2018屆高考物理一輪復習專題變壓器遠距離輸電導學案

1、變壓器遠距離輸電知識梳理知識點一、理想變壓器1.構造和原理(1)構造：如圖1所示，變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個線圈組成的。qI磁慝線鏈芯圖1(2)原理：電磁感應的互感現(xiàn)象。2.基本關系式功率關系：P入=P出。(2)電壓關系：U=U=。n1一n2人一,U12U3有多個副線圈時-=r=r=-0mn2-n)311 n2(3)電流關系：只有一個副線圈時r=-12 n1由P入=P出及P=UI推出有多個副線圈時，UI1=PI2+U%+UUn3.幾種常用的變壓器的示。所示。咸口口電壓互感器：把高電壓變成低電壓，如圖(2)互忠形電流互感器：把大電流變成小電流，如圖知識點二、遠距離輸電1 .輸電過程(如

2、圖2所示)：2 .電壓損失(1) AU=U-U'。(2) AU=IR_o(3) 率損失(1) AP=PP'。2AU2(2) AP=CR=-R-4.輸送電流P1=U。u-UI考點精練考點一理想變壓器的分析與計算1 .關于理想變壓器(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U、U、11、I2均為有效值。2.理想變壓器的基本關系基本關系功率關系P入=P出電壓關系Um原、副線圈的電壓比等于匝數(shù)比：U,=-U2n2電流關系11n2只什-個副線圈時，電流和匝數(shù)成反比：1=&qu

3、ot;12m頻率關系原、副線圈中電流的頻率相等制約關系電壓原線圈電壓U和匝數(shù)比決定副線圈電壓U功率副線圈的輸出功率P出決定原線圈的輸入功率P入電流副線圈電流I2和匝數(shù)比決定原線圈電流I1對應訓練1 .基本關系的應用如圖3所示，一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為1：2;副線圈電路中接有燈泡，燈泡的額定電壓為220V,額定功率為22W原線圈電路中接有電壓表和電流表。現(xiàn)閉合開關，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（）A. U=110V,I=0.2AB. U=110V,I=0.05AC. U=110>/2V,I=0.2AD. U=1102V,I=0.24An1U一.解析由

4、變壓原理一=77可得U=110V,即電壓表本數(shù)為110V。由P入=P出和燈泡正n2U2常發(fā)光可得P人=U1I1=P出=22W,11=A=0.2A,故A正確。110答案A2 .自耦變壓器（2016江蘇單科，4）一自耦變壓器如圖4所示，環(huán)形鐵芯上只繞有一個線圈，將其接在a、b間作為原線圈。通過滑動觸頭取該線圈的一部分，接在c、d間作為副線圈，在a、b間輸入電壓為U1的交變電流時，c、d間的輸出電壓為U2,在將滑動觸頭從M點順時針轉到N點的過程中（）圖4A.U>U,U2降低B.U>U,U2升高C.U<U,U2降低D.U2<U,U2升高一,Uim,-,解析由n1>n2知U

5、2<U;滑動觸頭從M點順時針旋轉至N點過程，n2減小，則U2n2U2降低，C項正確。答案C3.互感器（2017江蘇四市聯(lián)考）（多選）如圖5所示，在某一輸電線路的起始端接入兩個互感器，原、副線圈的匝數(shù)比分別為100：1和1：100,圖中a、b表示電壓表或電流表，已知電壓表的示數(shù)為22V,電流表的示數(shù)為1人則（）A. a為電流表，b為電壓表B. a為電壓表，b為電流表C.線路輸送電功率是220kWD.輸電線路總電阻為22Q解析左側的互感器原線圈并聯(lián)在輸電線路上，測量的是輸電電壓，所以a為電壓表；右側的互感器原線圈串聯(lián)在輸電線路上，測量的是輸電電流，b為電流表，選項B正確，A錯誤；電壓表的示數(shù)

6、為22V,根據(jù)變壓公式，U1=100,輸電電壓為Ui=100X22V=U211n22200V;電流表的本數(shù)為1A,根據(jù)變流公式，1=100,輸電電流I1=100X1A=10012n1A,線路輸送電功率為P=U1I1=220kW/選項C正確；根據(jù)題述條件，不能求出輸電線路總電阻，選項D錯誤。答案BC4.原線圈中接有用電器的變壓器如圖6甲所示，當電壓表V2的讀數(shù)為6V時，五只額定功率為6W的相同燈泡L1、L2、L3、L4、L5均正常發(fā)光，圖乙是理想變壓器c、d輸入端交變電壓ru的圖象，各電表均為理想交流電表。則下列說法正確的是（）A.a、b輸入端電壓的最大值為24VB.電流表的示數(shù)為4A,電壓表V

7、i的示數(shù)為24VC.流過,燈L2的電流每秒鐘方向改變50次D.a、b輸入端輸入功率Rb=18W解析據(jù)題意，從題圖乙可知該交變電流的周期為T=0.02s,頻率為50Hz,每個周期電流變向2次，則1s內該交變電流變向100次，流過燈L2的電流每秒鐘方向改變100次，C錯誤；因為五只燈泡均正常發(fā)光，通過每個燈泡的電流均為I=1=1A,說明流過U2原、副線圈的電流比為1：4,因此原、副線圈匝數(shù)比為4：1,原線圈兩端電壓有效值為24V,該交變電流在a、b端輸入電壓最大值不等于24V,故A錯誤，B正確；a、b端輸入功率為Rb=6X5W=30W,故D錯誤。答案B考點二理想變壓器的動態(tài)分析常見的兩種情況常見的

8、理想變壓器的動態(tài)分析問題一般有兩種：匝數(shù)比不變的情況和負載電阻不變的情況。富不變,負栽R變化空改變,負黃K不變【典例】（多選）如圖7所示，理想變壓器的原線圈連接一只理想交流電流表，副線圈匝數(shù)可以通過1t動觸頭Q來調節(jié)，在副線圈兩端連接了定值電阻R和滑動變阻器RP為滑動變阻器的滑動觸頭。在原線圈上加一電壓為U的正弦交流電，則（）圖7A.保持Q的位置不動，將P向上滑動時，電流表讀數(shù)變大B.保持Q的位置不動，將P向上滑動時,電流表讀數(shù)變小C.保持P的位置不動，將Q向上滑動時,電流表讀數(shù)變大D.保持P的廠位置不動，將Q向上滑動時，電流表讀數(shù)變小u2解析Q位置不動，副線圈電壓U不變，當P上滑時，R增大，

9、由P=k3可知總功率R十R0減小，原線圈電壓U1不變，由P=U1Ii可知原線圈電流Il減小，故A錯誤，B正確；當P位置不動，Q上滑時，由3=上知U增大，同理分析原線圈電流Ii增大，故C正確，D錯誤。Uni答案BC對應訓練1.匝數(shù)比不變，負載改變（多選）如圖8所示，理想變壓器的原線圈a、b兩端接正弦式交變電壓，副線圈c、d兩端通過輸電線接三只相同的燈泡Li、L2、L3,輸電線的等效電阻為R當開關由原來的斷開狀態(tài)變?yōu)殚]合狀態(tài)時，下列說法正確的是（）圖8A.輸電線上的電壓增大B.通過原線圈的電流增大C.通過燈泡Li的電流減小D.變壓器的輸入功率減小解析開關由原來的斷開狀態(tài)變?yōu)殚]合狀態(tài)，由?=處得副線

10、圈線路總電壓不變，而總U2n2電阻減小，總電流增大，則R兩端電壓增大，Li兩端電壓減小，通過Li的電流減小，A、C正確；由：=n得原線圈電流增大，輸入功率增大，B正確，D錯誤。12ni答案ABC2 .匝數(shù)比改變，負載不變（多選）如圖9所示，電路中的變壓器為理想變壓器，S為單刀雙擲開關，U為加在原線圈兩端的交變電壓，Ii、I2分別為原、副線圈中的電流。下列說法中正確的是（）A.保持U不變,S由b切換到a,則R上消耗的功率減小B.保持U不變，S由a切換到b,則I2減小C.保持U不變，S由b切換到a,則Ii增大D.保持U不變，S由a切換到b,則變壓器的輸入功率增大解析當保持P的位置及U不變，S由b切

11、換到a時，副線圈匝數(shù)增多，則輸出電壓U增大，電流I2增大，R消耗的功率增大，由變壓器功率關系可知，其輸入功率也增大，故Ii增大；S由a切換到b時，副線圈匝數(shù)減少，則輸出電壓U減小，輸出電流12減小，所以根據(jù)F2=IzU,P2減??；又因Pi=P2,所以變壓器輸入功率減小。由以上分析可知，正確選項為B、C答案BC3 .匝數(shù)比、負載都改變如圖10所示，理想變壓器的原、副線圈分別接理想電流表A、理想電壓表V,副線圈上通過輸電線接有一個燈泡L、一個電動機M輸電線的等效電阻為R副線圈匝數(shù)可以通過調節(jié)滑片P改變。S斷開時，燈泡L正常發(fā)光，滑片P位置不動,()圖10當S閉合時，以下說法中正確的是A.電壓表讀數(shù)

12、增大B.電流表讀數(shù)減小C.等效電阻R兩端電壓增大D.為使燈泡L正常發(fā)光，滑片P應向下滑動解析當S閉合時，變壓器副線圈電路電流增大，兩端電壓不變，電壓表讀數(shù)不變,選項A錯誤；由于變壓器輸出功率增大，輸入電流增大，電流表讀數(shù)增大，選項B錯誤；由于輸電線中電流增大，所以輸電線等效電阻R兩端電壓增大，選項C正確；為使燈泡L正常發(fā)光，應該增大變壓器輸出電壓，滑片P應向上移動，選項D錯誤。答案C方法技巧含有變壓器的動態(tài)電路問題的解題思路:1稠充廉戰(zhàn)圈電壓斡=>原"用電"%為定值考點三遠距離輸電問題遠距離輸電問題的“三二二1 .理清三個回路»潞】網路2回路1:發(fā)電機回路。

13、該回路中，通過線圈1的電流I1等于發(fā)電機中的電流I機；線圈1兩端的電壓U1等于發(fā)電機的路端電壓U機；線圈1輸入的電功率Pi等于發(fā)電機輸出的電功率P機。回路2：輸送電路。I2=I3=IR,U>=U3+AUR=AP+P30回路3:輸出電路。14=I用，U=U用，R=P用。2 .抓住兩個聯(lián)系(1)理想的升壓變壓器聯(lián)系著回路1和口回路2,由變壓器原理可得：線圈1(匝數(shù)為m),一，*，一Un111n2和線圈2(匝數(shù)為山)中各個量間的關系是u=n,-=n,P=F2O(2)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)，一.一、.一一13n313n4和線圈4(匝數(shù)為n)中

14、各個量間的關系是口=*,-=n3,R=P4。3 .掌握兩種損耗(1)電壓損耗：輸電線上的電阻導致的電壓損耗，AU=U2U3=IRR線。(2)功率損耗：輸電線上的電阻發(fā)熱的功率損耗，AP=P2P3=IRR線。輸電線上能量損2耗是熱損耗，計算功率損耗時用公式AP=iRr線或ap=4-°Rfe對應訓練1.輸電線上功率損失（2015福建理綜，15）圖11為遠距離輸電示意圖，兩變壓器均為理想變壓器一升壓變壓器T的原、副線圈匝數(shù)分別為m、稟，在T的原線圈兩端接入一電壓u=-sin3t的交流電源，若輸送電功率為P,輸電線的總電阻為2r,不考慮其他因素的影響，則輸電線上損失的電功率為（）n1 a (

15、%)彳圖11n2nB.()n14rD 4卓 2()2rC.釁)2(P)2rn2Un,Un1rn2-m一，一,、解析原線圈電壓的有效值：u=2,根據(jù)=n可得u=nq2,又因為是理想變壓r一,一，-P,人器，所以T的副線圈的輸出功率等于原線圈的輸入功率P,所以輸電線上的電流1=77,輸電線上損失的電功率為P'=I2-2r=4rn12p2,所以C正確，A、B、D錯誤。n2-m答案C2 .輸電的幾個關系（多選）在如圖12所示的遠距離輸電電路圖中，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（）圖12A.升壓變壓器的輸出

16、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解析 發(fā)電廠的輸出電壓不變，升壓變壓器輸出的電壓U2應不變，A錯誤；輸電線電流I=1P會隨著P的增大而增大，輸電線電壓損失U損=IR也增大，所以降壓變壓器的初級U2電壓U=UU損減小，則降壓變壓器的輸出電壓減小，B錯誤；輸電線功率損失P損=I2R=P2P2-、，八P員U2Rpr_、，、，打R,因P變大，所以P損變大，C正確；石=丁=72,因P變大，所以比值變大，DU2PPU2正確。答案CD3 .遠距離輸電與傳感器結合（多選）如圖13甲為遠距離輸電示意圖，變壓器均為理想變壓器，升壓變壓器原、副線

17、圈匝數(shù)比為1：100,其輸入電壓如圖乙所示，遠距離輸電線的總電阻為100Qo降壓變壓器右側部分為一火警報警系統(tǒng)原理圖，其中R為一定值電阻，R2為用半導體熱敏材料制成的傳感器，當溫度升高時其阻值變小。電壓表V顯示加在報警器上的電壓（報警器未畫出）。未出現(xiàn)火警時，升壓變壓器的輸入功率為750kW,則下列說法中正確的有（）A.降壓變壓器副線圈輸出的交變電流頻率為50HzB.遠距離輸電線路損耗功率為180kWC.當出現(xiàn)火警時，電壓表V的示數(shù)變小D.當出現(xiàn)火警時，輸電線上的電流變小解析由題圖乙知交變電流的周期為0.02s,所以頻率為50Hz,A正確；由題圖乙知升壓變壓器輸入電壓有效值為250V,根據(jù)變壓

18、比公式知升壓變壓器副線圈兩端電壓為25000V,所以輸電線中的電流為30A,輸電線損失的電壓為AU=IR=30X100V=3000V,輸電線路損耗功率為AP=AU-I=90kW,B錯誤；當出現(xiàn)火警時傳感器R阻值減小，降壓變壓器副線圈中電流增大，輸電線上電流變大，電壓變大，降壓變壓器輸入、輸出電壓都變小，定值電阻的分壓增大，電壓表V的示數(shù)變小，C正確，D錯誤。答案AC隨堂檢測1. （2016全國卷I,16）一含有理想變壓器的電路如圖14所示，圖中電阻R、R和R3的阻值分別為3、1和4因為理想交流電流表，U為正弦交流電源，輸出電壓的有效值恒定。當開關S斷開時，電流表的示數(shù)為I;當S閉合時，電流表的

19、示數(shù)為41。該變壓器原、副線圈匝數(shù)比為（）圖14A.2B.3C.4D.52. （多選）如圖15,理想變壓器原、副線圈分別接有額定電壓相同的燈泡a和bo當輸入電壓U為燈泡額定電壓的10倍時，兩燈泡均能正常發(fā)光。下列說法正確的是（）圖15A.原、副線圈匝數(shù)比為9：1B.原、副線圈匝數(shù)比為1：9C.此時a和b的電功率之比為9：1D.此時a和b的電功率之比為1:93. （2016天津理綜，5）如圖16所示，理想變壓器原線圈接在交流電源上，圖中各電)表均為理想電表。下列說法正確的是（圖16A.當滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，R消耗的功率變大B.當滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，電壓表V示數(shù)變大C.

20、當滑動變阻器白滑動觸頭P向上滑動時，電流表A示數(shù)變大D.若閉合開關S,則電流表A示數(shù)變大，忿示數(shù)變大4. （2016海南單科，9）（多選）如圖17（a）中，理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為4：1,RT為電阻值隨溫度升高而減小的熱敏電阻，R為定值電阻，電壓表和電流表均為理想交流電表。原線圈所接電壓u隨時間t按正弦規(guī)律變化，如圖（b）所示。下列說法正確的是（）圖17A.變壓器輸入、輸出功率之比為4：1B.變壓器原、副線圈中白電流強度之比為1:4C.u隨t變化的規(guī)律為u=51sin（50兀t）（國際單位制）D.若熱敏電阻R的溫度升高，則電壓表的示數(shù)不變，電流表的示數(shù)變大參考答案In21 .解析開關斷開時，電路如圖甲所示，原、副線圈的電流比心=E，通過R的電流I24IT7=惇，副線圈的車出電壓U2=I2(R2+R3)=5-,由8=2可得原線圈兩端的電壓U=5In22,則IJ=U+RTI2+3;開關閉合時，電路如圖乙所示，原、副線圈的電流比=上通過R的電流I2'=如，副線圈的輸出電壓U'=I2'R=4),由U=2可得原nin2n2U2n2ni2ni2