【步步高】2013年高考物理大一輪 第十章 第2課時 變壓器　電能的輸送 新人教版選修3-2

1、第2課時變壓器電能的輸送導(dǎo)學(xué)目標(biāo) 1.理解變壓器的原理，會用功率關(guān)系、電壓比、電流比進(jìn)行有關(guān)的計算.2.能夠?qū)ψ儔浩鬟M(jìn)行動態(tài)分析.3.會分析計算遠(yuǎn)距離輸電問題一、理想變壓器基礎(chǔ)導(dǎo)引變壓器原理圖如圖1所示，思考并回答以下問題：圖1(1)變壓器的工作原理是什么？(2)原、副線圈的電流、電壓、電流的頻率有什么關(guān)系？(3)副線圈的電壓U2由誰決定？(4)原線圈的電流I1及輸入功率P1由誰決定？知識梳理1變壓器的構(gòu)造：如圖2所示，變壓器是由_和繞在 鐵芯上的_組成的(1)原線圈：與交流電源連接的線圈，也叫_線圈圖2(2)副線圈：與_連接的線圈，也叫_線圈2變壓器的原理：電流通過原線圈時在鐵芯中激發(fā)磁場，

2、由于電流的_、_在不斷變化，鐵芯中的磁場也在不斷變化變化的磁場在副線圈中產(chǎn)生_，所以盡管兩個線圈之間沒有導(dǎo)線相連，副線圈也能夠輸出電流_是變壓器工作的基礎(chǔ)3理想變壓器：沒有_的變壓器，即_功率等于_功率4基本關(guān)系式(1)功率關(guān)系：_.(2)電壓關(guān)系：_；有多個副線圈時，_.(3)電流關(guān)系：只有一個副線圈時，.由P入P出及PUI推出有多個副線圈時，U1I1_.：變壓器能否改變恒定電流的電壓？能否改變交流電的頻率？二、遠(yuǎn)距離輸電基礎(chǔ)導(dǎo)引在遠(yuǎn)距離輸電時，輸送的電功率為P，輸電電壓為U，所用導(dǎo)線電阻率為，橫截面積為S，總長度為l，輸電線損失的電功率為P，用戶得到的電功率為P用，則下列關(guān)系式中正確的是

3、()AP BPCP用P DP用P(1)知識梳理1根據(jù)P損_，降低輸電損耗有兩種方法(1)減小輸電線的電阻(2)減小輸電導(dǎo)線中的電流：在輸送功率一定的情況下，根據(jù)PUI，要減小電流，必須提高_(dá)2遠(yuǎn)距離輸電的功率損失輸送功率一定時，線路電流I_，輸電線上的損失功率P損I2R線_，可知P損.遠(yuǎn)距離輸電中的功率關(guān)系：P輸_.考點(diǎn)一理想變壓器原、副線圈基本量的關(guān)系考點(diǎn)解讀理想變壓器沒有能量損失(銅損、鐵損)沒有磁通量損失(磁通量全部集中在鐵芯中)基本關(guān)系功率關(guān)系P入P出電壓關(guān)系原、副線圈的電壓比等于匝數(shù)比，與負(fù)載情況、副線圈個數(shù)的多少無關(guān)電流關(guān)系只有一個副線圈時，電流和匝數(shù)成反比有多個副線圈時，由輸入功

4、率和輸出功率相等確定電流關(guān)系頻率關(guān)系原、副線圈中電流的頻率相等制約關(guān)系電壓副線圈電壓U2由原線圈電壓U1和匝數(shù)比決定功率原線圈的輸入功率P1由副線圈的輸出功率P2決定電流原線圈電流I1由副線圈電流I2和匝數(shù)比決定特別提醒1.理想變壓器的應(yīng)用中要注意副線圈和原線圈功率相等這個特點(diǎn)，電流關(guān)系的推導(dǎo)應(yīng)該以其為依據(jù)2變壓器的以上關(guān)系都是根據(jù)“口”字型的變壓器推出的如果變壓器不是“口”字型時，應(yīng)根據(jù)變壓器的原理及各線圈中磁通量的關(guān)系推導(dǎo)出各物理量的關(guān)系典例剖析圖3例1如圖3所示，理想變壓器原線圈的匝數(shù)為n1，副線圈的匝數(shù)為n2，原線圈的兩端a、b接正弦交流電源，電壓表V的示數(shù)為220 V，負(fù)載電阻R44

5、 ，電流表A1的示數(shù)為0.20 A下列判斷中正確的是 ()A原線圈和副線圈的匝數(shù)比為21B原線圈和副線圈的匝數(shù)比為51C電流表A2的示數(shù)為1.0 AD電流表A2的示數(shù)為0.4 A跟蹤訓(xùn)練1(2011廣東理綜19)圖4(a)左側(cè)的調(diào)壓裝置可視為理想變壓器，負(fù)載電路中R55 ，、為理想電流表和電壓表若原線圈接入如圖(b)所示的正弦交變電壓，電壓表的示數(shù)為110 V，下列表述正確的是 ()圖4A電流表的示數(shù)2 AB原、副線圈匝數(shù)比為12C電壓表的示數(shù)為電壓的有效值D原線圈中交變電壓的頻率為100 Hz考點(diǎn)二理想變壓器的動態(tài)分析考點(diǎn)解讀1匝數(shù)比不變的情況(如圖5所示)(1)U1不變，根據(jù)，輸入電壓U1

6、決定輸出電壓U2，不論負(fù)載電阻R如何變化，U2不變圖5(2)當(dāng)負(fù)載電阻發(fā)生變化時，I2變化，輸出電流I2決定輸入電 流I1，故I1發(fā)生變化(3)I2變化引起P2變化，P1P2，故P1發(fā)生變化2負(fù)載電阻不變的情況(如圖6所示)(1)U1不變，發(fā)生變化，故U2變化(2)R不變，U2變化，故I2發(fā)生變化圖6(3)根據(jù)P2，P2發(fā)生變化，再根據(jù)P1P2，故P1變化，P1 U1I1，U1不變，故I1發(fā)生變化3分析動態(tài)問題的思路程序可表示為典例剖析例2(2010山東理綜19)一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為101，原線圈輸入電壓的變化規(guī)律如圖7甲所示，副線圈所接電路如圖乙所示，P為滑動變阻器的觸頭下列說法

7、正確的是 ()圖7A副線圈輸出電壓的頻率為50 HzB副線圈輸出電壓的有效值為31 VCP向右移動時，原、副線圈的電流比減小DP向右移動時，變壓器的輸出功率增加思維突破1.關(guān)于理想變壓器的動態(tài)分析問題一般有兩種類型：(1)負(fù)載電阻不變，原線圈的電壓U1不變，副線圈的電壓U2、電流I1、I2及功率P1、P2都隨匝數(shù)比的變化而變化；(2)匝數(shù)比不變，原、副線圈的電壓U1、U2不變，電流I1、I2及功率P1、P2都隨負(fù)載電阻的變化而變化2無論哪種情況，處理此類問題的關(guān)鍵都是分清變量和不變量，弄清理想變壓器中各物理量之間的聯(lián)系和相互制約的關(guān)系圖8跟蹤訓(xùn)練2如圖8所示電路中的變壓器為理想變壓器，S為單刀

8、雙擲開關(guān)，P是滑動變阻器R的滑動觸頭，原線圈兩端接交變電流，輸入電壓不變，則能使原線圈的輸入功率變大的是 ()A保持P的位置不變，S由b切換到aB保持P的位置不變，S由a切換到bCS擲于b位置不動，P向上滑動DS擲于b位置不動，P向下滑動考點(diǎn)三遠(yuǎn)距離輸電問題考點(diǎn)解讀1遠(yuǎn)距離輸電的處理思路對高壓輸電問題，應(yīng)按“發(fā)電機(jī)升壓變壓器遠(yuǎn)距離輸電線降壓變壓器用電器”，或從“用電器”倒推到“發(fā)電機(jī)”的順序一步一步進(jìn)行分析2遠(yuǎn)距離高壓輸電的幾個基本關(guān)系(以圖9為例)：圖9(1)功率關(guān)系：P1P2，P3P4，P2P損P3.(2)電壓、電流關(guān)系：，U2UU3，I2I3I線(3)輸電電流：I線.(4)輸電線上損耗的

9、電功率：P損I線UIR線()2R線當(dāng)輸送功率一定時，輸電電壓增大到原來的n倍，輸電線上損耗的功率就減小到原來的.典例剖析例3(2010浙江理綜17)某水電站，用總電阻為2.5 的輸電線輸電給500 km外的用戶，其輸出電功率是3106 kW，現(xiàn)用500 kV電壓輸電，則下列說法正確的是 ()A輸電線上輸送的電流大小為2.0105 AB輸電線上由電阻造成的損失電壓為15 kVC若改用5 kV電壓輸電，則輸電線上損失的功率為9108 kWD輸電線上損失的功率為PU2/r，U為輸電電壓，r為輸電線的電阻思維突破在遠(yuǎn)距離輸電問題中，計算線路功率損耗時應(yīng)用P損IR線，其原因是I線可以由公式P輸入I線U輸

10、入求出，而P損U線I線和P損則不常用，其原因是在一般情況下，U線不易求出，且易將U線和U輸入相混而造成錯誤跟蹤訓(xùn)練3如圖10所示，有一臺交流發(fā)電機(jī)E，通過理想升壓變壓器T1和理想降壓變壓器T2向遠(yuǎn)處用戶供電，輸電線的總電阻為R.T1的輸入電壓和輸入功率分別為U1和P1，它的輸出電壓和輸出功率分別為U2和P2；T2的輸入電壓和輸入功率分別為U3和P3，它的輸出電壓和輸出功率分別為U4和P4.設(shè)T1的輸入電壓U1一定，當(dāng)用戶消耗的電功率變大時，有()圖10AU2減小，U4變大 BU2不變，U3變小CP1變小，P2變小 DP2變大，P3變大16.對遠(yuǎn)距離輸電過程中各量的制約關(guān)系不明確造成錯誤圖11例

11、4(2010江蘇7)在如圖11所示的遠(yuǎn)距離輸電電路圖中，升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器，發(fā)電廠的輸出電壓和輸電線的電阻均不變隨著發(fā)電 廠輸出功率的增大，下列說法中正確的有 ()A升壓變壓器的輸出電壓增大B降壓變壓器的輸出電壓增大C輸電線上損耗的功率增大D輸電線上損耗的功率占總功率的比例增大誤區(qū)警示錯解1：不清楚升壓變壓器的輸入電壓由發(fā)電機(jī)本身決定，而認(rèn)為只要發(fā)電機(jī)功率變大，電壓就變大，而誤選A.錯解2：由于不能寫出輸電線上損耗的功率占總功率的比例的表達(dá)式，而漏選D.正確解析由U1U2n1n2可知，匝數(shù)比和輸入電壓不變，則輸出電壓，故A錯誤；由I，U損IR，U3U2U損可知，因P變大，則I

12、 變大，U損變大，因此降壓變壓器的輸入電壓U3變小，而降壓變壓器的匝數(shù)比不變，故降壓變壓器的輸出電壓變小，B錯誤；由P損()2R可知，因U不變、P變大，所以P損變大，故C正確；由可知，因U不變、P變大，所以比值變大，故D正確答案CD正本清源本題屬于程序性比較強(qiáng)的題目，稍有不慎，很容易出現(xiàn)錯誤，要想正確地求解本題，應(yīng)從輸出功率增大這一變化開始，得出輸出電流增大這一關(guān)系，然后按照遠(yuǎn)距離輸電的過程圖，由左到右，逐步分析，減少失誤的機(jī)會.跟蹤訓(xùn)練42008年1月10日開始的低溫雨雪冰凍造成我國部分地區(qū)嚴(yán)重災(zāi)害，其中高壓輸電線因結(jié)冰而損毀嚴(yán)重，為消除高壓輸電線上的冰，事后有人設(shè)計了利用電流的熱效應(yīng)除冰的

13、融冰思路若在正常供電時，高壓線上送電電壓為U，電流為I，熱耗功率為P；除冰時，在輸電功率、用戶的輸入電壓和輸電線電阻不變的情況下，通過自動調(diào)節(jié)高壓輸電變壓器的變壓比，使輸電線上的熱耗功率變?yōu)?6P，則除冰時 ()A輸電電流為4I B輸電電流為16IC輸電電壓為4U D輸電電壓為A組理想變壓器基本規(guī)律的應(yīng)用圖121(2011課標(biāo)全國17) 如圖12所示，一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為12，副線圈電路中接有燈泡，燈泡的額定電壓為220V，額定功率為22 W；原線圈電路中接有電壓表和電流表現(xiàn)閉合開關(guān)，燈泡正常發(fā)光若用U和I分別表示此時電壓表和電流表的讀數(shù)，則 ()AU110 V，I0.2 A BU

14、110 V，I0.05 ACU110 V，I0.2 A DU110 V，I0.2 A2如圖13所示，一理想變壓器原線圈的匝數(shù)n11 100匝，副線圈的匝數(shù)n2220匝，交流電源的電壓u220sin 100t V，電阻R44 ，電壓表、電流表均為理想電表，則下列說法錯誤的是 ()圖13A交流電的頻率為50 Hz B電流表的示數(shù)為0.2 AC電流表的示數(shù)為 A D電壓表的示數(shù)為44 VB組理想變壓器的動態(tài)分析圖143如圖14所示，一理想自耦變壓器線圈AB繞在一個圓環(huán)形的閉合鐵芯上，輸入端AB間加一正弦式交流電壓，在輸出端BP間連接了理想交流電流表、燈泡和滑動變阻器，移動P的位置，可改變副線圈的匝數(shù)

15、，變阻器的滑動觸頭標(biāo)記為Q，則 ()A只將Q向下移動時，燈泡的亮度變大B只將Q向下移動時，電流表的讀數(shù)變大C只將P沿順時針方向移動時，電流表的讀數(shù)變大D只提高輸入端的電壓U時，電流表的讀數(shù)變大4如圖15所示是街頭變壓器給用戶供電的示意圖變壓器的輸入電壓是市電網(wǎng)的電壓，不會有很大的波動，輸出電壓通過輸電線輸送給用戶輸電線的電阻用R0表示，變阻器R表示用戶用電器的總電阻，當(dāng)滑動變阻器觸頭P向下移動時，下列說法不正確的是 ()圖15A相當(dāng)于在增加用電器的數(shù)目BA1表的示數(shù)隨A2表的示數(shù)的增大而增大CV1表的示數(shù)隨V2表的示數(shù)的增大而增大D變壓器的輸入功率增大C組遠(yuǎn)距離輸電問題5圖16為某小型水電站的

16、電能輸送示意圖，A為升壓變壓器，其輸入功率為P1，輸出功率為P2，輸出電壓為U2；B為降壓變壓器，其輸入功率為P3，輸入電壓為U3.A、B均為理想變壓器，輸電線的總電阻為r，則下列關(guān)系式正確的是 ()圖16AP1P2 BP2P3 CU2U3 DU2U36隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對能源的需求也日益擴(kuò)大，節(jié)能變得越來越重要某發(fā)電廠采用升壓變壓器向某一特定用戶供電，用戶通過降壓變壓器用電，若發(fā)電廠輸出電壓為U1，輸電導(dǎo)線總電阻為R，在某一時段用戶需求的電功率為P0，用戶的用電器正常工作的電壓為U2.在滿足用戶正常用電的情況下，下列說法正確的是 ()A輸電線上損耗的功率為B輸電線上損耗的功率為C若要減

17、少輸電線上損耗的功率可以采用更高的電壓輸電D采用更高的電壓輸電會降低輸電的效率課時規(guī)范訓(xùn)練(限時：45分鐘)一、選擇題1理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為101，以下說法中正確的是 ()A穿過原、副線圈每一匝磁通量之比是101B穿過原、副線圈每一匝磁通量的變化率相等C原、副線圈每一匝產(chǎn)生的電動勢瞬時值之比為101D正常工作時，原、副線圈的輸入、輸出功率之比為112如圖1甲所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為101，b是原線圈的中心抽頭，圖中電表均為理想的交流電表，定值電阻R10 ，其余電阻均不計，從某時刻開始在原線圈c、d兩端加上如圖乙所示的交變電壓，則下列說法中正確的是 ()圖1A當(dāng)單刀雙擲開關(guān)與

18、a連接時，電壓表的示數(shù)為22 VB當(dāng)單刀雙擲開關(guān)與a連接且t0.01 s時，電流表示數(shù)為零C當(dāng)單刀雙擲開關(guān)由a撥向b時，原線圈的輸入功率變大D當(dāng)單刀雙擲開關(guān)由a撥向b時，副線圈輸出電壓的頻率變?yōu)?5 Hz3如圖2所示為遠(yuǎn)距離高壓輸電的示意圖關(guān)于遠(yuǎn)距離輸電，下列表述正確的是()圖2A增加輸電導(dǎo)線的橫截面積有利于減少輸電過程中的電能損失B高壓輸電是通過減小輸電電流來減少電路的發(fā)熱損耗的C在輸送電壓一定時，輸送的電功率越大，輸電過程中的電能損失越小D高壓輸電必須綜合考慮各種因素，不一定是電壓越高越好圖34如圖3所示，一理想變壓器原線圈匝數(shù)為n11 000匝，副線圈匝數(shù)為n2200匝，將原線圈接在u2

19、00 sin 120t V的交流電壓上，電阻R100 ，電流表A為理想電表下列推斷正確的是 ()A交變電流的頻率為50 HzB穿過鐵芯的磁通量的最大變化率為 Wb/sC電流表A的示數(shù)為 AD變壓器的輸入功率是16 W5(2010天津理綜7)為探究理想變壓器原、副線圈電壓、電流的關(guān)系，將原線圈接到電壓有效值不變的正弦交流電源上，副線圈連接相同的燈泡L1、L2，電路中分別接了理想交流電壓表V1、V2和理想交流電流表A1、A2，導(dǎo)線電阻不計，如圖4所示當(dāng)開關(guān)S閉合后 ()圖4AA1示數(shù)變大，A1與A2示數(shù)的比值不變BA1示數(shù)變大，A1與A2示數(shù)的比值變大CV2示數(shù)變小，V1與V2示數(shù)的比值變大DV2

20、示數(shù)不變，V1與V2示數(shù)的比值不變圖56如圖5所示，一理想變壓器原線圈匝數(shù)n11 000匝，副線圈匝數(shù)n2200匝，原線圈中接一交變電源，交變電源電壓u220sin 100t V副線圈中接一電動機(jī)，電阻為11 ，電流表A2示數(shù)為1 A電表對電路的影響忽略不計，則 ()A此交流電的頻率為100 HzB電壓表示數(shù)為220 VC電流表A1示數(shù)為5 AD此電動機(jī)輸出功率為33 W7如圖6所示為遠(yuǎn)距離輸電的示意圖，若電廠輸出電壓u14 400 sin 100t V，電流I11 000 A，不計變壓器損耗，則下列判斷正確的是 ()圖6AU14 400 VBI21 000 ACI2U24.4106 WD用戶

21、得到的交流電頻率為100 Hz8如圖7所示，一理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為n1n241，原線圈ab間接一電壓為u220sin 100t V的交流電源，燈泡L標(biāo)有“36 V18 W”，當(dāng)滑動變阻器R的滑片處在某位置時，電流表示數(shù)為0.25 A，燈泡L剛好正常發(fā)光，則 ()圖7A滑動變阻器R消耗的功率為36 WB定值電阻R0的電阻為19 C流過燈泡L的交變電流頻率為25 HzD將滑動變阻器R的滑片向上滑時，燈泡L的亮度變暗9(2011浙江理綜16)如圖8所示，在鐵芯上、下分別繞有匝數(shù)n1800和n2200的兩個線圈，上線圈兩端與u51sin 314t V的交流電源相連，將下線圈兩端接交流電壓表，則交流電壓表的讀數(shù)可能是 ()圖8A2.0 V B9.0 VC12.7 V D144.0 V10如圖9所示，M是一小型理想變壓器，接線柱a、b接在電壓u311sin 314t V的正弦交流電源上，變壓器右側(cè)部分為一火警報警系統(tǒng)原理圖，其中R2為用半導(dǎo)體熱敏材料制成的傳感器(R2的阻值隨溫度升高而減小)，電流表A2為值班室的顯示器，顯示通過R1的電流，電壓表V2顯示加在報警器上的電壓(報警器未畫出)，R3為一定值電阻當(dāng)傳感器R2所在位置處出現(xiàn)火警時，以下說法中正確的是 ()圖9AA1的示數(shù)不變，A2的示數(shù)增大BA1的示數(shù)增大，A2的示數(shù)增大CV1的示數(shù)增大，V2的示數(shù)增大DV1的示數(shù)不變，V2