2021屆人教版高考物理總復習學案設計第十一章第2講理想變壓器電能的輸送

1、第2耕理想支壓基電能的輸送7ZHI SHI SHU LI ZI CE GONG GU知識梳理,自測鞏固知識點1理想變壓器1 .構造和原理(1)構造：如圖所示，變壓器是由.閉合鐵芯一和繞在鐵芯上的一兩個線圈一組成的。(2)原理：電磁感應的互感現(xiàn)象。2.基本關系式(1)功率關系：_?入=尸。電壓關系：有多個副線圈時立念崇;二。 , (3)電流關系：只有一個副線圈時夕=牛。4 / 1由P入=產出及P=U/推出有多個副線圈時，U/1= _U吏+U山+ 曬_ °3.幾種常用的變壓器(1)自耦變壓器調壓變壓器，如圖A、B所示?；ジ衅骱?晨I電流互感器:把高電壓變成_低曳壓如圖C所示。把大電流變成

2、_小電流如圖D所示。知識點2電能的輸送1.輸電過程(如圖所示):AU=U-。o(2)AU= _ 里一°3 .功率損失(1)AP=P一尸',門 At/2(2)AP=_尸R_=/。4 .輸送電流p/=)。思維診斷：(1)變壓器不但能改變交變電流的電壓，還能改變交變電流的頻率。(X )(2)理想變壓器能改變交變電壓、交變電流，但不改變功率，即輸入功率總等于輸出功率。 (J )(3)變壓器副線圈并聯(lián)更多的用電器時，原線圈的輸入電流隨之增大。(J )(4)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。(X )自測鞏固ZI CE GONG GU1. (2019江蘇南京、鹽

3、城一模)(多選)變壓器線圈中的電流越大，所用的導線應當越粗。 如圖所示，是降壓變壓器，假設它只有一個原線圈和一個副線圈。匝數分別為，”和2。下列 說法中不正確的是(ACD )A.m蛇,原線圈比副線圈的導線粗B.原線圈比副線圈的導線細C.小%原線圈比副線圈的導線粗D.原線圈比副線圈的導線細解析由于是降壓變壓器，所以原線圖匝數要比副線圈匝數多，即小，立，故C、D錯 誤；輸入功率等于輸出功率，所以副線圈中的電流大于原線圈中的電流，則較粗導線的線圈 應該作為副線圈，故A錯誤，B正確。本題選不正確的，故選A、C、Do2. (2019海南期末)將輸入電壓為220 V,輸出電壓為6 V的理想變壓器改繞成輸出

4、電壓 為30 V的理想變壓器。已知原線圈匝數不變,副線圈原來是30匝，則副線圈新增匝數為(A )A. 120 匝B. 150 匝C. 180 匝D. 220 匝解析本題考查理想變壓器及其相關知識點。由理想變壓器的電壓與匝數關系融=?？?知，起初原、副線圈匝數分別是1 100匝和30匝，把輸出電壓等于30 V代入公式黑可得/ 2=150匝，所以需要新增150匝-30匝= 120匝，選項A正確。3. 中國已投產運行的1000 kV特高壓輸電是目前世界上電壓最高的輸電工程。假設甲、 乙兩地原采用500 kV的超高壓輸電，輸電線上損耗的電功率為P。在保持輸送電功率和輸電 線電阻都不變的條件下，現(xiàn)改用1

5、000 kV特高壓輸電，若不考慮其他因素的影響，則輸電線 上損耗的電功率將變?yōu)?A )A. P/4B. P/2C. 2PD. 4P解析保持輸送功率不變，當輸電電壓升高一倍時，輸電線電流減為原來的1/2,再根 據P損=尸/?現(xiàn)可得輸電線上損耗的電功率將變?yōu)镻/4,故選A。HE XIN KAO DIAN ZHONG DIAN TU PO核心考點重點突破考點一理想變壓器基本關系的應用理想變壓器的制約關系(1)電壓：副線圈電壓S由原線圈電壓S和匝數比決定。(2)功率：原線圈的輸入功率P由副線圈的輸出功率P2決定。(3)電流：原線圈電流A由副線圈電流/2和匝數比決定。特別提醒：關于理想變壓器的四點說明(

6、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)理想變壓器基本關系中的S、5、A、/2均為有效值。» 例1 (2019廣東茂名一模)如圖所示，理想變壓器的原線圈接在一個交流電源上, 交流電壓瞬時值隨時間變化的規(guī)律為"=226sinl00MV),副線圈所在電路中接有燈泡、電 動機、理想交流電壓表和理想交流電流表。已知理想變壓器原、副線圈匝數比為10： 1,燈泡 的電阻為22C,電動機內阻為1C,電流表示數為3 A,各用電器均正常工作。貝|J( D )A.通過副線圈的電流方向每秒鐘改變50次B.

7、電壓表示數為226VC.變壓器原線圈的輸入功率為64WD.電動機的輸出功率為40 W解析本題考查變壓器、含電動機電路及其相關知識點。根據交流電壓瞬時值隨時間變 化的規(guī)律“=22續(xù)前】100MV),可知原線圖輸入電壓3=220 V,交變電流頻率為50 Hz,則 通過副線圖的電流方向每秒鐘改變100次，選項A錯誤；根據變壓公式，副線圖輸出電壓為 S=22V,即電壓表示數為22 V,選項B錯誤；副線圖輸出電功率P2=S/=22X3W=66W, 根據變壓器輸入電功率等于輸出電功率可知，變壓器原線圈的輸入功率為66 W,選項C錯誤； 由歐姆定律可得燈泡中電流/l=竽=1A,流過電動機的電流/m=/l=2

8、A,電動機的輸入 功率為P-=S/m=44W,電動機內阻發(fā)熱消耗電功率P=&r=4W,電動機的輸出功率為尸 出=2入一Pr=40W,選項D正確。類題演練1(2020山西晉城一模)如圖所示，“、是電路中的兩個定值電阻，當理想變壓器原線圈M、 N兩端加上10 V的正弦交變電壓時，“、b兩電阻兩端的電壓均為1 V,則和b的電功率之C. 9 ： 1D. 1 ： 9解析1本題考查原線圖帶負載的理想變壓器問題。原線圖兩端電壓為10V1 V=9V, 則原、副線圈匝數比為9： 1,根據公式”告=關可得"J，由于兩電阻兩端的電壓相等, 所以根據公式尸=U/可得兩者的電功率之比為1 ：9,選項D

9、正確。考點二理想變壓器的動態(tài)分析常見的理想變壓器的動態(tài)分析一般分匝數比不變和負載電阻不變兩種情況。(1)匝數比不變的情況(如圖a所示)5不變，根據輸入電壓S決定輸出電壓U2,不論負載電阻R如何變化，U2 不變。當負載電阻發(fā)生變化時，變化，輸出電流決定輸入電流小 故人發(fā)生變化。/2變化引起P2變化，Pl=P2,故P發(fā)生變化。今改變，負載R不變圖b（2）負載電阻不變的情況（如圖b所示）Ui不變，費發(fā)生變化，故5變化，R不變，S變化，故發(fā)生變化。根據尸2 =哈尸2發(fā)生變化，再根據P尸尸2,故P1變化，P尸U/，S不變，故人發(fā)生 A變化。匚例2 （2019河北承德期末）（多選）如圖所示，變壓器為理想變

10、壓器，三個電阻的 阻值大小關系為Ri=&=2/=2C,電流表為理想交流電表，原線圈輸入正弦式交變電壓e= 11岫sin 100MV）,開關S斷開時，電阻r消耗的電功率為100 W。下列說法正確的是（CD ）A.通過電阻;的電流方向每秒鐘變化50次B.開關S閉合前后，通過電阻R的電流之比為2： 3B.開關S閉合前后，電流表的示數之比為2： 3B.變壓器原、副線圈的匝數之比為11 ： 3解析本題考查負載可變的變壓器動態(tài)電路分析問題。由e=ll（）V5sinl00w（V）可知交 變電流周期為0.02s,頻率為50 Hz,通過電阻的電流方向每秒鐘變化100次，選項A錯誤; 設副線圈輸出電壓為U

11、,開關S閉合前，副線圈電路中總電阻為3Q,通過用的電流為人=4, 開關S閉合后，副線圈電路中總電阻為2C,通過R的電流為，2=0.5x/=若，開關S閉 合前后，通過4的電流之比為八：/2=若：若=4： 3,選項B錯誤；開關S閉合前副線圈/72nl輸出電功率Pi=36,開關S閉合后，副線圖輸出電功率尸2=亍6,根據輸入功率等于輸出功 率及理想變壓器規(guī)律可知開關S閉合前后，電流表的示數之比為2： 3,選項C正確；開關S 斷開時，副線圖輸出電流八=白，電阻消耗的電功率P=Zk=100W,解得U=30V,由e J 0 c= 110V2sin 100MV）可知原線圖輸入電壓必=110V,根據變壓器變壓比

12、公式可得變壓器原、 副線圖的匝數比端卷=端4選項D正確。類題演練2（2019四川達州二診）如圖所示，一自耦變壓器接在交流電源上，VH V2為理想電壓表。 下列說法正確的是（A ）rn nI*A.若P不動,B.若尸不動,C.若尸不動,D.若E不動,滑片尸向下滑動時, 滑片F(xiàn)向下滑動時, 滑片P向上滑動時, 滑片P向上滑動時,V1示數不變，V2示數變小 燈泡消耗的功率變大V1示數不變，V2示數變大 燈泡消耗的功率變小解析本題考查線圖與負載均可變的理想變壓器問題。設變壓器的輸入電壓為5,輸出 電壓為S,若尸不動，滑片廠向下移動時，2變小，輸入電壓S不變，根據變壓比公式柒=會,由于 2減小，故輸出電壓

13、S也減小，故燈泡消耗的功率減小，V?的示數也變小，故A 正確，B錯誤。若尸不動，根據變壓比公式魯=F，輸入電壓以不變，則輸出電壓5也不變； 滑片產向上滑動時，接入電路的電阻R減小，根據閉合電路歐姆定律，干路電流增大，小燈 泡兩端的電壓增大，燈泡消耗的功率變大，由U=SUl可知電壓表V?讀數減小，故C、D 錯誤?？键c三遠距離輸電問題1 .遠距離輸電的處理思路對高壓輸電問題，應按“發(fā)電機一升壓變壓器一遠距離輸電線一降壓變壓器一用電器”， 或按從“用電器”倒推到“發(fā)電機”的順序一步一步進行分析。2 .遠距離高壓輸電的幾個基本關系（以下圖為例）-u-升壓變壓器降壓變壓器（1）功率關系：P尸P2,尸3

14、=尸4, P2 = P + P3,(2)電壓、電流關系:仍琮=方,=窘%S=AU+S, h=h=I輸電電流：“齊齊/與輸電線上損耗的電功率：P產I汶AU=IkR收=(不R %當輸送功率一定時，輸電電壓增大到原來的倍，輸電線上損耗的功率就減小到原來的*。»SZ 例3某村在距村莊較遠的地方修建了一座小型水電站，發(fā)電機輸出功率為9 kW,輸出電壓為500V,輸電線的總電阻為10Q,允許線路損耗的功率為輸出功率的4%。求:(1)村民和村辦小企業(yè)需要220 V電壓時，所用升壓變壓器和降壓變壓器的原、副線圈的 匝數比各為多少？(不計變壓器的損耗)(2)若不用變壓器而由發(fā)電機直接輸送，村民和村辦小

15、企業(yè)得到的電壓和功率是多少？解析(1)輸電電路如圖所示：由AP=4%P喻出和»P=RR得人唇=6 A則 U= 500V升壓變壓器原、副線圈匝數比3=娶=搗=;輸電線上電壓損失AU=/2/?=60V故降壓變壓器輸入電壓Ui = Ua-AU=1 440 V故降壓變壓器原、副線圈匝數比曷=方舞辛(2)若不用變壓器，則輸電電流/=7廠=18AUoU=UoIR=32OY, P=P 叱一/R=5 760W答案(1)1 ： 3 72 ： 11 (2)320 V 5 760W規(guī)律總結：處理遠距離輸電問題的一般思維步驟(1)畫出遠距離輸電的示意圖，并在圖上標出相應物理量。(2)以變壓器鐵芯為界線區(qū)分各

16、個回路。各回路獨立，運用串聯(lián)電路的特點和性質，分析 回路中的電壓、電流和功率等問題。(3)各回路間通過變壓器的匝數比、電壓比、電流比和原、副線圖輸入功率與輸出功率相同的關系相聯(lián)系。（4）在計算輸電線上的功率損耗時'思路應該是忌一定不能用戶孤=五。（5）電網送電遵循“用多少送多少”的原則，說明原線圖電流由副線圈電流決定。類題演練3（多選）如圖，利用理想變壓器進行遠距離輸電，發(fā)電廠的輸出電壓恒定，輸電線路的電阻 不變，當用電高峰到來時（CD ）A.輸電線上損耗的功率減小B.電壓表Vi的示數減小，電流表Ai的示數增大C.電壓表V2的示數減小，電流表A2的示數增大D.用電功率與發(fā)電廠輸出功率的

17、比值減小解析當用電高峰到來時，用戶總電阻減小，則電流表A2的示數變大，輸電線上的電 流變大，即電流表Al的示數僧大，輸電線上損耗的功率、電壓都變大，A錯誤；因為發(fā)電廠 的輸出電壓恒定，則升壓變壓器的輸出電壓也不變，即電壓表V的示數不變，B錯誤；輸電 線上的電壓損失變大，故降壓變壓器的初級電壓減小，由理想變壓器的電壓與匝數成正比得 次級電壓也減小，即電壓表V2的示數減小，C正確；用戶消耗的功率與發(fā)電廠輸出總功率約 比值為# =1 -翳=1一需，因為輸電線上的電流增大，則電壓損失AU增大，5不變, 所以用戶消耗的功率與發(fā)電廠輸出總功率的比值減小，故D正確。Li考點四實驗：探究變壓器原、副線圈電壓與

18、匝數的關系3 .實驗目的：探究變壓器電壓與線圈匝數的關系。4 .實驗原理：原線圈通過電流時，鐵芯中產生磁場，由于交變電流的大小和方向都在不 斷變化，鐵芯中的磁場也在不斷的變化，變化的磁場在副線圈中產生感應電動勢，副線圈中 就存在輸出電壓。本實驗通過改變原、副線圈匝數，探究原、副線圈的電壓與匝數的關系。5 .實驗器材：兩只多用電表（或兩只交直流數字電壓表）、學生電源（低壓交流電源）、開關、 可拆變壓器、導線若干。6 .實驗步驟：（1）按如圖所示連接好電路圖，將兩個多用電表調到交流電壓擋，并記錄兩個線圈的匝數。(2)打開學生電源，讀出兩個電表電壓值，并記錄在表格中。(3)保持匝數不變多次改變輸入電

19、壓，記錄下每次的兩個電壓值。(4)保持電壓、原線圈的匝數不變，多次改變副線圈的匝數，記錄下每次的副線圈匝數和 對應的電壓值。7 .數據記錄與處理次序，“(匝)2(匝)S(V)12348 .結論：原、副線圈的電壓比與原、副線圈的匝數比相等。9 .誤差分析(1)實際變壓器存在各種損耗。(2)交流電表的讀數存在誤差。10 注意事項(1)在改變學生電源電壓、線圈匝數前均要先斷開開關，再進行操作。(2)為了人身安全，學生電源的電壓不能超過12 V,不能用手接觸裸露的導線和接線柱。(3)為了多用電表的安全，使用交流電壓擋測電壓時，先用最大量程擋試測，大致確定被 測電壓后再選用適當的擋位進行測量。»

20、;L 例4 (2019浙江省溫州市.期末)在“探究變樂器線圈兩端的電壓與匝數的關系”實 驗中，某同學利用“教學用的可拆變壓器”進行探究。(1)下列器材中，實驗需要的器材有BEG。B.低壓交流電源D.條形磁鐵A.干電池C. 220 V交流電源E.可拆變壓器和導線F,直流電壓表G.多用電表(2)關于實驗操作，下列說法正確的是白。A.為了人身安全，原線圈兩端只能使用低壓交流電源，所用電壓不要超過12VB.實驗通電時，可用手接觸裸露的導線、接線柱等檢查電路C.使用多用電表測電壓時，先用中等量程擋試測，再選用恰當的擋位進行測量(3)在實驗中，某同學保持原線圈兩端的電壓及副線圈的匝數不變，僅減小原線圈的匝

21、數, 副線圈兩端的電壓將皿(選填“增大”“減小”或“不變”)。解析(1)探究變壓器線圖兩端的電壓與匝數的關系”的實險，需要的器材是低壓交流電 源，提供低壓交流電，同時還需要交流電壓表來測量電壓及可拆變壓器和導線，故選BEG。(2)變壓器是為了改變電壓，因此為了人身安全，原線圖兩端只能使用低壓交流電源，所 用電壓不超過12V,故A正確；實驗通電時，若用手接觸裸露的導線、接線柱等檢查電路， 就將人體并聯(lián)電路中，會導致所測數據不準確，故B錯誤；使用多用電表測電壓時，先用最 高量程擋試測，再選用恰當的擋位進行測量，故C錯誤。根據電壓比公式：投=會，保持原線圈兩端的電壓和副線圈的匝數不變，減小原線圖 的

22、匝數，觀察到副線圈兩端的電壓增大。類題演練4(2019.黑龍江大慶模擬)有一個教學用的可拆變壓器，如圖甲所示，它有兩個外觀基本 相同的線圈A、B,線圈外部還可以繞線。甲乙(1)某同學用一多用電表的同一歐姆擋先后測量了 A、8線圈的電阻值，指針分別對應圖乙 中的A、8位置，由此可推斷且線圈的匝數較多(選填或(2)如果把它看成理想變壓器，現(xiàn)要測定A線圈的匝數，提供的器材有：一根足夠長的絕 緣導線、一只多用電表和低壓交流電源，請簡要敘述實驗的步驟(寫出要測的物理量，并用字 母表示)見解析。解析(1)歐姆表示數等于指針示數與擋位的乘積，用同一擋位測電阻，指針偏角越大， 所測電阻阻值越小，指針偏角越小，

23、電阻阻值越大，由圖示可知，A位置指針偏角小，線圖A 的電阻大，線圖A的匝數較多。(2)實驗步驟:用長導線繞一個匝線圈，作為副線圖替代A線圈；把低壓交流電源接8線圖，測得線圖的輸出電壓為U；用A線圖換下繞制的線圈，測得A線圈的輸出電壓叢,則A線圖的匝數為多。JIE DUAN PEI YOU CHA QUE BU LOU階段培優(yōu)查缺補漏兩種特殊的變壓器模型（一）自耦變壓器自耦變壓器的原、副線圉共用一個線圖，線圉匝數可調。可以升壓也可以降壓，變壓器 的基本關系對自耦變壓器均適用。解邈的關鍵是分清原線圉和副線圉。» 例4 （2019湖南岳陽二模）一自耦變壓器如圖所示，環(huán)形鐵芯上只繞有一個線圈

24、, 將其接在、b間作為原線圈。通過滑動觸頭選取該線圈的一部分，接在c、4間作為副線圈, 在c、d間接定值電阻R。在。、b間輸入電壓為S的交變電壓時，c、4間的輸出電壓為 在將滑動觸頭從M點順時針旋轉到N點的過程中（D ）C.變壓器輸入功率增大D.變壓器輸入功率減小解析根據變壓器的電壓關系有柒=會，當滑動觸頭從“點順時針轉動時，加減小，電 壓%減小，由于小。?1,所以。2口，故A、B錯誤；由于電壓5減小，所以定值電阻H兩 端電壓減小，則定值電阻消耗的電功率減小，由于是理想變壓器，所以變壓器的輸入功率也 減小，故C錯誤，D正確。闌 例5 （2019河北石家莊月考）如圖所示，理想變壓器三個線圈的匝數

25、比均：2：,=10： 5 ： 1,其中匝數為m的原線圈接到220 V的交流電源上，匝數為 2和 3的兩個副線 圈分別與電阻必組成閉合回路。已知通過電阻心的電流，3=2A,電阻&=1100,則通過電阻R的電流和通過原線圈的電流力分別是（C ）7B. 10A.20AD. 1 A3 AA. 10AJ2AC. 1 A,0.7 A解析 1 由于導2 NIAN GAO KAO MO NI XUN LIAN2年高考.模擬訓練 （2019江蘇卷，1）某理想變壓器原、副線圈的匝數之比為1 ： 10,當輸入電壓增加20V 時，輸出電壓（D ）A.降低2 VB.增加2 VC.降低200 VD.增力口 200

26、 V解析理想變壓器的電壓與匝數關系為興=盧坐，整理可得第即原、副 1/2 112 5 + AS772線圈匝數比等于電壓變化量之比，當Ui = 20V時，AS=200V,選項D正確。 （2018天津卷，4）教學用發(fā)電機能夠產生正弦式交變電流。利用該發(fā)電機（內阻可忽略） 通過理想變壓器向定值電阻R供電，電路如圖所示，理想交流電流表GX理想交流電壓表 的讀數分別為/、U, R消耗的功率為P。若發(fā)電機線圈的轉速變?yōu)樵瓉淼?，則（B ）=今=#，且小：“2 ： "3=10 ： 5 ： 1, （/i=220V,解得叨=110 V, S =22 V,根據歐姆定律得/2=會=哥A=1A,根據理想變壓器的輸入功率和輸出功率相等 可得U/ = S/2+S/3,代入數據得4=0.7 A,故C正確，A、B、D錯誤。A. R消耗的功率變?yōu)橄.電壓表的讀數變?yōu)?UC.電流表G）的讀數變?yōu)?/D.通過R的交變電流