2021高考物理一輪復(fù)習(xí)第11章交變電流傳感器第2講變壓器遠(yuǎn)距離輸電教案

1、第2講變壓器遠(yuǎn)距離輸電理想變壓器1構(gòu)造和原理(如圖所示)(1)主要構(gòu)造：由原線圈、副線圈和閉合鐵芯組成。(2)工作原理：電磁感應(yīng)的互感現(xiàn)象。2理想變壓器原、副線圈基本量的關(guān)系理想變壓器(1)沒有能量損失(繞線無電阻、鐵芯無渦流)(2)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)系根據(jù)能量守恒可得：原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率，即p入p出電壓關(guān)系原、副線圈的電壓之比等于其匝數(shù)之比，公式：，與負(fù)載、副線圈的個(gè)數(shù)無關(guān)電流關(guān)系(1)只有一個(gè)副線圈時(shí)：(2)有多個(gè)副線圈時(shí)，由 p入p出得i1u1i2u2i3u3inun故得i1n1i2n2i3n3innn頻率關(guān)系f1f2(變壓器不改變交

2、變電流的頻率)3.幾種常用的變壓器(1)自耦變壓器調(diào)壓變壓器，如圖甲(降壓作用)、乙(升壓作用)所示。(2)遠(yuǎn)距離輸電1輸電過程(如圖所示)電廠升壓變壓器高壓線路降壓變壓器用戶2功率損失(1)ppp。(2)pi2r。3電壓損失(1)uuu(2)uir。4輸送電流(1)i。(2)i。1(多選)如圖所示，原、副線圈匝數(shù)比為21的理想變壓器正常工作時(shí)()a原、副線圈磁通量之比為21b原、副線圈電流之比為12c輸入功率和輸出功率之比為11d原、副線圈磁通量變化率之比為11bcd2.如圖所示，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l，燈泡的額定電壓為220 v，額定功率為22 w；原

3、線圈電路中接有理想電壓表和理想電流表。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(shí)電壓表和電流表的讀數(shù)，則()au110 v，i0.2 abu110 v，i0.05 acu110 v，i0.2 adu110 v，i0.2aa3l1和l2是高壓輸電的兩條輸電線，現(xiàn)要通過變壓器測量l1和l2之間的電壓，下圖的四種電路連接正確的是()a通過變壓器測量l1和l2之間的電壓，變壓器原線圈應(yīng)并聯(lián)在l1和l2之間，由于電壓表量程較小，變壓器應(yīng)為降壓變壓器，原線圈匝數(shù)應(yīng)大于副線圈匝數(shù)，選項(xiàng)a正確。4(2020深圳模擬)如圖為遠(yuǎn)距離輸電的電路原理圖，則下列判斷正確的是()au1u2bu2u3ci4i2d5(

4、人教版選修32p50第3題改編)從發(fā)電站輸出的功率為220 kw，輸電線的總電阻為0.05 ，用110 v和11 kv兩種電壓輸電。兩種情況下輸電線上由電阻造成的電壓損失之比為()a1001 b1100c110 d101a由題意知輸電線上的電流i，則輸電線的總電阻造成的電壓損失uir故，故選a。考點(diǎn)一理想變壓器原理和基本關(guān)系的應(yīng)用1變壓器不能改變直流電壓。2變壓器只能改變交變電流的電壓和電流，不能改變交變電流的頻率。3理想變壓器本身不消耗能量。4理想變壓器基本關(guān)系中的u1、u2、i1、i2均為有效值。(2019江蘇卷1)某理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比為110，當(dāng)輸入電壓增加20 v時(shí)，輸出電

5、壓()a降低2 v b增加2 vc降低200 v d增加200 vd假設(shè)理想變壓器原線圈的輸入電壓為u1，則由變壓器的工作原理可知，變壓器副線圈的輸出電壓為u210u1；當(dāng)輸入電壓增加20 v時(shí)，即輸入電壓為(u120)v，則變壓器的輸出電壓為u210(u120)v，則輸出電壓的變化量為uu2u2(10u120010u1)v200 v，即輸出電壓增加200 v，a、b、c錯(cuò)誤，d正確。(2016全國卷19)(多選)如圖，理想變壓器原、副線圈分別接有額定電壓相同的燈泡a和b。當(dāng)輸入電壓u為燈泡額定電壓的10倍時(shí)，兩燈泡均能正常發(fā)光。下列說法正確的是()a原、副線圈匝數(shù)比為91b原、副線圈匝數(shù)比為

6、19c此時(shí)a和b的電功率之比為91d此時(shí)a和b的電功率之比為19ad設(shè)燈泡的額定電壓為u0，輸入電壓為燈泡額定電壓的10倍時(shí)燈泡正常發(fā)光，則變壓器原線圈的電壓為9u0，變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為91，選項(xiàng)a正確，選項(xiàng)b錯(cuò)誤；由9u0iau0ib得，流過b燈泡的電流是流過a燈泡電流的9倍，根據(jù)pui，a、b燈泡的電功率之比為19，選項(xiàng)c錯(cuò)誤，選項(xiàng)d正確。處理變壓器的原線圈與電阻串聯(lián)后接入交流電壓問題的思路(1)要注意明確電路結(jié)構(gòu)，知道開關(guān)通斷時(shí)電路的連接方式。(2)明確輸入電壓與總電壓之間的關(guān)系。(3)根據(jù)電壓之比等于匝數(shù)之比、電流之比等于匝數(shù)的反比 1(2019黑龍江牡丹江一中期末)一含有理想

7、自耦變壓器的電路如圖所示，變壓器副線圈匝數(shù)可調(diào)，原線圈串聯(lián)定值電阻r后接在有效值為220 v的正弦式交流電源上，定值電阻r4r。當(dāng)副線圈匝數(shù)調(diào)至某位置時(shí)，r和r的功率恰好相等。則此時(shí)原、副線圈匝數(shù)比為 ()a21 b41c12 d14c本題考查自耦變壓器及其相關(guān)知識點(diǎn)。由電功率公式pi2r，當(dāng)r和r的功率恰好相等時(shí)，有iri4r，所以i2i1，并且已知，則，故a、b、d錯(cuò)誤，c正確。2(2020浙江杭州模擬)如圖所示為理想變壓器原線圈所接正弦交流電源兩端的u t圖象。原、副線圈匝數(shù)比n1n2101，串聯(lián)在原線圈電路中交流電流表的示數(shù)為1 a，則()a變壓器原線圈所接交流電壓的有效值為230 v

8、b變壓器輸出端所接電壓表的示數(shù)為22vc變壓器輸出端交變電流的頻率為50 hzd變壓器的輸出功率為220 wc本題根據(jù)u t圖象考查變壓器及其相關(guān)知識點(diǎn)。變壓器原線圈所接交流電源電壓的有效值為u1220 v，故a錯(cuò)誤；根據(jù)原、副線圈電壓比等于線圈匝數(shù)比可知，變壓器輸出端所接電壓表的示數(shù)為u2220 v22 v，故b錯(cuò)誤；由圖象可知該交流電的周期為0.02 s，根據(jù)頻率與周期的關(guān)系可知f50 hz，故c正確；變壓器的輸出功率為pu1i220 w，故d錯(cuò)誤。3(2016全國卷16)一含有理想變壓器的電路如圖所示，圖中電阻r1、r2和r3的阻值分別為3 、1 和4 ，為理想交流電流表，u為正弦交流電

9、壓源，輸出電壓的有效值恒定。當(dāng)開關(guān)s斷開時(shí)，電流表的示數(shù)為i；當(dāng)s閉合時(shí)，電流表的示數(shù)為4i。該變壓器原、副線圈匝數(shù)比為()a2b3c4 d5b設(shè)原、副線圈的匝數(shù)比為k，根據(jù)變壓器匝數(shù)比與電流成反比的關(guān)系，則原線圈電流為i時(shí)，副線圈電流為ki；原線圈電流為4i時(shí)，副線圈電流為4ki。根據(jù)變壓器的輸入功率等于輸出功率得uii2r1(ki)2(r2r3)4ui(4i)2r1(4ki)2r2聯(lián)立兩式代入數(shù)據(jù)解得k3選項(xiàng)b正確。考點(diǎn)二理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析1理想變壓器的制約關(guān)系制約關(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p入由副線圈的輸出功率p出決定電流原線圈電流i1由副線

10、圈電流i2和匝數(shù)比決定2.常見的兩種情況常見的理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析問題一般有兩種：匝數(shù)比不變的情況和負(fù)載電阻不變的情況。如圖甲所示，原、副線圈匝數(shù)比為51的理想變壓器，其原線圈中的輸入電壓按照圖乙所示的圖象變化，副線圈電路中的r0為定值電阻，r是用半導(dǎo)體材料制作的光敏電阻(光照強(qiáng)度增大，阻值減小)。v1和v2是理想交流電壓表，示數(shù)分別用u1和u2表示；a1和a2是理想交流電流表，示數(shù)分別用i1和i2表示。下列說法正確的是()a原線圈中的輸入電壓uumsin tbu1um，u2umc光照強(qiáng)度增大，u2變小，i1變小，i2變大d光照強(qiáng)度增大，u2不變，i1變大，i2變大d由圖乙可知，原線圈中的輸入

11、電壓uumsin t，選項(xiàng)a錯(cuò)誤。理想交流電流表、理想交流電壓表的示數(shù)都是有效值，則u1um，根據(jù)理想變壓器變壓規(guī)律，可得u2u1um，選項(xiàng)b錯(cuò)誤。光照強(qiáng)度增大，光敏電阻的阻值減小，因輸出電壓的有效值不變，則u2不變，i2變大，輸出功率增大；根據(jù)變壓器的輸出功率決定輸入功率可知，輸入功率增大，因輸入電壓的有效值不變，則輸入電流增大，即i1變大，選項(xiàng)d正確，c錯(cuò)誤。 (多選)若將【例3】中的圖甲換成如圖所示的電路，r、r0均為定值電阻，電路中接入開關(guān)s，其他條件不變，下列說法正確的是()a原線圈中的輸入電壓的有效值u1um，交變電流的周期為tb電壓表v1的示數(shù)為c閉合開關(guān)s，u2變小，i1變小，

12、i2變大d閉合開關(guān)s，u2不變，i1變大，i2變大bd由理想變壓器原線圈中的輸入電壓uumsin t可知，該交變電流的周期為t，原線圈中的輸入電壓的有效值為u1，電壓表v1的示數(shù)為，選項(xiàng)a錯(cuò)誤，b正確。閉合開關(guān)s，兩個(gè)電阻并聯(lián)，其等效電阻的阻值減小，因輸出電壓不變，則u2不變，i2變大，輸出功率增大，根據(jù)變壓器的輸出功率決定輸入功率可知，輸入功率增大，因輸入電壓的有效值不變，則輸入電流增大，即i1變大，選項(xiàng)d正確，c錯(cuò)誤。 (1)理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析的方法分清不變量和變量；弄清理想變壓器中電壓、電流、功率之間的聯(lián)系和相互制約關(guān)系；利用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路特點(diǎn)進(jìn)行分析判定。(2)變壓器動(dòng)

13、態(tài)問題分析思路程序 4(多選)一自耦變壓器如圖所示，其a、b端接到一電壓有效值不變的交變電源兩端，在c、d間接有一定值電阻r1和滑動(dòng)變阻器r0。電壓表均可視為理想交流電壓表，輸電導(dǎo)線的電阻均可忽略不計(jì)。則下列說法正確的是()a保持滑動(dòng)觸頭位置不變，將滑動(dòng)變阻器滑片p下滑時(shí)，三個(gè)電壓表的示數(shù)均減小b保持滑動(dòng)觸頭位置不變，將滑動(dòng)變阻器滑片p下滑時(shí)，v1、v2的示數(shù)不變，而v3的示數(shù)減小c保持滑動(dòng)變阻器滑片p不動(dòng)時(shí)，將滑動(dòng)觸頭從m點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到n點(diǎn)的過程中，三個(gè)電壓表的示數(shù)均減小d保持滑動(dòng)變阻器滑片p不動(dòng)時(shí)，將滑動(dòng)觸頭從m點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到n點(diǎn)的過程中，v1示數(shù)不變，而v2、v3示數(shù)均減小bd滑動(dòng)觸頭位

14、置保持不變時(shí)，變壓器原、副線圈的匝數(shù)比不變，因電源的電壓不變，所以v1、v2的示數(shù)不變，r1與r0串聯(lián)分得的總電壓不變；當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑片p下滑時(shí)，r0接入電路的阻值變小，分得的電壓減小，所以v3的示數(shù)減小，選項(xiàng)a錯(cuò)誤，選項(xiàng)b正確。保持滑動(dòng)變阻器滑片p不動(dòng)時(shí)，將滑動(dòng)觸頭從m點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到n點(diǎn)的過程中，副線圈的匝數(shù)變小，由u1u2n1n2可知，v2、v3的示數(shù)均減小，v1的示數(shù)不變，選項(xiàng)c錯(cuò)誤，選項(xiàng)d正確。5(2020遵義航天高中模擬)(多選)如圖所示，面積為s、匝數(shù)為n、內(nèi)阻不計(jì)的矩形線圈，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場中，從圖示位置開始計(jì)時(shí)，繞水平軸oo以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。矩形線圈通過滑環(huán)連接理想變

15、壓器。理想變壓器原線圈上的滑動(dòng)觸頭p上下移動(dòng)，可改變副線圈的輸出電壓；副線圈接有可變電阻r。電表均為理想交流電表。下列判斷正確的是()a矩形線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式為enbscos tb矩形線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的有效值為nbsc當(dāng)p位置不變，r增大時(shí)，電壓表示數(shù)也增大d當(dāng)p位置向上移動(dòng)、r不變時(shí)，電流表示數(shù)變大ad從垂直于中性面開始計(jì)時(shí)，矩形線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式為enbscos t，a正確；矩形線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的有效值為emnbs，b錯(cuò)誤；交流發(fā)電機(jī)內(nèi)電阻不計(jì)，故變壓器輸入電壓不變，根據(jù)理想變壓器的變壓比公式，當(dāng)p位置不變，r增大時(shí)，電壓表示數(shù)不變，等于發(fā)電機(jī)的電動(dòng)

16、勢有效值，c錯(cuò)誤；當(dāng)p向上移動(dòng)、r不變時(shí)，根據(jù)理想變壓器的變壓比公式，輸出電壓變大，電流變大，功率變大，輸入電流變大，故電流表示數(shù)變大，d正確?？键c(diǎn)三遠(yuǎn)距離輸電1遠(yuǎn)距離輸電問題的“三二一”(1)理清三個(gè)回路(如圖)在回路2中，u2uu3，i2i線i3。(2)抓住兩個(gè)聯(lián)系理想的升壓變壓器聯(lián)系著回路1和回路2，由變壓器原理可得，線圈1(匝數(shù)為n1)和線圈2(匝數(shù)為n2)中各個(gè)量間的關(guān)系是，p1p2。理想的降壓變壓器聯(lián)系著回路2和回路3，由變壓器原理可得：線圈3(匝數(shù)為n3)和線圈4(匝數(shù)為n4)中各個(gè)量間的關(guān)系是，p3p4。(3)掌握一個(gè)守恒能量守恒關(guān)系式p1p損p4。2三種電壓和三種電功率的區(qū)別

17、三種電壓計(jì)算公式三種電功率計(jì)算公式輸電電壓u輸輸電功率p送p送i線u輸輸電線上損失的電壓ui線r線輸電線上損失的電功率p損p損ir線用戶得到的電壓降壓變壓器的輸出電壓用戶得到的電功率p用p用i用u用某科技小組在實(shí)驗(yàn)室中研究遠(yuǎn)距離輸電。由于輸電線太長，他們將導(dǎo)線每50 m卷成一卷，共卷成8卷來代替輸電線路。第一次直接將輸電線與實(shí)驗(yàn)電源及用電器相連，測得輸電線上的輸電電流和損失的功率為i1、p1；第二次采用如圖所示的電路輸電，其中理想變壓器t1與電源相連，其原、副線圈的匝數(shù)比為n1n2，理想變壓器t2與用電器相連，測得輸電線上的輸電電流和損失的功率為i2、p2。下列說法正確的是()a第二次實(shí)驗(yàn)時(shí)因

18、為多接了兩個(gè)變壓器，所以p2p1b通過該實(shí)驗(yàn)可以證明，提高輸電電流能減小遠(yuǎn)距離輸電的能量損失c若輸送功率一定，則i2i1n1n2d若輸送功率一定，則p2p1nnc第二次實(shí)驗(yàn)時(shí)因?yàn)槎嘟恿藘蓚€(gè)變壓器，先提高了輸電電壓，減小了輸電電流，輸電線上損失的電功率(p損i2r)減小，所以p2p1，選項(xiàng)a錯(cuò)誤。通過該實(shí)驗(yàn)可以證明，提高輸電電壓，減小輸電電流，能減小遠(yuǎn)距離輸電的能量損失，選項(xiàng)b錯(cuò)誤。若輸送功率一定，設(shè)輸送功率為p，電源電壓為u，第一次輸電線中電流i1；第二次輸電，設(shè)t1的輸出電壓為u2，pu2i2，uu2n1n2，聯(lián)立解得i2i1n1n2，選項(xiàng)c正確。若輸送功率一定，由輸電線上損失電功率p損i2r，可知p2p1iinn，選項(xiàng)d錯(cuò)誤。6(2018江蘇卷2)采用220 kv高壓向遠(yuǎn)方的城市輸電。當(dāng)輸送功率一定時(shí)，為使輸電線上損耗的功率減小為原來的，輸電電壓應(yīng)變?yōu)?)a55 kv b110 kvc440 kv d880 kvc輸送功率pui，輸電線上損耗的功率p損i2r2r。當(dāng)p損減小為原來的時(shí)，輸電電壓應(yīng)變?yōu)樵瓉淼?倍。7如圖所示，某小型水電站的發(fā)電機(jī)輸出電壓為220 v，正常情況下輸出的總功率p08.8104 w，為了減少遠(yuǎn)距離輸電過程中的電能損失，往往采用高壓輸電。輸送電壓為u1 100sin 200t (v)，