高考物理一輪復習講義專題14.2　變壓器　遠距離輸電（原卷版）

專題14.2變壓器遠距離輸電【講】【講核心素養(yǎng)】物理觀念：變壓器、遠距離輸電。1.知道變壓器的工作原理，掌握變壓器的特點，并能分析、解決實際問題.2.理解遠距離輸電的原理并會計算線路損失的電壓和功率.科學思維：“動態(tài)分析方法”“極值法”?？茖W探究：傳感器的特性及使用?？茖W態(tài)度：發(fā)電機和電動機、電能的輸送、生活中各種變壓器的應用、傳感器的使用?！局v考點題型】【知識點一】理想變壓器基本規(guī)律的應用1．構造和原理如圖(1)主要構造：由原線圈、副線圈和閉合鐵芯組成。(2)工作原理：電磁感應的互感現象。2．理想變壓器的基本關系式(1)功率關系：P入＝P出。(2)電壓關系：eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，若n1＞n2，為降壓變壓器；若n1＜n2，為升壓變壓器。(3)電流關系：只有一個副線圈時，eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)；有多個副線圈時仍有P入＝P出，據P＝UI可推出，U1I1＝U2I2＋U3I3＋…＋UnIn。(4）制約關系=1\*GB3①電壓：副線圈電壓U2由原線圈電壓U1和匝數比決定．=2\*GB3②功率：原線圈的輸入功率P1由副線圈的輸出功率P2決定．=3\*GB3③電流：原線圈的電流I1由副線圈電流I2和匝數比決定．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。(2)互感器eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(電壓互感器：把高電壓變成低電壓,如圖C所示。,電流互感器：把大電流變成小電流,如圖D所示。))【特別提醒】理想變壓器以及原、副線圈基本量的關系理想變壓器沒有能量損失(銅損、鐵損)，沒有磁通量損失(磁通量全部集中在鐵芯中)基本關系功率關系原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率，P入＝P出電壓關系原、副線圈的電壓比等于匝數比，U1∶U2＝n1∶n2，與負載的多少無關電流關系只有一個副線圈時，I1∶I2＝n2∶n1；有多個副線圈時，由P入＝P出得I1U1＝I2U2＋I3U3＋…＋InUn或I1n1＝I2n2＋I3n3＋…＋Innn頻率關系f1＝f2(變壓器不改變交流電的頻率)【例1】（2022·山東·高考真題）如圖所示的變壓器，輸入電壓為SKIPIF1<0，可輸出SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、SKIPIF1<0電壓，匝數為SKIPIF1<0的原線圈中電壓隨時間變化為SKIPIF1<0．單匝線圈繞過鐵芯連接交流電壓表，電壓表的示數為SKIPIF1<0。將阻值為SKIPIF1<0的電阻R接在SKIPIF1<0兩端時，功率為SKIPIF1<0。下列說法正確的是（）A．n1為1100匝，SKIPIF1<0為SKIPIF1<0B．SKIPIF1<0間線圈匝數為120匝，流過R的電流為SKIPIF1<0C．若將R接在SKIPIF1<0兩端，R兩端的電壓為SKIPIF1<0，頻率為SKIPIF1<0D．若將R接在SKIPIF1<0兩端，流過R的電流為SKIPIF1<0，周期為SKIPIF1<0【素養(yǎng)升華】本題考察的學科素養(yǎng)主要是物理觀念和科學思維?！咀兪接柧?】（2022·浙江·高三開學考試）如圖甲所示，100匝圓形線圈接入理想變壓器的原線圈，變壓器的副線圈接入阻值為R的電阻，電表都是理想電表。已知每匝線圈的電阻均為R，線圈位置存在垂直于線圈平面的磁場，磁感應強度B隨時間t按正弦規(guī)律變化的圖像如圖乙所示，圓形線圈的熱功率與電阻R的功率相等。下列說法正確的是（

）A．原、副線圈匝數比SKIPIF1<0B．SKIPIF1<0時刻兩電流表示數均為0C．原副線圈電流周期之比為SKIPIF1<0D．對圓形線圈某一小段導線（長度小于周長）而言，當磁感應強度最大時，其受到的安培力最大【技巧總結】關于理想變壓器的四點說明(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U1、U2、I1、I2均為有效值?！局R點二】理想變壓器的動態(tài)分析問題1．理想變壓器的制約關系制約關系電壓副線圈電壓U2由原線圈電壓U1和匝數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由副線圈電流I2和匝數比決定2．兩種情況匝數比不變的情況負載電阻不變的情況(1)U1不變，根據eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，輸入電壓U1決定輸出電壓U2，可以得出不論負載電阻R如何變化，U2不變(2)當負載電阻發(fā)生變化時，I2變化，根據輸出電流I2決定輸入電流I1，可以判斷I1的變化(3)I2變化引起P2變化，根據P1＝P2，可以判斷P1的變化(1)U1不變，eq\f(n1,n2)發(fā)生變化，U2變化(2)R不變，U2變化，I2發(fā)生變化(3)根據P2＝eq\f(U\o\al(2,2),R)和P1＝P2，可以判斷P2變化時，P1發(fā)生變化，U1不變時，I1發(fā)生變化【例2】（2022·河北·高三開學考試）如圖甲所示的理想變壓器，原線圈的輸入端所接電壓u隨時間t的變化關系如圖乙所示，副線圈匝數可通過滑片P來調節(jié)，原線圈的匝數SKIPIF1<0，當滑片P位于副線圈正中間位置時，額定電壓為44V的燈泡正好正常發(fā)光，下列說法正確的是（）A．副線圈的總匝數為8B．所加的交流電每1s內方向改變50次C．當滑片P由如圖甲所示的位置向上移動，燈泡變暗D．當滑片P由如圖甲所示的位置向下移動，燈泡會燒毀【素養(yǎng)升華】本題考察的學科素養(yǎng)主要是科學思維?！咀兪接柧?】（多選）（2022·河南·高三開學考試）如圖所示為某水電站輸電線路原理圖，水電站輸出電壓穩(wěn)定的正弦交流電，升至特高壓U后向遠距離用戶供電，總功率為P。用戶端理想變壓器原、副線圈匝數分別為SKIPIF1<0和SKIPIF1<0，SKIPIF1<0為輸電線總電阻，SKIPIF1<0為不斷電用戶電阻（可視為定值電阻），R為可變用戶電阻（可視為可變電阻），電壓表和電流表均為理想電表。當可變用戶電阻R增大時，下列說法正確的是（）A．電流表示數將變大B．電壓表示數將變大C．輸電線路上損耗的功率為SKIPIF1<0D．對于原線圈回路，虛線框所圈部分的等效電阻為SKIPIF1<0【技巧總結】1、分析變壓器的動態(tài)變化問題的注意事項(1)要明確變壓器的各基本物理量之間的制約關系．(2)要明確“不變量”和“變化量”，從主動變化量開始，根據制約關系從前到后或從后到前逐一分析各物理量的變化情況.2、含有變壓器的動態(tài)電路問題的解題思路【知識點三】遠距離輸電遠距離輸電問題的“三二二”1．理清三個回路2．抓住兩個聯系(1)理想的升壓變壓器聯系著回路1和回路2，由變壓器原理可得：線圈1(匝數為n1)和線圈2(匝數為n2)中各個量間的關系是eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)，P1＝P2.(2)理想的降壓變壓器聯系著回路2和回路3，由變壓器原理可得：線圈3(匝數為n3)和線圈4(匝數為n4)中各個量間的關系是eq\f(U3,U4)＝eq\f(n3,n4)，eq\f(I3,I4)＝eq\f(n4,n3)，P3＝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，ΔU＝U2－U3＝I線R線．(2)功率損耗：輸電線上的電阻發(fā)熱的功率損耗，ΔP＝P2－P3＝Ieq\o\al(2,線)R線．輸電線上能量損耗是熱損耗，計算功率損耗時用公式ΔP＝Ieq\o\al(2,線)R線或ΔP＝eq\f(ΔU2,R線).【例3】（多選）（2022·廣東·高三開學考試）如圖是遠距離輸電的電路示意圖，升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器，升壓變壓器原副線圈匝數比為SKIPIF1<0，降壓變壓器原副線圈匝數比為SKIPIF1<0，發(fā)電廠輸出電壓為SKIPIF1<0，輸出電功率為P，升壓變壓器和降壓變壓器之間輸電線總電阻為R，下列說法正確的是（）A．若用戶獲得的電壓也為SKIPIF1<0，則SKIPIF1<0 B．用戶端并聯使用的用電器增多時，輸電線上損失的功率增大C．輸電線上損失的電壓SKIPIF1<0 D．降壓變壓器輸出的電功率SKIPIF1<0【素養(yǎng)升華】本題考察的學科素養(yǎng)主要是科學思維?！咀兪接柧?】（2022·安徽·滁州市第四中學高三開學考試）2020年屬于不平凡的一年，原本屬于全國人民的新春佳節(jié)卻被一場突如其來的疫情打破了，如今新冠病毒在全國白衣天使和所有工作人員的共同努力下得到了有效的遏制，根據中共中央應對新冠肺炎疫情工作領導小組印發(fā)《意見》在有效防控疫情的同時積極有序推進復工復產。為了防止復工復產期間停電事故的發(fā)生，某工廠購買了一臺應急備用發(fā)電機及升壓變壓器及降壓變壓器各一臺。如圖，發(fā)電機內阻為1SKIPIF1<0，升壓變壓器匝數比為1：10，降壓變壓器匝數比9：1，輸電線總電阻R=5SKIPIF1<0。工廠共36個車間，每個車