高考物理总复习 第44讲 理想变压器电能的输送讲义-人教版高三物理试题

第44讲理想变压器电能的输送考情剖析考查内容考纲要求考查年份考查详情能力要求理想变压器、远距离输电Ⅱ、Ⅰ15年T1—选择，考查理想变压器电压与匝数的关系应用数学处理物理问题16年T4—选择，考查理想变压器和电路中各物理量的变化理解、推理弱项清单,1.不理解理想变压器的工作原理，记反变压器公式；2．不了解自耦变压器结构及工作原理．知识整合一、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：eq\f(U1,U2)＝________，与负载、副线圈的个数无关电流关系只有一个副线圈时：eq\f(I1,I2)＝________频率关系f1＝f2(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①结构(如图)：输出和输入共用一组线圈．②工作原理：自耦变压器是只有一个绕组的变压器，当作为降压变压器使用时，将整个绕组作为原线圈，从绕组中抽出一部分线匝作为副线圈；当作为升压变压器使用时，取部分线匝作为原线圈，整个绕组作为副线圈．(2)互感器(如图所示)电压互感器电流互感器①电压互感器：用来把______电压变成______电压．②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＝________＝eq\f(P′,U′)＝eq\f(U－U′,R线).2．输电导线损耗的电功率P损＝I2·R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＝I·R线＝________.方法技巧考点1理想变压器1．关于理想变压器的两点说明(1)变压器只能改变交变电流的电压和电流，不能改变直流电压和交变电流的频率．(2)理想变压器基本关系中的U1、U2、I1、I2均为有效值．2．理想变压器原、副线圈的制约关系(1)电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比eq\f(n1,n2)一定时，输出电压U2由输入电压U1决定，即U2＝eq\f(n2,n1)U1，可简述为“原制约副”．(2)电流制约(只有一个副线圈)：当变压器原、副线圈的匝数比eq\f(n1,n2)一定且输入电压U1确定时，原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定，即I1＝eq\f(n2,n1)I2，可简述为“副制约原”．(3)功率制约：变压器副线圈中的输出功率P2由用户负载决定，P2＝P负1＋P负2＋…；变压器原线圈中的输入功率P1由副线圈中的输出功率P2决定，即P1＝P2.3．动态问题分析动态问题分析的一般思路：U1eq\o(→,\s\up7(\f(U1),\s\do5(U2)＝\f(n1,n2),决定))U2eq\o(→,\s\up7(I2＝\f(U2),\s\do5(R负载),决定))I2eq\o(→,\s\up7(P1＝P2（I1U1＝I2U2）),\s\do5(决定))I1eq\o(→,\s\up7(P1＝I1U1),\s\do5(决定))P1.【典型例题1】如图所示的电路中，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝22∶1，原线圈接u1＝220eq\r(2)sin100πt(V)的交流电，电阻R＝10Ω，电流表、电压表均为理想电表，则()A．电压表的读数为10eq\r(2)VB．电流表的读数为22C．电阻R消耗的功率为10eq\r(2)WD．变压器的输出功率为10W1.(多选)图甲中，理想变压器的原、副线圈的匝数比为4∶1，RT为阻值随温度升高而减小的热敏电阻，R1为定值电阻，电压表和电流表均为理想交流电表．原线圈所接电压u随时间t按正弦规律变化，如图乙所示．下列说法正确的是()A．变压器输入、输出功率之比为4∶1B．变压器原、副线圈中的电流强度之比为1∶4C．u随t变化的规律为u＝51sin(50πt)D．若热敏电阻RT的温度升高，则电压表的示数不变，电流表的示数变大【典型例题2】(16年江苏高考)一自耦变压器如图所示，环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a、b间作为原线圈；通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c、d间作为副线圈．在a、b间输入电压为U1的交变电流时，c、d间的输出电压为U2.在将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中()A．U2>U1，U2降低B．U2>U1，U2升C．U2<U1，U2降低D．U2<U1，U2升【典型例题3】(17年南通模拟)(多选)如图所示，T为理想变压器，电流表A、电压表V均为理想交流电表，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器，L为电感线圈，A、B两点间接正弦交流电．则()A．只将滑片P1下移时，电流表A示数变小B．只将滑片P2下移时，电压表V示数变大C．只增大交流电的电压时，电流表A示数变大D．只增大交流电的频率时，电压表V示数不变考点2电能的输送1．远距离输送电能的方法(1)电能损耗：远距离输电时，由于输电线路上存在电阻，根据电流热效应Q＝I2Rt，总有一部分电能损失在输电线路上．(2)减少线路上的电能损失，有两种方法：一是减小导线上的电阻；二是减小输电线上通过的电流．(3)实际输电方式：根据P＝UI可知，通过减小输电线的电流，可减少输电线的能量损失，即采用高压输电，这是减少线路电能损失的有效方法(如图)．2．输电过程的电压关系和功率关系(1)输电过程的电压关系(2)输电过程的功率关系【典型例题4】远距离输电的原理图如图所示，升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2，电压分别为U1、U2，电流分别为I1、I2，输电线上的电阻为R，变压器为理想变压器，则下列关系式中正确的是()A.eq\f(I1,I2)＝eq\f(n1,n2)B．I2＝eq\f(U2,R)C．I1U1＝Ieq\o\al(2,2)RD．I1U1＝I2U22.发电机的端电压为220V，输出电功率为44kW，输电导线的电阻为0.2Ω，如果用原、副线圈匝数之比为1∶10的升压变压器升压，经输电线路后，再用原、副线圈匝数比为10∶1的降压变压器降压供给用户．(1)求用户得到的电压和功率；(2)若不经过变压而直接送到用户，求用户得到的功率和电压．

当堂检测1.(多选)如图所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R.开始时，开关S断开，当S接通时，以下说法正确的是()第1题图A．副线圈两端M、N的输出电压减小B．副线圈输电线等效电阻R上的电压增大C．通过灯泡L1的电流减小D．原线圈中的电流增大2．如图所示，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()第2题图A．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R1消耗的功率变大B．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变大C．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电流表A1示数变大D．若闭合开关S，则电流表A1示数变大，A2示数变大3．(多选)如图所示，匝数为10匝的矩形导线框ABCD处于磁感应强度B＝0.1eq\r(2)T的水平匀强磁场中，线框面积S＝0.36m2，导线框ABCD的电阻忽略不计．导线框绕垂直于磁场的轴OO′以角速度ω＝100rad/s匀速转动，并与理想变压器原线圈相连，副线圈与理想电压表、小灯泡(其电阻恒为6Ω)及定值电阻R＝6Ω组成闭合电路．原副线圈匝数比为3∶1.下列说法正确的是()第3题图A．在图示位置时，线框ABCD中产生的感应电动势最大，且最大值为36eq\r(2)VB．理想电压表的示数为6VC．将灯泡换成电容器(未击穿)，则理想电压表的示数为12VD．将灯泡换成一只理想二极管，则1min内定值电阻R上产生的热量为720J4．(多选)图甲是某燃气炉点火装置的原理图．转换器将直流电压转换为如图乙所示的正弦交变电压，并加在一理想变压器的原线圈上，变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2，V为交流电压表．当变压器副线圈电压的瞬时值大于5000V时，就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体．以下判断正确的是()甲乙第4题图A．电压表的示数等于5VB．电压表的示数等于eq\f(5,\r(2))VC．实现点火的条件是eq\f(n2,n1)＞1000D．实现点火的条件是eq\f(n2,n1)＜10005．(多选)如图所示，在远距离输电电路中，发电厂的输出电压和输电电线的电阻均不变，变压器、电表均为理想化的．若发电厂的输出功率减小，则下列说法中正确的是()第5题图A．电压表V1示数减小，电流表A1示数减小B．电压表V2示数增大，电流表A2示数减小C．输电线上损耗功率增大D．用户总功率与发电厂的输出功率的比值增大

第44讲理想变压器电能的输送知识整合基础自测一、1.原线圈副线圈闭合铁芯2.互感3．P出eq\f(n1,n2)eq\f(n2,n1)4.(2)①高低②大小二、1.eq\f(P,U)2.eq\f(P2,U2)R线1/n23.U－U′方法技巧·典型例题1·D【解析】电压表、电流表读数都指有效值，根据eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)可得副线圈两端电压有效值(即电压表读数)为10V，所以电流表读数为I2＝eq\f(U2,R)＝1A，A、B选项错误；变压器的输出功率即为电阻R消耗的功率P＝Ieq\o\al(2,2)R＝10W，C错D对．·变式训练1·BD【解析】由题意知变压器是理想变压器，故输入、输出功率之比为1∶1，选项A错误；变压器原、副线圈中的电流之比与匝数成反比，即eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)＝eq\f(1,4)，选项B正确；由图乙可知交流电压最大值Um＝51V，周期T＝0.02s，可由周期求出角速度的值为ω＝100πrad/s，则可得交流电压u的表达式u＝51sin(100πt)V，故选项C错误；RT的温度升高时，阻值减小，电流表的示数变大，电压表示数不变，故选项D正确．·典型例题2·C【解析】从图中看到，原线圈匝数对应整个部分，而副线圈匝数对应的是一部分，根据理想变压器电压和匝数的关系eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)可知U2<U1；在将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中，副线圈的匝数变少，U2降低．·典型例题3·AC【解析】滑片P1下移时，副线圈匝数n2减小，根据理想变压器电压和匝数的关系eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，可知输出电压U2减小，输出功率减小，输入功率也将减小，故原线圈电流减小，A选项正确；只将滑片P2下移时，R3接入电路部分的阻值减小，负载总电阻减小，总电流增大，R3两端电压增大，故电压表示数减小，B选项错误；增大交流电压时，U2增大，输出电流I2增大，根据eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)知故原线圈电流增大，C选项正确；增大交流电的频率时，电感线圈感抗增大，副线圈电流减小，R3两端电压减小，故电压表示数增大，D选项错误．·典型例题4·D【解析】根据变压器的变压原理eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)，A项错误；I2＝eq\f(UR,R)，因为U＞UR，B项错误；I1U1为电路输入的总功率，Ieq\o\al(2,2)R为电线上损耗的功率，I1U1＝I2U2，C项错误，D项正确．·变式训练2·(1)219.6V43.92kW(2)36kW180V【解析】(1)升压变压器副线圈的输出电压U2＝eq\f(n2,n1)U1＝2200V升压变压器原线圈输入电流I1＝eq\f(P,U1)＝200A则升压变压器副线圈输出电流I2＝eq\f(n1,n2)I1＝20A输电线路上的电压损失和功率损失分别为UR＝I2R＝4V，PR＝Ieq\o\al(2,2)R＝0.08kW加到降压变压器原线圈上的输入电流和电压分别为I3＝I2＝20A，U3＝U2－UR＝2196降压变压器副线圈的输出电压和电流分别为U4＝eq\f(n4,n3)U3＝219.6V,I4＝eq\f(n3,n4)I3＝200A所以用户得到的功率P4＝U4I4＝43.92kW.(2)若不采用高压输电，线路损失电压为UR′＝I1R＝40V用户得到的电压U′＝U1－UR′＝180V用户得到的功率为P′＝U′I1＝36kW.当堂检测1．BCD【解析】由于输入电压不变且原副线圈匝数不变，所以S接通时，理想变压器副线圈M、N两端输出电压不变，负载总电阻变小，由欧姆定律I＝eq\f(U2,R总)知，流过R的电流增大，电阻上的电压UR＝IR增大；副线圈输出电流增大，根据输入功率等于输出功率，即I1U1＝I2U2得原线圈输入电流I1也增大．UMN不变，UR变大，所以UL1变小，流过灯泡L1的电流减小．2．B【解析】当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R的阻值变大，变压器次级线圈电压不变，故次级电流减小，则R1消耗的功率及两端电压均变小，电压表的示数等于变压器次级电压减去R1两端的电压，所以电压表的示数变大，选项A错B对；当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，次级电流减小，故初级电流也减小，电流表A1示数变小，选项C错误；若闭合开关S，则变压器的次级电阻减小，次级电流变大，R1的电压变大，故电压表V示数减小，则R2两端电压减小，电流表A2读数减小，次级电流变大，则初级电流变大，则电流表A1示数变大，选项D错误．3．BD【解析】图示位置线圈和磁场垂直，此时线框的磁通量最大，感应电动势为0，选项A错误；线框ABCD在磁场中匀速转动，产生的感应电动势的最大值为Em＝nBsω＝36eq\r(2)V，原线圈电压有效值为U1＝eq\f(Em,\r(2))＝36V，再由eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)可得副线圈电压U2＝12V，所以电压表的示数U＝eq\f(U2,2)＝6V，选项B正确；将灯泡换成电容器，