適用于新高考新教材廣西專(zhuān)版2025屆高考物理一輪總復(fù)習(xí)第12章交變電流傳感器第2節(jié)理想變壓器電能的輸送課件

第2節(jié)理想變壓器電能的輸送第十二章強(qiáng)基礎(chǔ)增分策略一、理想變壓器1.構(gòu)造:如圖所示,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。

(2)副線圈:與

連接的線圈,也叫

線圈。

閉合鐵芯兩個(gè)線圈初級(jí)負(fù)載次級(jí)

必須是交變電流2.原理:利用電磁感應(yīng)的

現(xiàn)象。

3.基本關(guān)系式(1)功率關(guān)系:

。

副線圈與用電器斷開(kāi)時(shí),無(wú)電流通過(guò)副線圈,但副線圈兩端存在電壓(2)電壓關(guān)系:只有一個(gè)副線圈時(shí),

。

(3)電流關(guān)系:只有一個(gè)副線圈時(shí),

。

變壓器不能改變交變電流的頻率有多個(gè)副線圈時(shí),n1I1=n2I2+n3I3+…+nnIn?；ジ蠵入=P出

易錯(cuò)辨析

(1)變壓器能改變交變電流的電壓,不能改變交變電流的頻率。(

)(2)正常工作的變壓器當(dāng)副線圈與用電器斷開(kāi)時(shí),副線圈兩端無(wú)電壓。(

)(3)變壓器副線圈并聯(lián)更多的用電器時(shí),原線圈輸入的電流隨之減小。(

)√××應(yīng)用提升1.一理想變壓器如圖所示,其原、副線圈匝數(shù)之比n1∶n2=4∶1,原線圈兩端連接光滑導(dǎo)軌,副線圈與電阻R組成閉合電路。當(dāng)直導(dǎo)線MN在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中沿導(dǎo)軌向左勻速切割磁感線時(shí),電流表A1的示數(shù)是10mA,那么電流表A2的示數(shù)是(

)A.40mA B.0

C.10mA D.2.5mA答案

B解析

MN在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速運(yùn)動(dòng),左側(cè)回路電流

恒定,右側(cè)回路中無(wú)感應(yīng)電流,所以A2示數(shù)為0。2.電流互感器是一種測(cè)量電路中電流的變壓器,工作原理如圖所示。其原線圈匝數(shù)較少,串聯(lián)在電路中,副線圈匝數(shù)較多,兩端接在電流表上。則電流互感器(

)A.是一種降壓變壓器B.能測(cè)量直流電路的電流C.原、副線圈電流的頻率不同D.副線圈的電流小于原線圈的電流答案

D二、遠(yuǎn)距離輸電1.輸電過(guò)程(如圖所示)2.輸電導(dǎo)線上的能量損耗主要是由輸電線的電阻發(fā)熱產(chǎn)生的,表達(dá)式為Q=

。

3.電壓損失(1)ΔU=U-U';(2)ΔU=

。

I2RtIR4.功率損失(1)ΔP=P-P';5.輸送電流I2R易錯(cuò)辨析

(4)增大輸電導(dǎo)線的橫截面積不利于減少輸電過(guò)程中的電能損耗。(

)(5)高壓輸電是通過(guò)減小輸電電流來(lái)減少電路的發(fā)熱損耗。(

)(6)在輸送電壓一定時(shí),輸送的電功率越大,輸電過(guò)程中的電能損耗越大。(

)×√√應(yīng)用提升3.(2022江蘇徐州期末)下圖為模擬遠(yuǎn)距離輸電電路圖,升壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)之比為1∶4,其原線圈兩端的電壓為12V;降壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)之比為4∶1,其副線圈兩端的電壓為11.5V。遠(yuǎn)距離輸電線路的總阻值為1Ω,兩變壓器均視為理想變壓器。則升壓變壓器的輸入功率為(

)A.24W B.48WC.92W D.96W答案

D

4.(人教版教材選擇性必修第二冊(cè)P67習(xí)題改編)從發(fā)電站輸出的功率為220kW,輸電線的總電阻為0.05Ω,用110V和11kV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是多少?答案

100∶1旁欄邊角

人教版教材選擇性必修第二冊(cè)P61閱讀“科學(xué)漫步”——無(wú)線充電技術(shù),完成下面題目。(多選)手機(jī)無(wú)線充電是比較新穎的充電方式。電磁感應(yīng)式無(wú)線充電的原理與變壓器類(lèi)似,通過(guò)分別安裝在充電基座和接收能量裝置上的線圈,利用產(chǎn)生的磁場(chǎng)傳遞能量。如圖所示,當(dāng)充電基座上的送電線圈通入正弦式交變電流后,就會(huì)在鄰近的受電線圈中感應(yīng)出電流,最終實(shí)現(xiàn)為手機(jī)電池充電。在充電過(guò)程中(

)A.送電線圈中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)呈周期性變化B.受電線圈中感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)恒定不變C.送電線圈和受電線圈通過(guò)互感現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)能量傳遞D.手機(jī)和基座無(wú)需導(dǎo)線連接,這樣傳遞能量沒(méi)有損失答案

AC解析

送電線圈相當(dāng)于變壓器原線圈,受電線圈相當(dāng)于變壓器副線圈,是互感現(xiàn)象;送電線圈接交變電流,受電線圈也產(chǎn)生交變電流,所產(chǎn)生的磁場(chǎng)呈周期性變化,A、C正確,B錯(cuò)誤。由于沒(méi)有閉合鐵芯,傳遞能量過(guò)程中有能量損失,D錯(cuò)誤。增素能精準(zhǔn)突破考點(diǎn)一理想變壓器原、副線圈關(guān)系的應(yīng)用[名師破題]理想變壓器①?zèng)]有能量損失(銅損、鐵損)②沒(méi)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(gè)數(shù)無(wú)關(guān)電流關(guān)系只有一個(gè)副線圈時(shí),電流和匝數(shù)成反比;有多個(gè)副線圈時(shí),由輸入功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【典例突破】典例1.圖甲中的理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2=22∶3,輸入端a、b所接電壓u隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖乙所示。燈泡L的電阻恒為15Ω,額定電壓為24V。定值電阻R1=10Ω、R2=5Ω,滑動(dòng)變阻器R的最大阻值為10Ω。為使燈泡正常工作,滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻應(yīng)調(diào)節(jié)為(

)甲

乙A.1Ω

B.5ΩC.6Ω

D.8Ω審題指導(dǎo)

關(guān)鍵詞句獲取信息原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2=22∶3匝數(shù)比已知,可求副線圈兩端電壓輸入端a、b所接電壓u……如圖乙所示由圖乙可知輸入電壓①圖甲;②燈泡L的電阻恒為15Ω,額定電壓為24V。定值電阻R1=10Ω、R2=5Ω各用電器串并聯(lián)關(guān)系和參數(shù)已知為使燈泡正常工作燈泡L兩端電壓為24V答案

A根據(jù)串聯(lián)分壓規(guī)律可知,R1和R2、R構(gòu)成的并聯(lián)電路部分的分壓為U=U2-UL=30

V-24

V=6

V通過(guò)R1的電流為通過(guò)R2、R的電流為I2=IL-I1=1.6

A-0.6

A=1

AR2、R的分壓為U=I2(R2+R)解得滑動(dòng)變阻器的阻值為A正確。【對(duì)點(diǎn)演練】1.(2023遼寧大連高三期末)如圖所示,理想變壓器的原線圈接在u=220sin100πt(V)的交流電源上,副線圈接有R=55Ω的負(fù)載電阻,原、副線圈匝數(shù)之比為2∶1,交流電流表、交流電壓表均為理想電表。下列說(shuō)法正確的是(

)A.電壓表的讀數(shù)為110VB.電流表的讀數(shù)為2AC.副線圈的輸出功率為220WD.副線圈輸出的交變電流的頻率為100HzC2.(多選)(2023安徽合肥高三期末)在如圖所示的電路中,變壓器為理想變壓器,電壓表、電流表均為理想電表,給電路輸入端通以正弦式交變電流,a、b、c三個(gè)燈泡均正常發(fā)光。燈泡a上標(biāo)有“9V

3W”字樣,a、c兩個(gè)燈泡完全相同,變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比為3∶1,則(

)A.電流表的示數(shù)為AB.燈泡b的額定功率為9WC.電壓表的示數(shù)為27VD.電路輸入端的輸入電壓為36VCD3.(2022廣東中山期末)如圖所示,發(fā)電機(jī)線圈繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)e=100sin100πt(V)。線圈與理想升壓變壓器相連進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電,理想降壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)之比為5∶2,降壓變壓器副線圈接入一臺(tái)“220V

1100W”的電動(dòng)機(jī),恰好正常工作,電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻為10Ω,輸電線路總電阻為25Ω,線圈及其余導(dǎo)線電阻不計(jì),電表均為理想交流電表,則下列說(shuō)法正確的是(

)A.圖示位置時(shí)電壓表示數(shù)為100VB.升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為1∶5C.輸電線路中的電流是12.5AD.發(fā)電機(jī)線圈的輸出功率為1200W答案

D

考點(diǎn)二理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析[師生共研]1.匝數(shù)比不變(如圖甲所示)甲

2.負(fù)載電阻不變(如圖乙所示)乙【典例突破】典例2.如圖所示,理想變壓器原線圈接在u=Umsin(ωt+φ)的交流電源上,副線圈接三個(gè)阻值相同的電阻R,不計(jì)電表內(nèi)電影響。閉合開(kāi)關(guān)S后(

)A.電流表A2的示數(shù)減小

B.電壓表V1的示數(shù)減小C.電壓表V2的示數(shù)不變

D.電流表A1的示數(shù)不變思維點(diǎn)撥

該題屬于匝數(shù)比不變的動(dòng)態(tài)變化情形,開(kāi)關(guān)S閉合時(shí),相當(dāng)于副線圈總的電阻減小,然后按照上面講的一般步驟分析即可。答案

A解析

開(kāi)關(guān)S閉合時(shí),副線圈總的電阻減小,由于變壓器的匝數(shù)比和輸入的電壓都不變,所以輸出的電壓也不變,即V1示數(shù)不變,但因副線圈的總電阻減小,則副線圈的總電流增大,則原線圈的電流增大,故A1的示數(shù)增大;由于副線圈的電流增大,故串聯(lián)在副線圈的電阻R兩端的電壓增大,而副線圈的總電壓不變,所以副線圈并聯(lián)部分的電壓減小,即V2的示數(shù)減小,故電流表A2的示數(shù)減小,故A正確,B、C、D錯(cuò)誤?？碱}點(diǎn)睛

考點(diǎn)考向點(diǎn)睛變壓器動(dòng)態(tài)分析基本電路規(guī)律:變壓器副線圈的功率和電流決定原線圈的功率和電流方法:明確輸出回路中電阻變化引起電流變化及功率變化,進(jìn)一步推及原線圈回路模型:理想變壓器模型,P入=P出、【對(duì)點(diǎn)演練】4.(2022廣東深圳二模)下圖是某風(fēng)力發(fā)電節(jié)能路燈的電路簡(jiǎn)化圖。風(fēng)速為v時(shí),交流發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)表達(dá)式為e=2v·sinωt,能感應(yīng)風(fēng)速大小的調(diào)節(jié)器(不消耗副線圈電路的電能)可以控制變壓器副線圈的滑片P上下移動(dòng),使燈泡始終保持額定電壓正常發(fā)光,下列說(shuō)法正確的是(

)A.風(fēng)速變大時(shí),流過(guò)燈泡的電流變大B.風(fēng)速變大時(shí),滑片P將向上移動(dòng)C.風(fēng)速變大時(shí),變壓器的輸入電壓變大D.風(fēng)速變大時(shí),變壓器的輸出電壓變大答案

C

解析

調(diào)節(jié)器可以控制變壓器副線圈的滑片P上下移動(dòng),使燈泡始終保持額定電壓正常發(fā)光,所以風(fēng)速變大時(shí),流過(guò)燈泡的電流不變,變壓器的輸出電壓不變,故A、D錯(cuò)誤;由題意可知e=2vsin

ωt,所以風(fēng)速變大時(shí),交流發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)變大,則變壓器的輸入電壓變大,故C正確;由變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)關(guān)系

,可知,輸入電壓U1增大,輸出電壓U2不變,原線圈匝數(shù)不變時(shí),副線圈的匝數(shù)應(yīng)減小,則滑片P向下移動(dòng),故B錯(cuò)誤。5.如圖所示,一理想變壓器的原線圈接有電壓為U的交變電流,副線圈接有電阻R1、光敏電阻R2(阻值隨光照增強(qiáng)而減小),開(kāi)關(guān)S開(kāi)始時(shí)處于閉合狀態(tài),下列說(shuō)法正確的是(

)A.當(dāng)光照變?nèi)鯐r(shí),變壓器的輸入功率增加B.當(dāng)滑片P向下滑動(dòng)時(shí),電阻R1消耗的功率增加C.當(dāng)開(kāi)關(guān)S由閉合到斷開(kāi),原線圈中電流變大D.當(dāng)U增大時(shí),副線圈中電流變小答案

B考點(diǎn)三遠(yuǎn)距離輸電[師生共研]遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題的“三二一”1.三個(gè)回路(如圖)在回路2中,U2=ΔU+U3,I2=I線=I3。

2.兩個(gè)聯(lián)系3.一個(gè)守恒能量守恒關(guān)系式P1=P損+P4?！镜淅黄啤康淅?.一臺(tái)發(fā)電機(jī)最大輸出功率為8000kW,電壓為4000V,經(jīng)變壓器T1升壓后向遠(yuǎn)方輸電。輸電線路總電阻R=2kΩ,到目的地經(jīng)變壓器T2降壓,負(fù)載為多個(gè)正常發(fā)光的燈泡,每個(gè)燈泡額定電壓220V,額定功率72W,若在輸電線路上消耗的功率為發(fā)電機(jī)輸出功率的10%,變壓器T1和T2的耗損可忽略,發(fā)電機(jī)處于滿(mǎn)負(fù)荷工作狀態(tài)。(1)變壓器T1和T2的匝數(shù)比分別為多少?(2)發(fā)電機(jī)處于滿(mǎn)負(fù)荷工作狀態(tài)時(shí)可供多少盞燈泡正常發(fā)光?思維點(diǎn)撥

(1)根據(jù)輸入功率求出輸入電流,根據(jù)損失功率求出輸出電流,從而求出變壓器T1的匝數(shù)比,根據(jù)變壓比求出升壓變壓器的輸出電壓,再求出輸電線上的電壓損失,進(jìn)而求出降壓變壓器的輸入電壓,即可得到降壓變壓器的匝數(shù)比。(2)由于降壓變壓器的負(fù)載能正常工作,求出用戶(hù)得到的功率,從而確定可供多少盞燈泡正常發(fā)光。升壓變壓器的輸出電壓U2=4×105V輸電線上的電壓損失U損=I2R=4×104V降壓變壓器的輸入電壓U3=U2-U損=3.6×105V用戶(hù)得到的電壓即為降壓變壓器的輸出電壓U4=220

V(2)用戶(hù)得到的功率P3=P2-10%P2=7.2×106W素養(yǎng)點(diǎn)撥

輸電線路功率損失的四種計(jì)算方法(1)輸送功率是指升壓變壓器輸出的功率,損失功率是指由于輸電線發(fā)熱而消耗的功率。兩者關(guān)系是P損=P-P'(P為輸送功率,P'為用戶(hù)所得功率)?！緦?duì)點(diǎn)演練】6.(2023廣東廣州期末)我國(guó)遠(yuǎn)距離輸送交變電流用的電壓有110kV、220kV和330kV,輸電干線已經(jīng)采用500kV的超高壓,西