2020年高考物理一轮复习第12章交变电流传感器第57讲变压器电能的输送学案解析版

第57讲

变器

电的送考点一变压器的工作原理和基本关系式1．构造如图所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的

1两个线圈组成的。(1)原线圈：与交流电源连接的圈，也叫

2初级线圈。(2)副线圈：与负载连接的线圈也叫

3次级线圈。2．原理电流磁效应、eq\o\ac(□,0)4电感应。3．理想变压器原、副线圈基本的关系1

4．几种常用的变压器(1)自耦变压器——调压变压器如图(降压作用、乙升压作用所。(2)互感器①电压互感()把高电压变成9低电，如图丙所示。②电流互感()把大电流变成小电流，如图丁所示。2

1教母题](人教版选修3－2P·T)当压器一个线圈的匝数已知时，可以用下面的方法测量其他线圈的匝数被测线圈作为原线圈用数已知的线圈作为副线圈通入交流，测出两线圈的电压，就可以求出被测线圈的匝数。已知副线圈400匝把线圈接到220V的线路中，测得副线的电压是55，求原线圈的匝数。[变式子题(2018·唐山二)多选如图甲所示的电路想变压器原副线圈的匝数比为n∶电流表和电压表都是理想电表，当原线圈接图乙所示的交变电源时，电路正常工作。现将电源换成图丙所示的交变电源，则更换电源前()A．电流表A、A的示之比均n∶B．电压表V、V的示之比均n∶C．电压表V示数变，V的示变大D．电流表A、A的示均不变答案BD解析根变压器原、副线圈的流比等于匝数的倒数比，则电流表A的数与副线圈电流之比为∶而示数并不等于副线圈电流大小A错误；电压表V、V分测3

量原、副线圈两端的电压，则根据电压与匝数成正比可知，电压表V的示数之比均为n∶n，B正确更换电源后，交流电的最大值不变，则有效值不，电压表V示不变，V的示也不变C错副圈电压有效值不变则示不变故A示不变D正。故选B、D。2.(2019·百师联盟七调)一理想压器的初级线圈＝100匝次级线圈n＝30匝n＝20匝一个电阻为48.4Ω的小泡接在副线圈与上如图所示。当原圈与e＝2202sinωtV交流电源连接后，变压器的输入功率()A．10WB．20WC．250W．500W答案A解析根副线圈的接法知道副线圈和的法相同电势抵消一部分相当于灯泡接在10匝副线圈上，根据表达式知原线圈电压有效值为V，根据电压与匝数成1022正比知灯泡两端的电压为U＝×220V＝22，灯泡功率P＝＝WW故选。100R48.43(2017·北高考)如图所示想压器的原线圈接在＝2202sin100t(V)的交流电源上，副线圈接有＝55Ω的负电阻，原、副线圈匝数之比为，电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的()4

ωωA．原线圈的输入功率为2202B．电流表的读数为1AC．电压表的读数为2VD．副线圈输出交流电的周期为50答案BU解析理变压器原线圈两端电的有效值为U＝220V，由＝得U＝＝110，UU110即电压表的读数为110V，通过载电阻的电流I＝＝A，则副线圈的输出功率55P＝＝110×2＝220W，原线的输入功率等于副线圈的输出功率，为220W，故选项A、nIC错。由nII得＝＝1A，即电流表的读数为1，选项B正。由＝2202sin100π(V)知，角速度ω＝100πrad/s，原线圈所接交流的周期T＝副线圈输出交流电的周期不变，仍为0.02，选项D误。考点二变压器的动态分析

2π＝0.02s，5

1．理想变压器的制约关系2．理想变压器动态分析的两种况(1)匝数比不变，负载变。如图示：U①电压分析不变，根据＝，论负载电阻R如何化不。U②电流分析：当负载电阻发生变化时I＝变化，由于＝，故发变化。③功率分析变化引起＝I变，由于＝P，故P发变化。(2)负载电阻不变，匝数比变。图所示：6

nn①电压分析不变，发生变化，根据＝，U化。U②副线圈电流分析：不变U化，故＝发变化。U③功率分析：根据P＝，发生化，再根据P＝故变化。④原线圈电流分析：根据P＝UI，U不，故I生变化。3．分析变压器动态问题的基本路7

(2018·定州月)多选)理想变压器的原线圈连接一只电流表圈接入电路的匝数可以通过滑动触头Q调，如图，在副线圈上连接了定值电阻R和动变阻器R，为动变阻器的滑动触头。原线圈两端接在电压为U交流电源上。()A．保持Q的位置不动，将向滑动时，电流表的读数变大B．保持Q的位置不动，将向滑动时，电流表的读数变小C．保持P的位置不动，将向滑动时，电流表的读数变大D．保持P的位置不动，将向滑动时，电流表的读数变小解析在、副线圈匝数比一定情况下，变压器的输出电压由输入电压决定。因此，当Q位置变时，输出电压U′不变此向滑动，负载电阻值R增大，则输出电流I′减小变器出功率减小。根据输入功率等输出功率，流表的读数变小，故A错，正；位置不变，将Q向滑动，则输出电压U′变大，′变大，变压器输出功率变大，电流表的读数变大。因此C正确D错。答案BC方法感悟处理变压器的动态分析问题先应明确“不变量”和“变化量”变量要把握它们之间的制约关系依程序分的思想从主动变化量开始依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。8

(2018·福建厦门月)多)如图为学校配电房向各个教室的供电示意图为想变压器，、A为控室供电端电压表和电流表V、A为监控校内变压器输出端的电压表和电流表R、教室的负载电阻V、A为室内的监控压表和电流表，配电房和教室间有相当长的一段距离，则当开关S闭合，以下说法错误的是()A．电流表A、A和A的数都变大B．只有电流表A的数变大C．电压表V的示变小D．电压表V和V的示数都变小答案ABD解析当关闭合后副圈的总电阻变小于变压器的输入电压不变则输出电压不变，即的示不变，可知电线中的电流增大，即的示数增大，则输电线上损失的电压增大，可知用户端得到的电压减小，即的数减小，所以通过R的流减小，即In的示数减小，副线圈中电流决定原线圈中的电流，根据＝知，原线圈中的电流I增大In9

所以A的示增大，故C正确，A、B、D误。考点三远离输电1．降低输电损耗的两个途径由＝Rt知，降低输电损耗可以两个途径入手：l(1)减小输电线的电阻：由电阻律＝ρ可，在输电距离一定的情况下，为了减小S电阻，应采用电阻率小的材料，也可以增加导线的横截面积。(2)减小输电导线中的输电电流由＝可知，当输送功率一定时，提高输电电，可以减小输电电流。2．远距离输电问题的“三二一(1)理清三个回路(2)抓住两个联系①理想升压变压器联系了回路1和路，由变压器原理可得：线圈匝为n)线U圈2(匝数为n)各个量间的关系是＝，＝，10

②理想降压变压器联系了回路2和路，由变压器原理可得：线圈匝为n)线U圈4(匝数为n)各个量间的关系是＝，＝，(3)掌握一个守恒：能量守恒关式P＝＋。(多选如图所示为远距离输电示图，两变压器均为理想变压器。升压变压器T的、副线圈匝数之比n∶∶10，在T的线圈两端接入一正弦交流电，输电线的总电阻为2Ω降压变压器T的、副线圈匝数之比n∶n＝10∶1，若T“用电设备”两端的电压U＝200，且“用电设备”消耗的电功率为10kW，不考虑其他因素的影响，则下列说法正确的是)A．的线圈两端电压的最大值为20102VB．的线圈两端的电压为2000VC．输电线上损失的电功率为50WD．的线圈输入的电功率为10.1kWP10kWUI解析对降压变压器T，副圈上的输出电流I＝＝50，依据＝，200VU11

n＝，可得U＝2000V，＝5A，B正确。输电线上损耗电压U＝＝10V，损耗功率n

＝I＝50，C正确。在输电回路中U＝U＝2010，以变压器T的线圈两端电压的最大值为20102V，A正。根据变压器的功率关系且I＝I，所原线圈输入的电功率P＝＝＝＝2010×5＝10.05，D误。答案ABC方法感悟输电线路功率损失的计算方法1．从发电站输出的功率为220kW输电线的总电阻为0.05，用110V和11kV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()A．100∶1B．1∶100C．1．10答案A解析

P由题意知输电线上的电流＝，则输电线的总电阻造成的电压损失Δ＝Ir＝U12

UΔ11101UΔ111011PrΔ11×10100，故＝＝＝＝，选。U2．如图所示是发电厂通过升压压器进行高压输电，接近用户端时再通过降压变压器降压给用户供电的示意图。图中变压器均可视为理想变压器，图中电表均为理想交流电表。设发电厂输出的电压一定，两条输电线总电阻用表示变阻器R相当用户用电器的总电阻，当用电器增加时，相当于R变小则当用电进入高峰时()A．电压表V、V的读均不变电流表A的数增大，电流表A的数减小B．电压表V、V的读均减小电流表A的数增大，电流表A的数减小C．电压表V、V的读之差与流表A的数的比值不变D．线路损耗功率不变答案C解析当电进入高峰时，发电的输出功率P增，又发电厂输出的电压一，即PUU一，也就是电压表V的数不变，根据＝可I增，再根据＝，＝，于nnn

不变，可得不变，即V的读数不变I增，即A的读数增大IR，变大

Un＝，变大；＝－，小，即V读减小，由＝，＝，I＝，不，nI分析可得U变、变，即、A读数分别减小、增大、B错；而电压表V、V的读数之差与电流表A的读数的值是输电线的电阻，是不变的C正。课后作业[巩固强化练1．如图甲所示的电路中L为三“6V”的灯泡，变压器为理想变压器，各电表均为理想电表。当ab端如图乙所示的交变电压时，三只灯泡均正常发光。下列说法中正确的()13

6V6VA．变压器原、副线圈的匝数比1∶2B．副线圈两端输出的交流电频为50HzC．电流表的示数为AD．电压表的示数为18V答案B3W解析灯正常发光时的电流I＝＝0.5，则副线圈中电流＝2，原线圈中电流I＝，变压器原、副线圈的匝数比n∶＝∶＝2∶1项错误。由题图乙可知1交流电的周期＝0.02s，则频率f＝＝50Hz，变压器不改变交流电的频率B项正确。T电流表的示数＝＝1A，C项误。因泡正常发光，则副线圈两端电压＝6V，n则原线圈两端电压U＝＝12V，电压表示数为12，D错误。2多选)如图所示为两个互感，在图中圆圈内a表示电表，已知电压比为，电流比为10，压表的示数为，电流表的示数为10A则()14

A．a为电表b为电压表B．a为电表b为电流表C．线路输送电功率是2200WD．线路输送电功率是2.2×10W答案BD解析电互感器是并联在原电中的流互感器是串联在原电路中的以a为压表b为流表B正由压比为知U＝2.2×10由流比为10知A。由＝得输送功率为2.2×10W正。3.如图所示，一理想变压器的原圈匝数，所加电压U＝220V，串联了一个阻值为＝4Ω的电阻；副线圈接入电路的匝数可以通过滑动触头Q调节，副线圈接有n阻值R＝9Ω的定值电阻。相于变压器在原线圈电路中的电阻n取列哪个值时，nR消耗率最大()A．2000B．1500C．600D．40015

RR答案B解析将联的电阻r等效电内阻压器相当于外电路电内阻与外电路电阻相等时电源的输出功率即原圈的输入功率最大理想变压器原线圈的输入功率等于n副线圈电阻的功率，故有R＝，代入相关数据解得n＝1500，B项正确。n4．如图为远距离输电示意图，压变压器和降压变压器均为理想变压器R为电线的等效电阻保持交流发电机输电压不变电压表示数变小下列判断正确的是()A．电流表示数变小B．降压变压器原、副线圈两端电压之比变小C．升压变压器输出电压变小D．输电线损失的功率变大答案D解析降变压器原、副线圈的压比等于降压变压器原、副线圈匝数比，保持不变，B错；电压表的示数减小，则压变压器原线圈的电U减由发电机的输出电压不变，则升压变压器副线圈的输出电压不，由＝＋可知，电流表的示数变大，A、C错；由于电流表的示数变大则由P＝可，输电线上损失的功率变大D正确5．如图所示，理想变压器原、线圈的匝数比∶1是线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想电表，从某时刻开始在原线圈、两端上交变电压，其瞬时值表达式为u＝2202sin100πt(V)则)16

22A．当单刀双掷开关与连时，电压表的示数为22V1B．当＝s时，c、间电瞬时值为110600C．单刀双掷开关与连，在滑动变阻器触头P向上动的过中，电压表和电流表的示数均变小D．当单刀双掷开关由扳时电压表和电流表的示数均变小答案A解析当刀双掷开关与a连时，原、副线圈匝数比为0，原线圈两端的电压2202有效值U＝V＝220，根据＝，代入数据得U＝22，故电压表的示数为22V，11A正当t＝s时d间压的瞬时值为＝2202sinπ×600600

V＝1102，故B错当单刀双掷开关与a连接滑动变阻器触头向移的过程中滑动变阻器电阻的阻值变大，电压表示数不变，电流表示数减小，故误；当单刀双掷开关由a扳bU时原圈匝数减小根＝所以U变电表和电流表读数均变大故错误U6．如图，利用理想变压器进行距离输电，发电厂的输出电压恒定，输电线路的电阻不变，当用电高峰到来时()17

A．输电线上损耗的功率减小B．电压表V的示减小，电流A的数增大C．电压表V的示增大，电流A的数减小D．用户功率与发电厂输出功率比值减小答案D解析当电高峰到来时，用户电阻减小，则电流表的示数变大，输电线上的电流变大，即电流表A的数增大输电线上损耗的功率、电压都变大错；因为发电厂的输出电压恒定，则升压变压器的输出电压也不变，即电压V的示数不变B错；输电线上的电压损失变大降变器的初级电压减小理想变压器的电压与匝数成正比得次级电压也减小，即电压表V的示减小C误用户消耗的功率与发电厂输出总功率的P－IΔ比值为＝1－＝1－，为输电线上的电流增大，则电压损失ΔU增大不，PI所以用户消耗的功率与发电厂输出总功率的比值减小，故确。[真题模拟练]7(2018·天津高)教学用发机能够产生正弦式交变电流用发电机内可忽略通理想变压器向定值电阻供电电路如图所示，理想交流电流表A、理想交流电压1表V的数分别为、U，消的功率为P。若电机线圈的转速变为原来的，则)218

222nPU222nPU1A．消的功率变为21B．电压表V的数变为U2C．电流表A的数变为2ID．通过R的交变电流频率不变答案B11解析根＝2可转速变为原来的，角速度变为原来的，据E＝221E可知发电机产生的最大电动势为原来的根据＝可发电机的输出电压有效值变为原211Un1来的，即线圈的输入电压变为原来的，根据＝可副线圈的输出电压变为原来的，21U即电压表示数变为原来的，根＝可消耗的电功率变为P，A错，正；副线241U21圈中的电流为＝，变为原来的，据＝可知原线圈中的电流也变为原来的，C2211错误；转速减小为原来的，则率变为原来的，D错。228．(2018·江苏高)采用220kV高压远方的城市输电。当输送功率一定时，为使输1电线上损耗的功率减小为原来的，输电电压应变()4A．55kVB．110kVC．440kV．880kV答案C解析输功率＝UIU为电电压，I为电线路中的电流输电线路损失的功率为PR，为电线路的电阻，即＝电率一定时，输电线路损失的功19

1率为原来的，则输电电压为原的2倍，440kV故C正确。49．(2016·全国卷)一含有理变压器的电路如图所示，图中电阻R、和R的值分别为3Ω、1Ω和4Ω，

为理想交流电流表U为正交流电压源，输电压的有效值恒定。当开S断时电表的示数为；当S闭时，电流表的示数为4。该变压器原、副线圈匝数比()ABC．4D答案B解析设副线圈匝数比为n据能量守恒S开时＝R)(＋；当S闭时4UI＝(4)＋(4nIR，立解得n＝3，以正确10.(2016·全国卷Ⅲ)(多选如，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。输入电压U为灯泡额定电压的10倍，两灯均能常发光，下列说法正确的是)20

A．原、副线圈匝数比为9∶1B．原、副线圈匝数比为1∶9C．此时a和b的功率之比为∶1D．此时a和b的功率之比为∶9答案AD解析由意知＝10，a均正常发光，则变压器输入电压U，输出电压U＝，以原、副线圈匝数比n∶n＝∶∶1；而∶n∶＝1∶9，以两灯功率之比∶∶I＝1，A正确。11.(2016·天津高考)如所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表。下列说法正确的是()A．当滑动变阻器的滑动触头向滑动时消耗的功率变大B．当滑动变阻器的滑动触头向滑动时，电表V示数变大C．当滑动变阻器的滑动触头向滑动时，电表A示数变大D．若闭合开关S，则电流表A示数大A示变大21

答案B解析由原副线圈两端电压变当滑动变阻器滑动触头P向滑动时连入电路的电阻变大在电路总电阻变线圈中电流减小中流减小耗的功率减小，A项误中流减小，则R两电压减小，而副线圈两端电压不变，所以滑动变阻器两端电压增大，电压表示数变大B项确；副线圈中电流减小，原线圈中电流随之减小，故C项误；若闭合开关S，负载路的总电阻减小，副线圈中电流增大A示变大，中电流增大，则两电压升高，两端电压减小A示变小，D项误。12江高)一自耦变器如图所示形铁芯上只绕有一个线圈其接在a、间作原线圈。通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c间作为副线圈，在a、间输入电压为U的交变电流时，、间的出电压为，将动触头从点顺时针转到N点的程()A．，降．升高C．，降．升高答案CUn解析由＝，，知U<U滑动触头从M点时针旋转至N点过中，减小Un则U降，项正。13．(2016·海南高)(多选如所示，理想变压器的原、副线圈的匝数比为4∶1，R为值随温度升高而减小的热敏电阻为值电阻表和电流表均为理想交流电表。原线圈所接电压u随间t按正规律变化，如图b所示。下列说法正确的()22

A．变压器输入、输出功率之比4∶1B．变压器原、副线圈中的电流度之比为∶4C．随t化的规律为＝51sin(50t国单位制D．若热敏电阻R的度升高，则电压表的示数不变，电流表的数变大答案BD解析由意，理想变压器输入输出功率之比为∶1错；变压器原、副线圈中In1的电流强度与匝数成反比，即＝＝，B正；由图b可知交流电压最大值＝51V，In4周期T＝0.02s，角速度ω＝100πrad/s，则可得u＝51sin(100t，C错；的温度升高时，阻值减小，电压表示数不变，电流表的示数变大，故D正。14．(2018·安徽省江南十校3月)(多选图所是调压变压器的原理图，线圈绕在一个圆形的铁芯上匝数为匝间加上如图所