【志鸿优化设计】（安徽专用）高考物理一轮复习 第十章 交变电流第二节理想变压器 电能的输送教学案 新人教版.doc

第二节理想变压器电能的输送一、变压器1构造由_、_和_组成。2原理利用电磁感应的_现象。3理想变压器原、副线圈基本量的关系理想变压器(1)没有能量损失(绕线无电阻、铁芯无涡流)(2)没有磁通量损失(磁通量全部集中在铁芯中)基本关系功率关系原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率p入_电压关系原、副线圈的电压比等于匝数比，公式：_，与负载、副线圈的个数无关电流关系(1)只有一个副线圈时：i1/i2_；(2)有多个副线圈时：由p入p出得i1u1i2u2i3u3inun或i1n1i2n2i3n3innn频率关系f1f2(变压器不改变交变电流的频率)4.几种常见的变压器(1)自耦变压器调压变压器(2)互感器(如图所示)电压互感器：用来把_电压变成_电压。电流互感器：用来把_电流变成_电流。二、电能的输送如图所示，若发电站输出电功率为p，输电电压为u，用户得到的电功率为p，用户的电压为u。1输电电流i_2输电导线损耗的电功率p损i2r线_即在输送功率一定时，输电电压增大为原来的n倍，输电导线上损耗的功率就减少为原来的_。3输电导线损耗的电压u损ir线_。1(2012福州质检)如图所示，理想变压器原、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相连组成闭合回路。当直导线ab在匀强磁场中沿导轨匀速地向右做切割磁感线运动时，安培表a1的读数是12 ma，那么安培表a2的读数是( )a0 b3 ma c48 ma d与r值大小无关2(2012华南师大附中模拟)在变电站里，经常要用交流电表去监测电网上的强电流，所用的器材叫电流互感器。下列所示的四个图中，能正确反映其工作原理的是( )3中国已投产运行的1 000 kv特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程。假设甲、乙两地原来用500 kv的超高压输电，输电线上损耗的电功率为p。在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1 000 kv的特高压输电，若不考虑其他因素的影响，则输电线上损耗的电功率将变为( )a. b. c2p d4p4(2012合肥一中冲刺高考最后一卷)如图甲所示，两个线圈套在同一个铁芯上，线圈的绕向在图中已经表示。左线圈连着平行导轨m和n，导轨电阻不计，在导轨垂直方向上放着金属棒ab，金属棒处于垂直纸面向外的匀强磁场中。现使金属棒向右运动，金属棒向右运动的vt图象如图乙所示，则下列说法中正确的是( )甲乙aa点电势高于b点，c点电势高于d点，通过电阻的电流逐渐增大bb点电势高于a点，c点电势低于d点，通过电阻的电流逐渐增大cb点电势高于a点，c点电势高于d点，通过电阻的电流逐渐减小db点电势高于a点，c点电势低于d点，通过电阻的电流逐渐减小一、理想变压器中各物理量的制约关系自主探究1(2012江苏南京二模)如图所示，理想变压器原线圈匝数n11 210匝，副线圈匝数n2121匝，原线圈电压u311sin 100t(v)，负载电阻r44 ，不计电表对电路的影响，各电表的读数应为( )aa1读数为0.5 a bv1读数为311 vca2读数为0.5 a dv2读数为31.1 v思考1：输入电压与输出电压谁决定谁？思考2：输入电流与输出电流谁决定谁？思考3：输入功率与输出功率谁决定谁？二、降低输电损失的途径自主探究2下列关于减小远距离输电导线上热损耗的说法中，正确的是( )a因为热功率p，所以应降低输电电压，增大输电导线电阻，才能减小输电导线上的热损耗b因为热功率piu，所以应采用低电压、小电流输电，才能减小输电导线上的热损耗c因为热功率pi2r，所以可采用减小输电线电阻或减小输送电流的方法来减小输电导线上的热损耗d以上说法均不正确思考1：远距离输电的损失指的哪部分电路的损失？影响输电损失的因素有哪些？思考2：降低输电损耗的途径有哪些？命题研究一、理想变压器基本规律的应用【题例1】 如图所示，理想变压器原线圈的匝数为n1，副线圈的匝数为n2，原线圈的两端a、b接正弦交流电源，电压表v的示数为220 v，负载电阻r44 ，电流表a1的示数为0.20 a。下列判断中正确的是( )a原线圈和副线圈的匝数比为21b原线圈和副线圈的匝数比为51c电流表a2的示数为0.1 ad电流表a2的示数为0.4 a思路点拨：解答本题应把握以下两点：(1)理想变压器，输入功率等于输出功率。(2)根据原、副线圈的电压可以确定变压器的匝数比。解题要点：规律总结理想变压器的两个基本公式是：(1)，即有电压和匝数成正比，电流与匝数成反比(只适用于有一个副线圈的情况)。(2)p入p出，即无论有几个副线圈在工作，变压器的输入功率总等于所有输出功率之和。命题研究二、理想变压器的动态分析【题例2】 (2012广东深圳一模)如图，用理想变压器给电灯l供电，如果只增加副线圈的匝数，其他条件不变，则( )a电灯l亮度减小 b电流表示数减小c电压表示数增大 d变压器输入功率不变思路点拨：副线圈的匝数增加，副线圈两端电压如何变化？理想变压器输出功率与输入功率之间存在什么关系？解题要点：规律总结分析理想变压器的动态变化问题，关键是抓住不变量，以不变量作为分析基础，然后根据变化量引起的现象再由欧姆定律分析电流、电压等各量的变化。命题研究三、远距离输电【题例3】 发电机输出功率为100 kw，输出电压是250 v，用户需要的电压是220 v，输电线电阻为10 。若输电线中因发热而损失的功率为输送功率的4%。(1)画出此输电线路的示意图。(2)在输电线路中设置的升、降压变压器原副线圈的匝数比。(3)用户得到的电功率是多少？解题要点：1(2012宿州教学质量检测)如图所示为含有理想变压器的电路，图中的三个灯泡l1、l2、l3都标有“5 v、5 w”字样。l4标有“5 v、10 w”字样，若它们都能正常发光，不考虑导线的能耗，则该电路的输入功率pab和输入电压uab应为( )a20 w,25 v b20 w,20 vc25 w,25 v d25 w,20 v2如图所示，一理想变压器原副线圈匝数比为n1n241，原线圈ab间接一电压为u220sin 100t v的交流电源，灯泡l标有“36 v18 w”，当滑动变阻器r的滑片处在某位置时，电流表示数为0.25 a，灯泡l刚好正常发光，则( )a滑动变阻器r消耗的功率为36 wb定值电阻r0的电阻值为19 c流过灯泡l的交变电流频率为25 hzd将滑动变阻器r的滑片向上滑时，灯泡l的亮度变暗3如图所示为远距离高压输电的示意图。关于远距离输电，下列表述不正确的是( )a增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失b高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗的c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小d高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好4(2012天津理综)通过一理想变压器，经同一线路输送相同的电功率p，原线圈的电压u保持不变，输电线路的总电阻为r。当副线圈与原线圈的匝数比为k时，线路损耗的电功率为p1，若将副线圈与原线圈的匝数比提高到nk，线路损耗的电功率为p2，则p1和分别为( )a.， b()2r， c.， d()2r，专题提炼升华交变电流与变压器问题分析从近三年的高考试题分布可以看出，高考对交变电流的考查多集中在变压器的原理及其应用、交变电流的有效值、交变电流的平均值以及远距离输电等知识的理解和应用上，题型多为选择题，主要是对本专题知识的单独考查。其中针对变压器的原理及应用的题目出现的频率非常高，如2012年福建理综第14题，2011课标全国理综第17题等；另外交流电最大值、瞬时值、平均值、有效值的计算和应用也是考查频率较高的知识点，如2012年北京理综第15题，2011年天津理综第4题等。预计在2014年的高考中对交流电的考查仍集中在上述知识点上，但是交变电流的有关知识与其他专题知识有很多的结合点，例如：电路结构分析、电路动态变化分析、电功、电功率的计算、带电粒子在交变电场中的运动、电磁感应及其能量守恒等等，所以今后的命题可能会在大型综合题中体现对交变电流的考查，考查本专题知识与其他知识的综合应用。另外远距离输电问题是交流电与生产、生活、实际结合比较密切的知识点，因此以实际应用为命题背景的联系实际题型也是一个命题趋势。本部分内容是电磁感应知识的应用和延伸，复习交变电流知识时，要注意交变电流的特点，如周期性、最大值、有效值等，复习重点是交变电流的变化规律(包括图象)和有效值等概念。对理想变压器和电能的输送，要理解变压器的工作原理，掌握输送电能过程中电能损失的计算方法和提高输电效率的方法。一、有关正弦交变电流图象的问题正弦交流电图象一般是i-t、e-t、-t图象，每个图象上一个完整的正弦曲线的水平长度就是一个周期，根据可以求出，根据f可以求出频率，进而知道1 s中电流方向的改变次数为2f次。i-t、e-t图象峰值对应线圈平面位于与磁感线平行的位置，磁通量为零，磁通量变化率最大。i-t、e-t图象与横轴交点处，对应线圈位于中性面位置，磁通量最大，磁通量变化率为零。t图象峰值对应电流为零，-t图象是正弦规律变化时，对应的i-t、e-t图象是余弦规律变化。感应电动势最大值emnbs。【例题1】 一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图甲所示，则下列说法正确的是( )at0时刻，线圈平面与中性面垂直bt0.01 s时刻，的变化率最大ct0.02 s时刻，交流电动势达到最大d该线圈产生的交流电动势的图象如图乙所示解题要点：二、正弦交变电流的“四值”问题(1)“四值”指的是：交变电流的峰值、瞬时值、有效值和平均值。(2)“四值”的应用在求解电容器的击穿电压时用峰值。在研究某一时刻通有交流电的导体受到的安培力时应采用瞬时值。瞬时值可由瞬时值表达式计算得出。求电功、电功率(平均功率除外)以及确定保险丝的熔断电流等物理量时，要用有效值计算。正弦交变电流的有效值与峰值间存在i的关系，其他交变电流只能根据交变电流有效值的定义依据电流的热效应来计算。求一段时间内通过导体横截面的电荷量时要用平均值，如qt。平均值的计算要用法拉第电磁感应定律n和闭合电路欧姆定律来计算。并且不同时间段内的平均值可能会不同。【例题2】(2012北京理综)一个小型电热器若接在输出电压为10 v的直流电源上，消耗电功率为p；若把它接在某个正弦交流电源上，其消耗的电功率为。如果电热器电阻不变，则此交流电源输出电压的最大值为( )a5 v b5 v c10 v d10 v解题要点：三、有关变压器的问题对于变压器各物理量间的关系，一般从三个方面分析，一是从电压与匝数的关系分析，二是从电流与匝数的关系分析(对一个副线圈有，对多个副线圈有i1n1i2n2i3n3)，三是从功率分析(只有一个副线圈时，p1p2；有多个副线圈时，p1p2p3)。另外，要注意变压器的几个决定关系(u1决定u2、i2决定i1、p2决定p1)。对变压器动态问题，要注意把副线圈作为电源，与副线圈连接的电路作为外电路，采用分析动态电路问题的方法处理。【例题3】 (2012福建理综)如图，理想变压器原线圈输入电压uumsin t，副线圈电路中r0为定值电阻，r是滑动变阻器。v1和v2是理想交流电压表，示数分别用u1和u2表示；a1和a2是理想交流电流表，示数分别用i1和i2表示。下列说法正确的是( )ai1和i2表示电流的瞬时值bu1和u2表示电压的最大值c滑片p向下滑动过程中，u2不变、i1变大d滑片p向下滑动过程中，u2变小、i1变小解题要点：参考答案基础梳理自测知识梳理一、1.原线圈副线圈闭合铁芯2互感3p出n2/n14(2)高低大小二、1.2.2r线3.r线基础自测1a解析：当直导线ab在匀强磁场中沿导轨匀速向右做切割磁感线运动时，原线圈中产生恒定的电流，不能在铁芯中产生变化的磁场，副线圈中不会产生感应电流。a正确。2d解析：已知u200sin 120t(v)，则有效值u1200 v，角速度2f120 rad/s，知交变电流的频率为60 hz；由um1n1(/t)200 v，而n11 000匝，则穿过铁芯的磁通量的最大变化率/t为 wb/s；由i2u2/r a0.4 a，得电流表a的示数为0.4 a；由p1p2i2u20.440 w16 w，故d正确。2a解析：电流互感应是测电流的，应串联在火线上，故b、d选项错误。同时，由i1n1i2n2知要使i2i1，须n2n1，故a选项正确，c项错误。3a解析：输送电功率不变，由p损2r线，得当输电电压为原来的两倍，输电线上损耗功率为原来输电线上损耗功率的，即，a正确。4d解析：由乙图知道金属棒的加速度越来越小，速度越来越大，左端闭合回路磁通量在减小，由楞次定律知道电流由a到b，b的电势比a高。金属棒向右加速运动时，感应电流增大，穿过右边线圈的磁通量增大，所以右线圈中也产生感应电流，由楞次定律可判断电流从d流出，在外电路d点电势高于c点，d正确。核心理解深化【自主探究1】 c解析：各表的读数均为有效值，故v1的读数u1220 v；由u2u1知，v2的读数为22 v；由i2知，a2的读数为0.5 a；i1i2知，a1的读数为0.05 a，选项c正确。提示：1.输入电压u1决定输出电压u2。2输出电流i2决定输入电流i1。3输出功率p2决定输入功率p1。【自主探究2】 c解析：计算导线上的热损耗时，用p损ir线、p损u线i线或p损，注意输电电压uu线，由pui和p损ir线联立可得p损2r线，故只有选项c正确。提示：1.远距离输电的损失指的是输电导线上的热损耗，由输电线上损失的功率p损ir线可知，影响输电损失的因素有两个：减小导线的电阻或减小输电导线中的输电电流。2降低输电损耗的两个途径：(1)减小电线的电阻。由电阻定律r可知，在输电距离一定的情况下，为减小导线电阻，应采用电阻率小的材料，也可以增加导线的截面积；(2)减小输电导线中的输电电流。由pui可知，当输送功率一定时，提高输电电压，可以减小输电电流。考向探究突破【题例1】 b解析：对于理想变压器，p1u1i12200.20 w44 w，则负载电阻消耗的功率p2p144 w，据p2，得u2 v44 v，则5，故b正确，a错误；a2的读数i2 a1 a，故c、d错误。【题例2】 c解析：由理想变压器的变压比等于匝数比，可得：，即副线圈两端电压增加，电压表的读数增大，加在电灯两端的电压增大，电灯变亮，即变压器的输出功率增大，由于理想变压器的输入功率等于输出功率，即输入功率也随之增大，根据pu1i1，可知电流表的读数增大，选项c正确，选项a、b、d错误。【题例3】 答案：(1)如解析图所示(2)12024011(3)96 kw解析：(1)输电线路，如图所示。(2)输电线损耗功率p损1004% kw4 kw，又p损i2r线，输电线电流ii2i320 a，原线圈中输入电流i1 a400 a所以升压变压器u2u125020 v5 000 vu3u2u线(5 0002010) v4 800 v所以。(3)用户得到的电功率p用10096% kw96 kw。演练巩固提升1c解析：由题意可知p出(5510) w20 w所以p入(205) w25 w又因为左边电路上的l1正常发光，得电流1 aup/i20 v注意：因为p是线圈(左)输入的功率，所以此电压为线圈的电压，所以uab(205) v25 v2b解析：根据电流表示数和原副线圈的匝数之比可知副线圈中的电流大小为1 a，灯泡正常发光可知，灯泡所在支路电流为0.5 a，故滑动变阻器所在支路电流为0.5 a，电压为36 v，根据pui可知滑动变阻器消耗的功率为18 w，故a错误；根据原副线圈的匝数之比可知副线圈两端的电压的有效值为55 v，则r0两端电压为19 v，r0的电阻为19 ，故b正确；原副线圈电流的频率应相同均为50 hz，故c错误；滑动变阻器滑片向上滑，阻值增