新高考物理一轮复习重难点练习专题28 变压器　远距离输电（原卷版）

专题28变压器远距离输电1.知道变压器的工作原理，掌握变压器的特点，并能分析、解决实际问题.2.理解远距离输电的原理并会计算线路损失的电压和功率．考点一理想变压器的原理及应用1．构造和原理(1)构造：如图所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的．(2)原理：电磁感应的互感现象．2．基本关系式(1)功率关系：P入＝P出．(2)电压关系：eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2).(3)电流关系：只有一个副线圈时eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1).(4)频率关系：f出＝f入．1．理想变压器的制约关系电压原线圈电压U1和匝数比决定副线圈电压U2，U2＝eq\f(n2,n1)U1功率副线圈的输出功率P出决定原线圈的输入功率P入，P入＝P出电流副线圈电流I2和匝数比决定原线圈电流I1，I1＝eq\f(n2,n1)I22．含有多个副线圈的变压器计算具有两个或两个以上副线圈的变压器问题时，需注意三个关系：电压关系：eq\f(U1,n1)＝eq\f(U2,n2)＝eq\f(U3,n3)＝…＝eq\f(Un,nn)功率关系：P1＝P2＋P3＋P4＋…＋Pn电流关系：n1I1＝n2I2＋n3I3＋n4I4＋…＋nnIn【典例1】（2022·安徽淮北·二模）如图（a）所示，线圈的匝数比为3:1，Rr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（b）所示。下列说法正确的是（）A．变压器输入输出功率之比为3:1B．变压器副线圈输出的交变电压的频率为150HzC．若热敏电阻Rr的温度升高，R1消耗的功率变大D．若热敏电阻Rr的温度升高，电压表和电流表示数均变大【典例2】（2022·全国·高三课时练习）如图甲所示，一理想变压器给一个小灯泡供电。当原线圈输入如图乙所示的交变电压时，额定功率为10W的小灯泡恰好正常发光，已知灯泡的电阻为40Ω，图中电压表为理想电表，下列说法正确的是（）A．副线圈上交变电流的频率为100HzB．电压表的示数为220VC．变压器原、副线圈的匝数比为11∶1D．变压器的输入功率为110W【典例3】（2022·广西柳州·模拟预测）如图，一理想变压器的原、副线圈匝数之比SKIPIF1<0，原线圈接电压SKIPIF1<0的交流电源，电表均为理想电表。闭合开关后，将滑动变阻器的滑片P从最上端往下滑的过程中（）A．副线圈交变电流的频率是25Hz B．电压表的示数为4VC．滑动变阻器两端的电压一直变大 D．电流表的示数一直变小考点二理想变压器的动态分析1．匝数比不变的分析思路(1)U1不变，根据eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，输入电压U1决定输出电压U2，不论负载电阻R如何变化，U2不变．(2)当负载电阻发生变化时，I2变化，输出电流I2决定输入电流I1，故I1发生变化．(3)I2变化引起P2变化，P1＝P2，故P1发生变化．2．负载电阻不变的分析思路(1)U1不变，eq\f(n1,n2)发生变化时，U2变化．(2)R不变，U2变化时，I2发生变化．(3)根据P2＝eq\f(U22,R)，P2发生变化，再根据P1＝P2，故P1变化，P1＝U1I1，U1不变，故I1发生变化．【典例4】（2022·河北·模拟预测）如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为SKIPIF1<0，正弦交流电源电压为SKIPIF1<0，电阻SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，滑动变阻器SKIPIF1<0最大阻值为SKIPIF1<0，滑片P处于正中间位置，则下列说法中正确的是（）A．通过SKIPIF1<0的电流为SKIPIF1<0B．电压表读数为SKIPIF1<0C．若向上移动P，电压表读数将变大D．若向上移动P，变压器副线圈输出功率将变大【典例5】（2022·吉林吉林·模拟预测）如图所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直磁场方向的OO′轴匀速转动。线圈abcd的匝数为N，电阻不计，理想变压器原、副线圈的匝数之比为1∶2，定值电阻R1与R2的阻值均为R，所用电表均为理想交流电表。当线圈abcd转动的角速度大小为ω时，电压表的示数为U，则（）A．此时电流表的示数为SKIPIF1<0B．从图示位置（线圈abcd与磁场方向平行）开始计时，线圈abcd中产生的电动势的瞬时表达式为SKIPIF1<0C．在线圈abcd转动的过程中，穿过线圈的磁通量的最大值为SKIPIF1<0D．当线圈abcd转动的角速度大小为SKIPIF1<0时，电压表的示数为4U考点三远距离输电如图所示，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′，输电电流为I，输电线总电阻为R.1．输电电流I＝eq\f(P,U)＝eq\f(U－U′,R).2．电压损失(1)ΔU＝U－U′；(2)ΔU＝IR.3．功率损失(1)ΔP＝P－P′＝ΔU·I；(2)ΔP＝I2R＝(eq\f(P,U))2R4．降低输电损耗的两个途径(1)减小输电线的电阻R.由R＝ρeq\f(l,S)知，可加大导线的横截面积、采用电阻率小的材料做导线．(2)减小输电导线中的电流．在输电功率一定的情况下，根据P＝UI，要减小电流，必须提高输电电压．1．理清输电电路图的三个回路(如图)(1)在电源回路中，P发电机＝U1I1＝P1.(2)在输送回路中，I2＝I线＝I3，U2＝ΔU＋U3，ΔU＝I2R线，ΔP＝I22R线．(3)在用户回路中，P4＝U4I4＝P用户．2．抓住两组关联式(1)理想的升压变压器联系着电源回路和输送回路，由理想变压器原理可得：eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)，P1＝P2.(2)理想的降压变压器联系着输送回路和用户回路，由理想变压器原理可得：eq\f(U3,U4)＝eq\f(n3,n4)，eq\f(I3,I4)＝eq\f(n4,n3)，P3＝P4.3．掌握一个守恒观念功率关系：P2＝ΔP＋P3，其中ΔP＝ΔU·I线＝I线2R线＝eq\f(ΔU2,R线).【典例6】（2022·湖南·桑植县第一中学模拟预测）某风力发电厂稳定输出电压SKIPIF1<0，输出功率SKIPIF1<0，通过远距离输电给电压为220V的用电器供电，如图所示，已知输电线的电阻为5SKIPIF1<0，用户额定功率为56kW，为使用户正常工作，则下列说法正确的是（）A．输电线路上交流电的频率为50HzB．输电线路上的电流为80AC．降压变压器的匝数比为5：1D．升压变压器的原线圈和降压变压器的副线圈电流相等【典例7】（2022·北京东城·三模）远距离输电线路简化如图所示，电厂输送电功率不变，变压器均可视为理想变压器，图中标示了电压和电流，其中输电线总电阻为R，则（）A．SKIPIF1<0B．输电线损失的电功率为SKIPIF1<0C．提高输送电压SKIPIF1<0，则输电线电流SKIPIF1<0增大D．电厂输送电功率为SKIPIF1<0【典例8】（2022·宁夏·石嘴山市第三中学模拟预测）北京奥运场馆的建设体现了“绿色奥运”的理念。国家体育馆“鸟巢”隐藏着一座年发电量比较大的太阳能光伏发电系统，假设该发电系统的输出电压恒为SKIPIF1<0，通过理想变压器向远处输电，如图，输电线的总电阻为SKIPIF1<0，升压变压器SKIPIF1<0原、副线圈匝数比为SKIPIF1<0，下列说法正确的是（）A．若用户消耗功率减少，则升压变压器SKIPIF1<0输出电压SKIPIF1<0减小B．若用户消耗功率增加，则用户电路两端电压SKIPIF1<0增大C．若该发电系统输送功率为SKIPIF1<0，则输电线损失的功率为SKIPIF1<0D．若该发电系统输送功率为SKIPIF1<0，用户获得SKIPIF1<0电压，则降压变压器SKIPIF1<0原、副线圈的匝数比为SKIPIF1<0一、单选题1．（2022·江苏·高三专题练习）如图所示，R为用于热处理的电阻炉，正常工作电压为交流220V，通电后R在升温过程中电阻值增大很多，利用自耦变压器可使R升温过程中的热功率与正常工作时基本相同，通电后刚开始的一段时间内，应将变压器的滑片P（）A．从a缓慢调至b B．从b缓慢调至aC．从b缓慢调至c D．从c缓慢调至b2．（2021·重庆南开中学高三阶段练习）某同学在实验室中搭建了如图所示的模拟远距离输电电路，电源为恒压电源；T1为升压变压器，T2为降压变压器。开始时电键K1、K2断开，先闭合电键K1，则（）A．电源是直流电源B．闭合K2后输电线上发热功率增加C．闭合K2后升压变压器输出端电压增大D．降压变压器输出功率由电源决定3．（2021·全国·高三专题练习）特高压电网是指1000kV及以上交流电网或SKIPIF1<0800kV及以上直流电网。我国特高压输电技术实现了从“跟跑”到“领跑”的跨越。2011年12月16日，世界首条商业运营的特高压交流输电工程（1000kV晋东南——南阳——荆门特高压交流试验示范工程）在中国正式投产，到现在已经安全运行近十年。下列说法中正确的是（）A．大小不随时间变化的电流称为直流B．所有交流电的峰值都是其对应有效值的SKIPIF1<0倍C．理想变压器输出的功率大于输入功率D．远距离输电采用特高压的主要目的是降低输电线路中的损耗4．（2022·全国·高三专题练习）氮化镓手机充电器具有体积小、功率大、发热量少的特点，图甲是这种充电器的核心电路。交流电经前端电路和氮化镓开关管后，在ab端获得如图乙所示的高频脉冲直流电，经理想变压器降压后在cd端给手机充电，则正常工作时，变压器cd输出端（）A．输出的电压也是直流电压B．输出电流的频率为SKIPIF1<0C．输出电流的有效值大于SKIPIF1<0端输入电流的有效值D．需将输入电压转变为交流电，输出端才会有电压输出5．（2022·江苏·南京外国语学校模拟预测）图为理想的可调式自耦变压器与负载连接电路，原线圈输入交流电的电压u确定，闭合电键S，电动机M开始工作，此后观察到灯泡L亮度变暗，则以下说法错误的是（）A．S闭合后电流表读数变大 B．S闭合后原线圈输入功率变大C．S闭合副线圈输出电压没有变化 D．要让L灯达到原来亮度，P滑动头应向上移动6．（2022·广东·模拟预测）如图所示，通过可调自耦变压器给阻值为R、额定功率为P的电热器供电，在原线圈两端加上正弦交流电压，此时变压器原副线圈匝数比为10：1，闭合电键S后，发现定值电阻的功率只有0.64P，要使定值电阻能正常工作，应（）A．将滑片P向上移。使原副线圈匝数比变为12：1B．将滑片P向上移，使原副线圈匝数比变为25：2C．将滑片P向下移，使原副线圈匝数比变为8：1D．将滑片P向下移，使原副线圈匝数比变为32：57．（2022·河北·沧县中学高三阶段练习）如图甲所示，自耦变压器的副线圈匝数可通过滑动触头调节，R为标称为“22V，44W”的用电器，原线圈所接电源的电压如图乙所示，已知与副线圈相连的输电线的总电阻为r=2Ω，原、副线圈及与原线圈相连的导线电阻不计，接通电路后，用电器正常工作，则下列说法正确的是（）A．变压器的输出功率为44WB．流过原线圈的电流为10AC．滑动触头到最下端的距离为线圈总长的SKIPIF1<0D．通过用电器的电流1s改变方向50次8．（2022·宁夏六盘山高级中学模拟预测）北京奥运场馆的建设体现了“绿色奥运”的理念。国家体育馆“鸟巢”隐藏着一座年发电量比较大的太阳能光伏发电系统，假设该发电系统的输出电压恒为250V，通过理想变压器向远处输电，如图，所用输电线的总电阻为8Ω，升压变压器T1原、副线圈匝数比为1∶16，下列说法正确的是（）A．若该发电系统输送功率为1×105W，则输电线损失的功率为5×103WB．若该发电系统输送功率为1×105W，用户获得220V电压，则降压变压器T2原、副线圈的匝数比为200:11C．若用户消耗功率减少，则升压变压器T1输出电压U2减小D．若用户消耗功率增加，则用户电路两端电压U4增大9．（2022·江苏·模拟预测）如图甲，白鹤滩水电站是世界第二大水电站，共安装16台我国自主研制的全球单机容量最大功率百万千瓦水轮发电机组。2021年6月28日，白鹤滩水电站首批机组投产发电，用500千伏特高压向四川远距离输电。在远距离输电中，输电线的电阻是不可忽略的，如图乙，为白鹤滩水电站输电线路原理图，水电站输出电压稳定的正弦交流电，升至特高压U后向四川供电，输送的总功率为P。用户端理想变压器原副线圈匝数分别为n1、n2，R1为输电线总电阻，R2为不断电用户电阻（可视为定值电阻），R为可变用户电阻（可视为可变电阻）。当可变电阻R减小时，电压表和电流表示数变化的绝对值分别为△U、△I，电压表和电流表均为理想电表，下列说法正确的是（）A．SKIPIF1<0B．SKIPIF1<0C．对于原线圈回路，虚线框所圈部分的等效电阻为SKIPIF1<0D．输电线路上损耗的功率为SKIPIF1<010．（2022·山东·高三专题练习）近十年来，我国环形变压器从无到有，已形成相当大的生产规模，广泛应用于计算机、医疗设备、家电设备和灯光照明等方面，如图甲所示。环形变压器与传统方形变压器相比，漏磁和能量损耗都很小，可视为理想变压器。原线圈匝数SKIPIF1<0匝，副线圈接一个“SKIPIF1<0SKIPIF1<0”的照明电灯，示意图如图乙所示，图中电压表与电流表均为理想交流电表。原线圈接交流电源，原线圈两端的电压随时间变化的关系图像如图丙所示，最大值SKIPIF1<0，最大值始终保持不变，照明电灯恰好正常发光。则（）A．原线圈两端电压的有效值和SKIPIF1<0的电压瞬时值相等B．若电压表为非理想电表，电压表的读数会变小C．照明电灯正常发光时，电流表的读数为SKIPIF1<0D．在SKIPIF1<0时刻，电压表的示数为零二、填空题11．（2021·全国·高三专题练习）如图所示，理想变压器的原。副线圈匝数之比为n1：n2=4：1，原线圈回路中的电阻A与副线圈回路中的负载电阻B的阻值相等。a、b端加一交流电压后，两电阻消耗的电功率之比PA：PB=__________；两电阻两端的电压之比UA：UB=___________。12．（2021·福建福建·二模）变压器线圈中的电流越大，所用的导线应当越粗。如图所示为一小区的降压变压器，假设它只有一个原线圈和一个副线圈，则_______（填“原线圈”或“副线圈”）应该使用较粗的导线。当副线圈的负载电阻减小时，副线圈中的电流________（填“增大”、“减小”或“不变”）。13．（2019·浙江·高三专题练习）理想变压器有两组副线圈，原线圈匝数SKIPIF1<0匝，接到220V的交流电源上，现要使副线圈SKIPIF1<0输出电压SKIPIF1<0，则SKIPIF1<0__________匝，要使SKIPIF1<0输出电压SKIPIF1<0，则应使SKIPIF1<0________匝，当副线圈SKIPIF1<0、SKIPIF1<0接上负载后的电流强度分别为SKIPIF1<0、SKIPIF1<0，则原线圈中的电流强度为SKIPIF1<0_______A．14．（2022·福建福州·模拟预测）厦门中学生助手报道，2022年年初福建北电南送特高压交流输变电工程（福州~厦门）核准批复，落实“碳达峰、碳中和”行动方案。如图所示为电能输送示意图，理想升压变压器SKIPIF1<0的原、副线圈匝数比为SKIPIF1<0，降压变压器SKIPIF1<0的原、副线圈匝数比为SKIPIF1<0，则SKIPIF1<0_______SKIPIF1<0（选填“大于”、“小于”或“等于”）；若输电线的总电阻为R0，用户电阻为R，其他导线电阻不计，用户获得的功率为P，则输电线路中消耗的热功率为_______。三、解答题15．（2022·全国·高三课时练习）交流发电机的发电原理是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO′匀速转动．一小型发电机的线圈共220匝，线圈面积S＝0.05m2，线圈转动的频率为50Hz，线圈内阻不计，磁场的磁感应强度B＝SKIPIF1<0T。用此发电机所发出的交流电带动两个标有“220V、11kW”的电动机正常工作，需在发电机的输出端a、b与电动机之间接一个理想变压器，电路如图所示，求：（1）发电机输出电压的有效值；（2）变压器原、副线圈的匝数比；（3）交流电流表的示数．16．（2022·广东·高三专题练习）随着5G网络建设热潮的开启，中国5G基站的数量快速增长，实现5G网络覆盖的城市也越来越多。目前困扰5G发展的大难题之一是供电，5G基站单系统功耗为4kW（基站用电器功率），信号覆盖半径约为100m，而在4G时代，基站单系统功耗仅为1kW，信号覆盖半径约为2km。如图所示，某5G基站距离100kV主供电线路一定距离，线路电阻为40Ω，线路损耗功率占总功率的20%（变压器均视作理想变压器）。（1）求输电回路的电流；（2）高压变压器原、副线圈的匝数比；（3）深圳5G网络建设领跑全国，2020年底已实现全市5G网络信号全覆盖。已知深圳市面积约为2000平方公里，试计