2024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练习含解析鲁科版

PAGE9-第2讲变压器电能的输送考点一志向变压器的工作原理和基本关系变压器基本规律应用【典例1】(2024·北京高考)如图所示，志向变压器的原线圈接在u=2202sin100πt(V)的沟通电源上，副线圈接有R=55Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2∶1，电流表、电压表均为志向电表。下列说法正确的是 ()A.原线圈的输入功率为2202WB.电流表的读数为1C.电压表的读数为1102VD.副线圈输出沟通电的周期为50s【通型通法】1.题型特征：志向变压器。2.思维导引：【解析】选B。原线圈接在u=2202sin100πt(V)的沟通电源上，所以原线圈电压的有效值为U1=220V，由变压器的电压关系U1U2=n1n2，可得副线圈电压为U2=110V，电压表的示数为沟通电的有效值110V，C选项错误；副线圈的电流为I2=U2R=2A，由变压器的电流关系I1I2=n2n1，可得通过原线圈的电流为1A，B选项正确特别变压器【典例2】(2024·石家庄模拟)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【通型通法】1.题型特征：自耦变压器。2.思维导引：【解析】选C。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，所以该变压器为降压变压器。依据志向变压器电压和匝数的关系U1U2=n1n2，在将滑动触头从M点顺时针旋转到N志向变压器的三点留意(1)变压器不能变更直流电压。(2)变压器只能变更交变电流的电压和电流，不变更交变电流的频率。(3)志向变压器本身不消耗能量。【加固训练】(2024·天津高考)教学用发电机能够产生正弦式交变电流。利用该发电机(内阻可忽视)通过志向变压器向定值电阻R供电，电路如图所示，志向沟通电流表A、志向沟通电压表V的读数分别为I、U，R消耗的功率为P。若发电机线圈的转速变为原来的12，则A.R消耗的功率变为12B.电压表V的读数为12C.电流表A的读数变为2ID.通过R的交变电流频率不变【解析】选B。依据ω=2πn可知转速变为原来的12，则角速度变为原来的12，依据Em=nBSω可知电动机产生的最大电动势为原来的12，依据U=Em2可知发电机的输出电压有效值变为原来的12，即原线圈的输出电压变为原来的12，依据n1n2=U1U2可知副线圈的输入电压变为原来的12，即电压表示数变为原来的12，依据P=U2R可知R消耗的电功率变为14P，A错误，B正确；副线圈中的电流为I2=12U考点二志向变压器的动态分析匝数比不变，负载变更【典例3】(2024·全国卷Ⅰ)一含有志向变压器的电路如图所示，图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3Ω、1Ω和4Ω，为志向沟通电流表，U为正弦沟通电压源，输出电压的有效值恒定。当开关S断开时，电流表的示数为I；当S闭合时，电流表的示数为4I。该变压器原、副线圈匝数比为 ()A.2B.3C.4D.5【通型通法】1.题型特征：志向变压器，通过开关变更负载电路。2.思维导引：【解析】选B。设变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2，当开关S断开时，电流表的示数为I，副线圈电流为n1n2I，因此有(U-IR1)I=(n1n2)2I2(R2+R3)；当开关S闭合时，电流表的示数为4I，同理有(U-4IR1)×4I=(n1n2)2(4I)负载不变,匝数比变【典例4】(多选)(2024·长沙模拟)如图所示,志向变压器原线圈接入电压有效值恒定的正弦沟通电,副线圈接肯定值电阻R。调整触头P,使副线圈匝数变为原来的一半,则调整前后 ()A.原线圈中的电流之比为4∶1B.副线圈中的电流之比为2∶1C.变压器的输入功率之比为4∶1D.变压器的输出功率之比为1∶2【解析】选A、B、C。使副线圈匝数变为原来的一半,即n2'=n22,依据公式U1U2'=n1n2'及U1U2=n1n2,可得副线圈两端的电压变为原来的12,所以副线圈中的电流变为原来的12,B正确;依据公式I1'I2'=n2'n1及I1变压器各物理量的确定关系(1)原线圈电压U1由供应原线圈电压的电源确定。(2)输入电压U1确定输出电压U2，即U2随着U1的变更而变更，因为U2=n2n1U1，所以只要U1不变更，不论负载如何变更(3)输出电流I2确定输入电流I1。在输入电压U1不变的状况下，U2不变。若负载电阻R增大，则由公式I=UR得：输出电流I2减小，由P2=P1知输入电流I1亦随着减小；反之，若负载电阻R减小，则输出电流I2增大，输入电流I1(4)输出功率P2确定输入功率P1。志向变压器的输入功率和输出功率相等，即P1=P2。在输入电压U1不变的状况下，U2不变。当用电负荷增加，输出功率P2增大，输入功率P1也随着增大；反之，当用电负荷减小，则输出功率P2减小，输入功率P1也随着P2减小。【加固训练】如图所示，志向变压器原线圈接在沟通电源上，图中各电表均为志向电表。下列说法正确的是 ()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【解析】选B。当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R的阻值变大，变压器的次级线圈电压不变，则次级电流减小，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，故电压表的示数变大，选项A错误，B正确；由于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，则电压表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。考点三远距离输电【典例5】如图为远距离输电示意图，两变压器均为志向变压器，升压变压器T的原、副线圈匝数分别为n1、n2，在T的原线圈两端接入一电压u=Umsinωt的沟通电源，若输送电功率为P，输电线的总电阻为2r，不考虑其他因素的影响，则输电线上损失的电功率为 ()A.(n1n2)Um24C.4(n1n2)2(PUm)2r D.4(n2n【通型通法】1.题型特征：远距离输电，升压变压器，降压变压器。2.思维导引：【解析】选C。由I1=2PUm和I1I2=n2n1得Ir=I2=n12Pn2Um，则输电线上损失的功率【多维训练】(2024·江苏高考)采纳220kV高压向远方的城市输电。当输送功率肯定时，为使输电线上损耗的功率减小为原来的14， ()A.55kVB.110kVC.440kVD.880kV【解析】选C。输电线上损耗的功率P=I2r，为使输电线上损耗的功率减小为原来的14，电流I要减小为原来的12，当输送功率肯定时，输电电压要上升为原来的2倍，选项1.远距离输电问题的“三二一”：(1)理清三个回路(如图)。在回路2中，U2=ΔU+U3，I2=I线=I3。(2)抓住两个联系。①志向的升压变压器联系着回路1和回路2，由变压器原理可得，线圈1(匝数为n1)和线圈2(匝数为n2)中各个量间的关系是U1U2=n1n2，I1②志向的降压变压器联系着回路2和回路3，由变压器原理可得：线圈3(匝数为n3)和线圈4(匝数为n4)中各个量间的关系是U3U4=n3n4，I3(3)驾驭一个守恒能量守恒关系式P1=P损+P4。2.三种电压和三种电功率的区分：三种电压计算公式三种电功率计算公式输电电压U输U输=P输电功率P送P送=I线U输输电线上损失的电压ΔUΔU=I线·R线输电线上损失的电功率P损P损=I线2用户得到的电压降压变压器的输出电压用户得到的电功率P用P用=I用U用【加固训练】如图所示，某小型水电站的发电机输出电压为220V，正常状况下输出的总功率P0=8.8×104W，为了削减远距离输电过程中的电能损失，往往采纳高压输电。输送电压为u=11002sin200πt(V)，输电导线的总电阻为r=5Ω，现要使额定电压为220V的用电器正常工作，下列说法正确的是 ()A.输电线上的电流为220B.降压变压器原、副线圈匝数比n3nC.用电器的额定功率P=5.6×104WD.用电器上的沟通电的频率是