高考物理 第十三章 第二課時變壓器電能的輸送練習(xí)

1、第二課時變壓器電能的輸送基 礎(chǔ) 知 識一、變壓器的構(gòu)造和原理知識講解如圖所示，變壓器由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個線圈組成，其中一個線圈與電源相接，另一個線圈與負(fù)載（工作電路）相接，前者稱為原線圈或初級線圈，后者稱為副線圈或次級線圈.當(dāng)在原線圈上加交變電源時，原線圈中就有交變電流，它在鐵芯中產(chǎn)生交變磁通量，磁通量通過鐵芯也穿過副線圈，磁通量的變化在副線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢.若副線圈上接有負(fù)載形成閉合電路，有交變電流通過時，也會產(chǎn)生磁通量通過鐵芯穿過原線圈，在原線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢.這樣原、副線圈在鐵芯中磁通量發(fā)生了變化，從而發(fā)生互相感應(yīng)（稱為互感現(xiàn)象），產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢.歸納為：（1）互感現(xiàn)象是變

2、壓器的工作基礎(chǔ)，其實質(zhì)是電磁感應(yīng)現(xiàn)象.（2）若在原線圈上加交流電壓，副線圈上空載（開路），則副線圈上存在感應(yīng)電動勢.（3）變壓器改變電壓的作用只適用于交變電流，不適用于恒定電流.活學(xué)活用1.理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為10:1，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10:1B.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10:1D.正常工作時原、副線圈的輸入、輸出功率之比為1:1解析：此題考查的是對變壓器原理的掌握，對理想變壓器，B選項認(rèn)為無磁通量損漏，因而穿過兩個線圈的交變磁通量相同，磁通量變化率相同，因而每匝線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢相等

3、，才導(dǎo)致電壓與匝數(shù)成正比.D選項認(rèn)為可以忽略熱損耗，故輸入功率等于輸出功率.答案：BD二、電能的輸送知識講解（1）減少電能損耗的方法據(jù)P損=I2R可知，減小輸電線路上功率損失的方法主要有兩種：減小輸電線的電阻R，據(jù)Ra.減小輸電線長度L：由于輸電距離一定，所以在實際中不可能用減小L來減小R.b.減小電阻率：目前一般用電阻率較小的銅或鋁作導(dǎo)線材料.c.增大導(dǎo)線的橫截面積S：這要多耗費(fèi)金屬材料增加成本，同時給輸電線的架設(shè)帶來很大的困難.減小輸電電流I，據(jù)a.減小輸送功率P：在實際中不能以用戶少用或不用電來達(dá)到減少損耗的目的.b.提高輸電電壓U：在輸送功率P一定，輸線電阻R一定的條件下，輸電電壓提高

4、到原來的n倍，知，輸電線上的功率損耗將降為原來的根據(jù)以上分析知，采用高壓輸電是減小輸電線上功率損耗最有效、最經(jīng)濟(jì)的措施.（2）遠(yuǎn)距離高壓輸電的幾個基本關(guān)系（以圖為例）：功率關(guān)系P1=P2，P3=P4，P2=P損+P3電壓、電流關(guān)系U2=U+U3,I2=I3=I線.輸電電流：輸電線上損耗的功率:當(dāng)輸送的電功率一定時，輸電電壓增大到原來的n倍，輸電線上損耗的功率就減少到原來的活學(xué)活用2.遠(yuǎn)距離輸送一定功率的交流電，若輸送電壓升高為原來的n倍，關(guān)于輸電線上的電壓損失和功率損失正確的是()A.輸電線上的電功率損失是原來的B.輸電線上的電功率損失是原來的C.輸電線上的電壓損失是原來的D.輸電線上的電壓損

5、失是原來的解析：根據(jù)由P=IU得I=,導(dǎo)線上損失功率.因輸送功率一定，P損跟輸送電壓的平方成反比；.跟輸送電壓成反比.所以正確選項為B、C.答案：BC第二關(guān)：技法關(guān)解讀高考解 題 技 法一、變壓器各量變化問題的分析技法講解處理這類問題的關(guān)鍵是要分清變量和不變量，弄清理想變壓器中“誰決定誰”的問題，在理想變壓器中，U2由U1和匝數(shù)比決定；I2由U2和負(fù)載決定；I1由I2和匝數(shù)比決定.注意因果關(guān)系,對電壓而言,有U入才有U出,輸入決定輸出,而對電流,功率而言,則是有I出、P出,才有I入、P入,輸出決定輸入.當(dāng)理想變壓器的原副線圈的匝數(shù)不變時,如果變壓器的負(fù)載發(fā)生變化,可依據(jù)以下原則判定,如圖所示.

6、(1)輸入電壓U1決定輸出電壓U2.這是因為輸出電壓當(dāng)U1不變時,不論負(fù)載電阻R變化與否,U2不會改變.(2)輸出電流I2決定輸入電流I1,在輸入電壓U1一定的情況下,輸出電壓U2也被完全確定.當(dāng)負(fù)載電阻R增大時,I2減小,則I1相應(yīng)減小;當(dāng)負(fù)載電阻R減小時,I2增大,則I1相應(yīng)增大.在使用變壓器時,不能使變壓器次級短路.(3)輸出功率P2決定輸入功率P1,理想變壓器的輸出功率與輸入功率相等,即P2=P1.在輸入電壓U1一定的情況下,當(dāng)負(fù)載電阻R增大時,I2減小,則變壓器輸出功率P2=I2U2減小,輸入功率P1也將相應(yīng)減小;當(dāng)負(fù)載電阻R減小時,I2增大,變壓器的輸出功率P2=I2U2增大,則輸

7、入功率P1也將增大.典例剖析例1（江蘇高考題）如圖所示電路中的變壓器為理想變壓器，S為單刀雙擲開關(guān)，P是滑動變阻器R的滑動觸頭，U1為加在原線圈兩端的交變電壓，I1、I2分別為原線圈和副線圈中的電流.下列說法正確的是（）A.保持P的位置及U1不變，S由b切換到a，則R上消耗的功率減小B.保持P的位置及U1不變，S由a切換到b，則I2減小C.保持P的位置及U1不變，S由b切換到a，則I1增大D.保持U1不變，S接在b端，將P向上滑動，則I1減小解析：保持P的位置及U1不變，S由b切換到a,副線圈匝數(shù)變多，由知U2變大，變大，R上消耗的功率增大，故A錯.又由于I1也變大，故C正確.S由a切換到b,

8、副線圈匝數(shù)變少，由知U2變小，I2=變小，故B正確.保持U1不變，S接在b端，P向上滑動，R變小，I2=變大，I1變大，故D錯.答案：BC二、遠(yuǎn)距離輸電問題技法講解在求解遠(yuǎn)距離輸電的有關(guān)問題時，常會涉及到較多的物理量，應(yīng)特別注意各物理量的對應(yīng)性，所以對遠(yuǎn)距離輸電問題一定要先畫出過程圖再分析，可以保證思路通順流暢避免混亂出錯另外針對輸電過程中因物理量較多，易發(fā)生混亂的特點(diǎn)，把各物理量在圖中標(biāo)出可以使物理意義條理清晰遠(yuǎn)距離輸電過程的示意圖（如圖所示）由圖可知：P1=P2，I2=I3，P3=P4，P損=I222r=I322r=P1-P4.（1）升壓變壓器的輸出電流和輸電線上的電壓損失、功率損失，是聯(lián)

9、系兩個變壓器的紐帶，解題時要抓住這個“綱”，然后根據(jù)和其他相關(guān)量的聯(lián)系按相應(yīng)規(guī)律列式求解.（2）輸電導(dǎo)線上損失的電能和輸出電壓的平方成反比，輸出電壓提高n倍，導(dǎo)線上電能的損失就減為原來的（3）在計算遠(yuǎn)距離輸電線路的功率損耗時常用關(guān)系式P損=I線2R線計算，其原因是I線較易求出；I總=I線=P總/U總；而P損=U線 I線或P損=U線2/R線，則不常用，其原因是在一般情況下U線不易求出，且易把U線和U總相混淆而造成錯誤.典例剖析例2有一臺內(nèi)阻為1 的發(fā)電機(jī)，供給一個學(xué)校照明用電，如圖所示，升壓變壓器匝數(shù)之比為1：4，降壓變壓器的匝數(shù)之比為4：1，輸電線的總電阻R=4 ，全校共有22個班，每班有“2

10、20 V 40 W”的燈6盞，若保證全部電燈正常發(fā)光，則（1）發(fā)電機(jī)輸出功率多大？（2）發(fā)電機(jī)電動勢多大？（3）輸電效率多少？（4）若使用燈數(shù)減半并正常發(fā)光，發(fā)電機(jī)輸出功率是否減半？解析：發(fā)電機(jī)的電動勢E，一部分降在電源內(nèi)阻上，即I1r，另一部分為發(fā)電機(jī)的路端電壓U1，升壓變壓器副線圈電壓U2的一部分降在輸電線上，即I2R，其余的就是降壓變壓器原線圈電壓U2，而U3應(yīng)為燈的額定電壓U額，具體計算由用戶向前遞推即可.(1)對降壓變壓器：U2I2=U3I3=nP燈=22640 W=5 280 W，而U2=U3=880 V.所以對升壓變壓器：U1I1=U2I2=I22R+U2I2=（624+5 28

11、0）W=5 424 W，所以P出=5 424 W.（2）因為U2=U2+I2R=（880+64）V=904 V.所以又因為U1I1=U2I2，所以所以（3）（4）電燈減少一半時，nP燈=2 640 W，所以P出=nP燈+I22R=（2 640+324） W=2 676 W，不是減半.答案：（1）5424 W (2)250 V (3)97%(3)不減半第三關(guān)：訓(xùn)練關(guān)笑對高考隨 堂 訓(xùn) 練1.一個理想變壓器，原線圈和副線圈的匝數(shù)分別為n1和n2，正常工作時輸入和輸出的電壓、電流、功率分別為U1和U2、I1和I2、P1和P2，已知n1n2，則()A.U1U2，P1P2B.P1=P2，I1I2C.I1

12、I2，U1U2D.P1P2，I1I2解析：對理想變壓器來說，穿過原副線圈的磁通量的變化率一定相等，由法拉第電磁感應(yīng)定律可得由題給條件n1n2，得U1U2.理想變壓器不考慮能量損耗，則有P1=P2.由于題給變壓器為單個副線圈的變壓器，則I1U1=I2U2成立，所以I1I2.綜合上述分析可知，B、C兩項對.答案：BC2.一理想變壓器初,次級線圈匝數(shù)比為31,次級接三個相同的燈泡,均能正常發(fā)光,在初級線圈接一個相同的燈泡L,如圖所示,則（）A.燈L也能正常發(fā)光B.燈L比另三燈都暗C.燈L將會燒壞D.燈L時亮?xí)r暗解析：分析此題應(yīng)從變壓器的電流關(guān)系來考慮;原,副線圈中的電流比I1：I2=1：3,副線圈后

13、面每燈的電流與其額定電流為,所以燈L也正常發(fā)光.答案：A3.如圖甲所示是日光燈的電路圖，它主要由燈管、鎮(zhèn)流器和啟動器組成的，鎮(zhèn)流器是一個帶鐵芯的線圈，啟動器的構(gòu)造如圖乙所示，為了便于啟動，常在啟動器的兩極并上一紙質(zhì)電容器C，某教室的一盞日光燈總是出現(xiàn)燈管兩端亮而中間不亮的情況，經(jīng)檢查，燈管是好的，電壓正常，鎮(zhèn)流器無故障，其原因可能是()A.啟動器兩腳與啟動器底座接觸不良B.電容器C斷路C.電容器C擊穿而短路D.鎮(zhèn)流器自感系數(shù)L太大答案：C4.國家重點(diǎn)項目工程750千伏蘭州至銀川西電東輸工程完成塔基建設(shè).9月底全線架通.遠(yuǎn)距離輸送交流電都采用高壓輸電，采用高壓輸電的優(yōu)點(diǎn)是()A.可節(jié)省輸電線的銅

14、材料B.可根據(jù)需要調(diào)節(jié)交流電的頻率C.可減少輸電線上的能量損失D.可加快輸電的速度解析：由P=IU得輸送的電功率P一定，采用高壓輸電，U大則I小，由P線=I2r，在要求輸電損耗一定的情況下，就可以選電阻率略大一點(diǎn)的材料作導(dǎo)線；若輸電線確定，則可以減少輸電線上的能量損失，故選項A、C正確.交流電的頻率是固定的，不需要調(diào)節(jié)，輸電的速度是就是電磁波的傳播速度，是一定的，故選項B、D不正確.答案：AC5.如圖所示，MN和PQ為處于同一水平面內(nèi)的兩根平行的光滑金屬導(dǎo)軌，垂直導(dǎo)軌放置的金屬棒ab與導(dǎo)軌接觸良好，在水平金屬導(dǎo)軌之間加豎直向下的勻強(qiáng)磁場，導(dǎo)軌的N、Q端接理想變壓器的初級線圈，理想變壓器的輸出端

15、有三組次級線圈，分別接有電阻元件R、電感元件L和電容元件C.若用IR、IL、IC分別表示通過R、L和C的電流，不考慮電容器的瞬間充放電，則下列判斷中正確的是()A.若ab棒勻速運(yùn)動，則IR0，IL0,IC=0B.若ab棒勻加速運(yùn)動，則IR0,IL0,IC=0C.若ab棒做加速度變小的加速運(yùn)動，則IR0，IL=0，IC=0D.若ab棒在某一中心位置附近做簡諧運(yùn)動，則IR0,IL0,IC0解析：當(dāng)ab棒勻速運(yùn)動時，根據(jù)公式E=Blv可知電動勢E恒定，則原線圈中有恒定的電流通過，產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，通過副線圈的磁通量不變，那么副線圈上不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，無電壓，則IR=IL=IC=0,A錯誤.當(dāng)ab棒勻加

16、速運(yùn)動時，產(chǎn)生的電動勢均勻增加，原線圈的電流均勻增大，產(chǎn)生的磁場均勻增強(qiáng)，則副線圈中的磁通量均勻增大，副線圈就會產(chǎn)生一個恒定的電壓，那么IR0,IL0,IC=0,B正確.當(dāng)ab棒做加速度變小的加速運(yùn)動時，ab棒產(chǎn)生的電動勢變化越來越慢，同理可知在副線圈上將產(chǎn)生一個逐漸減小的電壓，則IR0，IL0，而電容器要不停的放電而使IC0，故C錯誤.當(dāng)ab棒做簡諧運(yùn)動時，ab棒將產(chǎn)生正弦或余弦式交變電流，在副線圈上也將感應(yīng)出正弦或余弦式交變電壓，從而IR0，IL0，IC0，D正確.答案：BD課時作業(yè)四十二變壓器電能的輸送1.一理想變壓器的原線圈上接有正弦交變電壓，其最大值保持不變，副線圈接有可調(diào)電阻R.設(shè)

17、原線圈的電流為I1，輸入功率為P1，副線圈的電流為I2，輸出功率為P2.當(dāng)R增大時()A.I1減小，P1增大B.I2減小，P2減小C.I2增大，P2減小D.I1增大，P2增大解析:理想變壓器（副線圈上電壓不變）當(dāng)負(fù)載電阻R增大時電流I2減小，由P2=U2I2可知，功率P2也減小，所以B正確.答案:B2.一理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1n2=115.原線圈與正弦交變電源連接，輸入電壓u如圖所示.副線圈僅接入一個10 的電阻.則()A.流過電阻的電流是20 AB.與電阻并聯(lián)的電壓表的示數(shù)是100 VC.經(jīng)過1分鐘電阻發(fā)出的熱量是6103 JD.變壓器的輸入功率是13 W解析:由圖象可知U1=220

18、 V，則流過電阻電流，A錯；電壓表示數(shù)應(yīng)為100V，B錯；1分鐘放出熱量Q=I2Rt=1021060 J=6104 J,C錯；P出=U2I=10010 W=1103 W，所以P入=P出=1103 W，D正確.答案:D3.如圖所示，一理想變壓器原線圈接入一交流電源，副線圈電路中R1、R2、R3和R4均為固定電阻，開關(guān)S是閉合的.和為理想電壓表，讀數(shù)分別U1和U2；、和為理想電流表，讀數(shù)分別為I1、I2和I3.現(xiàn)斷開S，U1數(shù)值不變，下列推斷中正確的是()A.U2變小、I3變小B.U2不變、I3變大C.I1變小、I2變小D.I1變大、I2變大解析:U2= U1、n1、n2均不變，故U2不變，A錯誤

19、；S斷開，副線圈電路R總增大，則I2減小，UR1=I2R1減小，UR3必增大，增大，B對；由知I1減小，C對，D錯誤.答案:BC4.如圖，理想變壓器原副線圈匝數(shù)之比為4：1,原線圈接入一電壓為U=U0sint的交流電源，副線圈接一個R=27.5 的負(fù)載電阻.若U0=220V，=100rad/s，則下述結(jié)論正確的是()A.副線圈中電壓表的讀數(shù)為55 VB.副線圈中輸出交流電的周期為 sC.原線圈中電流表的讀數(shù)為0.5 AD.原線圈中的輸入功率為110 W解析:因為U0=220 V,則電壓有效值U=220 V，由得U2=55 V,A正確.因為=100rad/s,則，則B錯誤.負(fù)載R中電流得I1=0

20、.5 A，所以C正確.功率P=U1I1=220 V0.5 A=110 W,所以D錯誤.答案:AC5.如圖所示電路中的變壓器為理想變壓器，S為單刀雙擲開關(guān)，P是滑動變阻器R的滑動觸頭，U1為加在原線圈兩端的交變電壓，I1、I2分別為原線圈和副線圈中的電流.下列說法正確的是()A.保持P的位置及U1不變，S由b切換到a，則R上消耗的功率減小B.保持P的位置及U1不變，S由a切換到b，則I2減小C.保持P的位置及U1不變，S由b切換到a，則I1增大D.保持U1不變，S接在b端，將P向上滑動，則I1減小解析：S由b切換到a時，副線圈匝數(shù)增多，則輸出電壓U2增大，R上消耗的功率增大，由變壓器功率關(guān)系可知

21、，其輸入功率也增大，故輸入電流I1增大，所以A錯C對;S由a切換到b時，副線圈匝數(shù)減少，則輸出電壓U2減小，I2減小，B對；P向上滑動時，R減小，I2增大，由電流與匝數(shù)的關(guān)系可知，I1增大，D錯.答案：BC6.如圖所示，P為一理想自耦變壓器的滑片，Q為滑動變阻器的滑動觸頭.在輸入交變電壓一定的條件下，下列說法正確的是()A.Q不動，P向下移動，電流表示數(shù)減小，電壓表示數(shù)增大B.Q不動，P向上移動，電流表示數(shù)減小，電壓表示數(shù)減小C.P不動，Q向上移動，電流表示數(shù)增大，電壓表示數(shù)不變D.P不動，Q向下移動，電流表示數(shù)增大，電壓表示數(shù)不變解析:圖為升壓自耦變壓器，當(dāng)Q不變P下移時，n1減小U2， 讀

22、數(shù)增大，副線圈電流原線圈電流I1，讀數(shù)增大，故A錯、當(dāng)Q不變P上移時n1U2讀數(shù)減小，I2I1B正確.當(dāng)P不動時n1不變，由知U2不變， 讀數(shù)不變，Q上移RI2I1讀數(shù)增大，C對D錯.答案:BC7.如圖甲所示，在閉合鐵芯上繞著兩個線圈M和P，線圈P與電流表構(gòu)成閉合回路.若在t1至t2這段時間內(nèi)，觀察到通過電流表的電流方向自上向下（即為由c經(jīng)電流表至d），則可以判斷出線圈M兩端的電勢差uab隨時間t的變化情況可能是圖乙中的()解析:根據(jù)楞次定律可知副線圈中的電流方向，可知穿過副線圈的磁場應(yīng)是向上增加，或向下減少的，可以判斷原線圈中的磁場方向是向下增加的，或向上減少的，綜合四個選項可知在t1至t2

23、這段時間內(nèi)輸入電壓變化的可能情況為C、D.答案:CD8.如圖是霓虹燈的供電電路，電路中的變壓器可視為理想變壓器.已知變壓器原線圈與副線圈匝數(shù)比，加在原線圈的電壓為u1=311sin100t(V)，霓虹燈正常工作的電阻R=440 k,I1、I2表示原、副線圈中的電流，下列判斷正確的是()A.副線圈兩端電壓6220 V，副線圈中的電流14.1 mAB.副線圈兩端電壓4400 V，副線圈中的電流10.0 mAC.I1I2D.I1I2解析:由u1=311sin100t(V)知由得U2=4400 V故A錯誤，B正確.由,則I1I2故C錯誤，D正確.答案:BD9.如圖所示，變壓器的原線圈及兩個副線圈的匝數(shù)

24、比為n1:n2:n3=4:2:1，所連接的三個燈消耗的電功率相同，則流過每個燈的電流之比I1:I2:I3=_，每個燈的電阻之比為R1:R2:R3=_.解析:理解變壓器每個線圈的電壓之比等于它們的匝數(shù)比，則U1:U2:U3=4:2:1，理想變壓器的輸入功率等于輸出功率，則有I1U1=I2U2+I3U3.又I2U2=I3U3，則I1U1=2I2U2，則故I1:I2:I3=1:2:2三個燈泡消耗的功率相等，有得R1:R2:R3=4:4:1答案:4:2:14:4:110.某小型實驗水電站輸出功率是20 kW，輸電線路總電阻是6 .（1）若采用380 V輸電，求輸電線路損耗的功率.（2）若改用5000 V高壓輸電，用戶端利用n1:n2=22:1的變壓器降壓，求用戶得到的電壓.解析:（1）輸電線上的電