的电压U1IR1，由变压器电压规律有U1U2n1n2，解得U2n2IR1n1，则通过电阻R2的电流I2U2R2n2R1n1R2I，A错误，B正确；由题意可知发电机电动势的最大值EmNBS2NBL2，电动势的有效值EEm22N

16、BL2，由变压器的电压规律有EU1n0n1，所以n0n1EU12NBL2IR1，C正确；变压器的输入功率等于输出功率，所以发电机的功率PP1P2I2R1+I22R2U1IU1I22 NBL2In1n0n22R1n0n1R2，D错误答案：BC例3解析：由于原线圈所接有效电压恒定，匝数比恒定，故变压器副线圈的输出有效电压恒定，变阻器的滑片从a端向b端缓慢移动的过程中，由数学知识可知，变压器副线圈所接的电阻值逐渐增大，则由欧姆定律得I2U2R副，可知副线圈的电流逐渐减小，由n1n2I2I1可知变压器原线圈的电流I1也逐渐减小，A正确，B错误；原线圈的输入功率为P入U1I1，由于I1逐渐减小，则原线圈

17、的输入功率逐渐减小，C错误；由于副线圈的电流逐渐减小，则定值电阻与变阻器右半部分并联的总电流减小，又与定值电阻并联的变阻器右半部分的电阻值减小，则由并联分流规律可知，流过定值电阻的电流逐渐减小，则由公式PRI2R可知，定值电阻R消耗的电功率逐渐减小，D错误答案：A1解析：通过变压器测量L1和L2之间的电压，变压器原线圈应并联在L1和L2之间，由于电压表量程较小，变压器应为降压变压器，原线圈匝数应大于副线圈匝数，选项A正确答案：A2解析：本题考查理想变压器的物理量关系设ab端的电流为I1，第二级升流器T2的输入端电流为I2，采集负载R的电流为I3，根据理想变压器的原理可知，I1I212，I2I3

18、1k，联立解得I1I312k，由于I310I1，可得k5，D正确答案：D例4解析：左侧变压器副线圈上的电压U237.5 V22.5 V，当开关S接1时，电阻R上的电压，即右侧变压器的副线圈上的电压U4PR10 V，电流I4U4R1 A，则右侧变压器原线圈上的电压U32110 V20 V，电流I3121 A0.5 A，则rU2U3I35 ，B项正确；当开关S接2时，设导线上的输电电流为I，则右侧变压器副线圈上的电流为0.5I，由右侧变压器原、副线圈上的电压关系可知U2Irn30.5IRn4，解得I3 A，则R上的功率P(0.5I)2R22.5 W，D项正确答案：BD3解析：输电线上损失的功率PI

19、2R，而P100PI12R，所以I110I，选项A错误，B正确；输电功率不变，即有UIU1I1，则U1U10，选项C错误，D正确答案：BD4解析：由于变压器只能改变交变电流，因此图2中不可能接直流电源，A错误；T2是降压变压器，根据n3n4I4I31，由于流过两个灯的电流相等，可知图2中流过A的电流较小，加在图2中A两端的电压较低，图2中A消耗的功率较小，B、C错误，D正确答案：D情境1解析：由电动势E随时间的变化关系e325 sin 100t(V)可知，电动势有效值为E230 V当S1、S2、S3都断开时，路端电压等于电源电动势，所以电压表读数为230 V，A错误；当S1闭合，S2、S3都断

20、开时，外电路电阻R122 ，由闭合电路欧姆定律可知，电流表读数为I1ER1+r23022+1A10 A，B正确；当S2闭合，S1、S3都断开时，外电路电阻R210.5 ，由闭合电路欧姆定律可知，电流表读数为I2ER2+r23010.5+1A20 A，电压表读数为UEI2r230 V201 V210 V，C正确；当S1、S3都闭合，S2断开时，外电路为和电路并联，则外电路电阻R3443 ，由闭合电路欧姆定律可知，电流表读数为I3ER3+r230443+1 A14.7 A，D错误答案：BC情境2解析：本题结合生活中的变压器的应用，对多个副线圈的变压器的问题进行考查，进一步帮助学生理解变压器的工作原

21、理变压器原、副线圈匝数之间无特定关系，A错误；原、副线圈磁通量变化率相同，根据法拉第电磁感应定律，感应电动势与线圈匝数成正比，则两端电压与线圈匝数成正比，B正确；原、副线圈如果没有能量损失，满足P入P出，单个副线圈的情况下，满足U1I1U2I2，所以I1I2U2U1n2n1，电流与匝数成反比，多个副线圈的情况下，也满足P入P出，即P1P2P3，U1I1U2I2U3I3，n1I1n2I2n3I3，所以C、D错误答案：B情境3解析：(1)输电线损失的功率P损P4%100 kW4%4 kW输电线上的电流I2P损R线410310 A20 A升压变压器输出电压U2PI210010320 V5103 V升压变压器原、副线圈匝数比n1n2U1U2250 V5103 V120电压损失U损I2R线2010 V200 V降压变压器原线圈两端电压U3U2U损4 800 V降压变压器原、副线圈匝数比n3n44 800 V220 V24011(2)用户得到的电功率即降压变压器的输出功率P用PP损P(14%)96 kW.答案：(1)12024011(2)96 kW素养聚焦：本题以风力发电作为新能源设置问题情境要求考生认识科学技术社会环境的关系，树立保护环境并推动社会可持续发展的责任意识