新高考物理一輪復(fù)習重難點練習專題28 變壓器　遠距離輸電（原卷版）

專題28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．考點一理想變壓器的原理及應(yīng)用1．構(gòu)造和原理(1)構(gòu)造：如圖所示，變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個線圈組成的．(2)原理：電磁感應(yīng)的互感現(xiàn)象．2．基本關(guān)系式(1)功率關(guān)系：P入＝P出．(2)電壓關(guān)系：eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2).(3)電流關(guān)系：只有一個副線圈時eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1).(4)頻率關(guān)系：f出＝f入．1．理想變壓器的制約關(guān)系電壓原線圈電壓U1和匝數(shù)比決定副線圈電壓U2，U2＝eq\f(n2,n1)U1功率副線圈的輸出功率P出決定原線圈的輸入功率P入，P入＝P出電流副線圈電流I2和匝數(shù)比決定原線圈電流I1，I1＝eq\f(n2,n1)I22．含有多個副線圈的變壓器計算具有兩個或兩個以上副線圈的變壓器問題時，需注意三個關(guān)系：電壓關(guān)系：eq\f(U1,n1)＝eq\f(U2,n2)＝eq\f(U3,n3)＝…＝eq\f(Un,nn)功率關(guān)系：P1＝P2＋P3＋P4＋…＋Pn電流關(guān)系：n1I1＝n2I2＋n3I3＋n4I4＋…＋nnIn【典例1】（2022·安徽淮北·二模）如圖（a）所示，線圈的匝數(shù)比為3:1，Rr為阻值隨溫度升高而減小的熱敏電阻，R1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（）A．變壓器輸入輸出功率之比為3:1B．變壓器副線圈輸出的交變電壓的頻率為150HzC．若熱敏電阻Rr的溫度升高，R1消耗的功率變大D．若熱敏電阻Rr的溫度升高，電壓表和電流表示數(shù)均變大【典例2】（2022·全國·高三課時練習）如圖甲所示，一理想變壓器給一個小燈泡供電。當原線圈輸入如圖乙所示的交變電壓時，額定功率為10W的小燈泡恰好正常發(fā)光，已知燈泡的電阻為40Ω，圖中電壓表為理想電表，下列說法正確的是（）A．副線圈上交變電流的頻率為100HzB．電壓表的示數(shù)為220VC．變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為11∶1D．變壓器的輸入功率為110W【典例3】（2022·廣西柳州·模擬預(yù)測）如圖，一理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)之比SKIPIF1<0，原線圈接電壓SKIPIF1<0的交流電源，電表均為理想電表。閉合開關(guān)后，將滑動變阻器的滑片P從最上端往下滑的過程中（）A．副線圈交變電流的頻率是25Hz B．電壓表的示數(shù)為4VC．滑動變阻器兩端的電壓一直變大 D．電流表的示數(shù)一直變小考點二理想變壓器的動態(tài)分析1．匝數(shù)比不變的分析思路(1)U1不變，根據(jù)eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，輸入電壓U1決定輸出電壓U2，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，輸出電流I2決定輸入電流I1，故I1發(fā)生變化．(3)I2變化引起P2變化，P1＝P2，故P1發(fā)生變化．2．負載電阻不變的分析思路(1)U1不變，eq\f(n1,n2)發(fā)生變化時，U2變化．(2)R不變，U2變化時，I2發(fā)生變化．(3)根據(jù)P2＝eq\f(U22,R)，P2發(fā)生變化，再根據(jù)P1＝P2，故P1變化，P1＝U1I1，U1不變，故I1發(fā)生變化．【典例4】（2022·河北·模擬預(yù)測）如圖所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為SKIPIF1<0，正弦交流電源電壓為SKIPIF1<0，電阻SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，滑動變阻器SKIPIF1<0最大阻值為SKIPIF1<0，滑片P處于正中間位置，則下列說法中正確的是（）A．通過SKIPIF1<0的電流為SKIPIF1<0B．電壓表讀數(shù)為SKIPIF1<0C．若向上移動P，電壓表讀數(shù)將變大D．若向上移動P，變壓器副線圈輸出功率將變大【典例5】（2022·吉林吉林·模擬預(yù)測）如圖所示，矩形線圈abcd在勻強磁場中繞垂直磁場方向的OO′軸勻速轉(zhuǎn)動。線圈abcd的匝數(shù)為N，電阻不計，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比為1∶2，定值電阻R1與R2的阻值均為R，所用電表均為理想交流電表。當線圈abcd轉(zhuǎn)動的角速度大小為ω時，電壓表的示數(shù)為U，則（）A．此時電流表的示數(shù)為SKIPIF1<0B．從圖示位置（線圈abcd與磁場方向平行）開始計時，線圈abcd中產(chǎn)生的電動勢的瞬時表達式為SKIPIF1<0C．在線圈abcd轉(zhuǎn)動的過程中，穿過線圈的磁通量的最大值為SKIPIF1<0D．當線圈abcd轉(zhuǎn)動的角速度大小為SKIPIF1<0時，電壓表的示數(shù)為4U考點三遠距離輸電如圖所示，若發(fā)電站輸出電功率為P，輸電電壓為U，用戶得到的電功率為P′，用戶的電壓為U′，輸電電流為I，輸電線總電阻為R.1．輸電電流I＝eq\f(P,U)＝eq\f(U－U′,R).2．電壓損失(1)ΔU＝U－U′；(2)ΔU＝IR.3．功率損失(1)ΔP＝P－P′＝ΔU·I；(2)ΔP＝I2R＝(eq\f(P,U))2R4．降低輸電損耗的兩個途徑(1)減小輸電線的電阻R.由R＝ρeq\f(l,S)知，可加大導(dǎo)線的橫截面積、采用電阻率小的材料做導(dǎo)線．(2)減小輸電導(dǎo)線中的電流．在輸電功率一定的情況下，根據(jù)P＝UI，要減小電流，必須提高輸電電壓．1．理清輸電電路圖的三個回路(如圖)(1)在電源回路中，P發(fā)電機＝U1I1＝P1.(2)在輸送回路中，I2＝I線＝I3，U2＝ΔU＋U3，ΔU＝I2R線，ΔP＝I22R線．(3)在用戶回路中，P4＝U4I4＝P用戶．2．抓住兩組關(guān)聯(lián)式(1)理想的升壓變壓器聯(lián)系著電源回路和輸送回路，由理想變壓器原理可得：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(lián)系著輸送回路和用戶回路，由理想變壓器原理可得：eq\f(U3,U4)＝eq\f(n3,n4)，eq\f(I3,I4)＝eq\f(n4,n3)，P3＝P4.3．掌握一個守恒觀念功率關(guān)系：P2＝ΔP＋P3，其中ΔP＝ΔU·I線＝I線2R線＝eq\f(ΔU2,R線).【典例6】（2022·湖南·桑植縣第一中學(xué)模擬預(yù)測）某風力發(fā)電廠穩(wěn)定輸出電壓SKIPIF1<0，輸出功率SKIPIF1<0，通過遠距離輸電給電壓為220V的用電器供電，如圖所示，已知輸電線的電阻為5SKIPIF1<0，用戶額定功率為56kW，為使用戶正常工作，則下列說法正確的是（）A．輸電線路上交流電的頻率為50HzB．輸電線路上的電流為80AC．降壓變壓器的匝數(shù)比為5：1D．升壓變壓器的原線圈和降壓變壓器的副線圈電流相等【典例7】（2022·北京東城·三模）遠距離輸電線路簡化如圖所示，電廠輸送電功率不變，變壓器均可視為理想變壓器，圖中標示了電壓和電流，其中輸電線總電阻為R，則（）A．SKIPIF1<0B．輸電線損失的電功率為SKIPIF1<0C．提高輸送電壓SKIPIF1<0，則輸電線電流SKIPIF1<0增大D．電廠輸送電功率為SKIPIF1<0【典例8】（2022·寧夏·石嘴山市第三中學(xué)模擬預(yù)測）北京奧運場館的建設(shè)體現(xiàn)了“綠色奧運”的理念。國家體育館“鳥巢”隱藏著一座年發(fā)電量比較大的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，假設(shè)該發(fā)電系統(tǒng)的輸出電壓恒為SKIPIF1<0，通過理想變壓器向遠處輸電，如圖，輸電線的總電阻為SKIPIF1<0，升壓變壓器SKIPIF1<0原、副線圈匝數(shù)比為SKIPIF1<0，下列說法正確的是（）A．若用戶消耗功率減少，則升壓變壓器SKIPIF1<0輸出電壓SKIPIF1<0減小B．若用戶消耗功率增加，則用戶電路兩端電壓SKIPIF1<0增大C．若該發(fā)電系統(tǒng)輸送功率為SKIPIF1<0，則輸電線損失的功率為SKIPIF1<0D．若該發(fā)電系統(tǒng)輸送功率為SKIPIF1<0，用戶獲得SKIPIF1<0電壓，則降壓變壓器SKIPIF1<0原、副線圈的匝數(shù)比為SKIPIF1<0一、單選題1．（2022·江蘇·高三專題練習）如圖所示，R為用于熱處理的電阻爐，正常工作電壓為交流220V，通電后R在升溫過程中電阻值增大很多，利用自耦變壓器可使R升溫過程中的熱功率與正常工作時基本相同，通電后剛開始的一段時間內(nèi)，應(yīng)將變壓器的滑片P（）A．從a緩慢調(diào)至b B．從b緩慢調(diào)至aC．從b緩慢調(diào)至c D．從c緩慢調(diào)至b2．（2021·重慶南開中學(xué)高三階段練習）某同學(xué)在實驗室中搭建了如圖所示的模擬遠距離輸電電路，電源為恒壓電源；T1為升壓變壓器，T2為降壓變壓器。開始時電鍵K1、K2斷開，先閉合電鍵K1，則（）A．電源是直流電源B．閉合K2后輸電線上發(fā)熱功率增加C．閉合K2后升壓變壓器輸出端電壓增大D．降壓變壓器輸出功率由電源決定3．（2021·全國·高三專題練習）特高壓電網(wǎng)是指1000kV及以上交流電網(wǎng)或SKIPIF1<0800kV及以上直流電網(wǎng)。我國特高壓輸電技術(shù)實現(xiàn)了從“跟跑”到“領(lǐng)跑”的跨越。2011年12月16日，世界首條商業(yè)運營的特高壓交流輸電工程（1000kV晉東南——南陽——荊門特高壓交流試驗示范工程）在中國正式投產(chǎn)，到現(xiàn)在已經(jīng)安全運行近十年。下列說法中正確的是（）A．大小不隨時間變化的電流稱為直流B．所有交流電的峰值都是其對應(yīng)有效值的SKIPIF1<0倍C．理想變壓器輸出的功率大于輸入功率D．遠距離輸電采用特高壓的主要目的是降低輸電線路中的損耗4．（2022·全國·高三專題練習）氮化鎵手機充電器具有體積小、功率大、發(fā)熱量少的特點，圖甲是這種充電器的核心電路。交流電經(jīng)前端電路和氮化鎵開關(guān)管后，在ab端獲得如圖乙所示的高頻脈沖直流電，經(jīng)理想變壓器降壓后在cd端給手機充電，則正常工作時，變壓器cd輸出端（）A．輸出的電壓也是直流電壓B．輸出電流的頻率為SKIPIF1<0C．輸出電流的有效值大于SKIPIF1<0端輸入電流的有效值D．需將輸入電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姡敵龆瞬艜须妷狠敵?．（2022·江蘇·南京外國語學(xué)校模擬預(yù)測）圖為理想的可調(diào)式自耦變壓器與負載連接電路，原線圈輸入交流電的電壓u確定，閉合電鍵S，電動機M開始工作，此后觀察到燈泡L亮度變暗，則以下說法錯誤的是（）A．S閉合后電流表讀數(shù)變大 B．S閉合后原線圈輸入功率變大C．S閉合副線圈輸出電壓沒有變化 D．要讓L燈達到原來亮度，P滑動頭應(yīng)向上移動6．（2022·廣東·模擬預(yù)測）如圖所示，通過可調(diào)自耦變壓器給阻值為R、額定功率為P的電熱器供電，在原線圈兩端加上正弦交流電壓，此時變壓器原副線圈匝數(shù)比為10：1，閉合電鍵S后，發(fā)現(xiàn)定值電阻的功率只有0.64P，要使定值電阻能正常工作，應(yīng)（）A．將滑片P向上移。使原副線圈匝數(shù)比變?yōu)?2：1B．將滑片P向上移，使原副線圈匝數(shù)比變?yōu)?5：2C．將滑片P向下移，使原副線圈匝數(shù)比變?yōu)?：1D．將滑片P向下移，使原副線圈匝數(shù)比變?yōu)?2：57．（2022·河北·滄縣中學(xué)高三階段練習）如圖甲所示，自耦變壓器的副線圈匝數(shù)可通過滑動觸頭調(diào)節(jié)，R為標稱為“22V，44W”的用電器，原線圈所接電源的電壓如圖乙所示，已知與副線圈相連的輸電線的總電阻為r=2Ω，原、副線圈及與原線圈相連的導(dǎo)線電阻不計，接通電路后，用電器正常工作，則下列說法正確的是（）A．變壓器的輸出功率為44WB．流過原線圈的電流為10AC．滑動觸頭到最下端的距離為線圈總長的SKIPIF1<0D．通過用電器的電流1s改變方向50次8．（2022·寧夏六盤山高級中學(xué)模擬預(yù)測）北京奧運場館的建設(shè)體現(xiàn)了“綠色奧運”的理念。國家體育館“鳥巢”隱藏著一座年發(fā)電量比較大的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，假設(shè)該發(fā)電系統(tǒng)的輸出電壓恒為250V，通過理想變壓器向遠處輸電，如圖，所用輸電線的總電阻為8Ω，升壓變壓器T1原、副線圈匝數(shù)比為1∶16，下列說法正確的是（）A．若該發(fā)電系統(tǒng)輸送功率為1×105W，則輸電線損失的功率為5×103WB．若該發(fā)電系統(tǒng)輸送功率為1×105W，用戶獲得220V電壓，則降壓變壓器T2原、副線圈的匝數(shù)比為200:11C．若用戶消耗功率減少，則升壓變壓器T1輸出電壓U2減小D．若用戶消耗功率增加，則用戶電路兩端電壓U4增大9．（2022·江蘇·模擬預(yù)測）如圖甲，白鶴灘水電站是世界第二大水電站，共安裝16臺我國自主研制的全球單機容量最大功率百萬千瓦水輪發(fā)電機組。2021年6月28日，白鶴灘水電站首批機組投產(chǎn)發(fā)電，用500千伏特高壓向四川遠距離輸電。在遠距離輸電中，輸電線的電阻是不可忽略的，如圖乙，為白鶴灘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后向四川供電，輸送的總功率為P。用戶端理想變壓器原副線圈匝數(shù)分別為n1、n2，R1為輸電線總電阻，R2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）。當可變電阻R減小時，電壓表和電流表示數(shù)變化的絕對值分別為△U、△I，電壓表和電流表均為理想電表，下列說法正確的是（）A．SKIPIF1<0B．SKIPIF1<0C．對于原線圈回路，虛線框所圈部分的等效電阻為SKIPIF1<0D．輸電線路上損耗的功率為SKIPIF1<010．（2022·山東·高三專題練習）近十年來，我國環(huán)形變壓器從無到有，已形成相當大的生產(chǎn)規(guī)模，廣泛應(yīng)用于計算機、醫(yī)療設(shè)備、家電設(shè)備和燈光照明等方面，如圖甲所示。環(huán)形變壓器與傳統(tǒng)方形變壓器相比，漏磁和能量損耗都很小，可視為理想變壓器。原線圈匝數(shù)SKIPIF1<0匝，副線圈接一個“SKIPIF1<0SKIPIF1<0”的照明電燈，示意圖如圖乙所示，圖中電壓表與電流表均為理想交流電表。原線圈接交流電源，原線圈兩端的電壓隨時間變化的關(guān)系圖像如圖丙所示，最大值SKIPIF1<0，最大值始終保持不變，照明電燈恰好正常發(fā)光。則（）A．原線圈兩端電壓的有效值和SKIPIF1<0的電壓瞬時值相等B．若電壓表為非理想電表，電壓表的讀數(shù)會變小C．照明電燈正常發(fā)光時，電流表的讀數(shù)為SKIPIF1<0D．在SKIPIF1<0時刻，電壓表的示數(shù)為零二、填空題11．（2021·全國·高三專題練習）如圖所示，理想變壓器的原。副線圈匝數(shù)之比為n1：n2=4：1，原線圈回路中的電阻A與副線圈回路中的負載電阻B的阻值相等。a、b端加一交流電壓后，兩電阻消耗的電功率之比PA：PB=__________；兩電阻兩端的電壓之比UA：UB=___________。12．（2021·福建福建·二模）變壓器線圈中的電流越大，所用的導(dǎo)線應(yīng)當越粗。如圖所示為一小區(qū)的降壓變壓器，假設(shè)它只有一個原線圈和一個副線圈，則_______（填“原線圈”或“副線圈”）應(yīng)該使用較粗的導(dǎo)線。當副線圈的負載電阻減小時，副線圈中的電流________（填“增大”、“減小”或“不變”）。13．（2019·浙江·高三專題練習）理想變壓器有兩組副線圈，原線圈匝數(shù)SKIPIF1<0匝，接到220V的交流電源上，現(xiàn)要使副線圈SKIPIF1<0輸出電壓SKIPIF1<0，則SKIPIF1<0__________匝，要使SKIPIF1<0輸出電壓SKIPIF1<0，則應(yīng)使SKIPIF1<0________匝，當副線圈SKIPIF1<0、SKIPIF1<0接上負載后的電流強度分別為SKIPIF1<0、SKIPIF1<0，則原線圈中的電流強度為SKIPIF1<0_______A．14．（2022·福建福州·模擬預(yù)測）廈門中學(xué)生助手報道，2022年年初福建北電南送特高壓交流輸變電工程（福州~廈門）核準批復(fù)，落實“碳達峰、碳中和”行動方案。如圖所示為電能輸送示意圖，理想升壓變壓器SKIPIF1<0的原、副線圈匝數(shù)比為SKIPIF1<0，降壓變壓器SKIPIF1<0的原、副線圈匝數(shù)比為SKIPIF1<0，則SKIPIF1<0_______SKIPIF1<0（選填“大于”、“小于”或“等于”）；若輸電線的總電阻為R0，用戶電阻為R，其他導(dǎo)線電阻不計，用戶獲得的功率為P，則輸電線路中消耗的熱功率為_______。三、解答題15．（2022·全國·高三課時練習）交流發(fā)電機的發(fā)電原理是矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸OO′勻速轉(zhuǎn)動．一小型發(fā)電機的線圈共220匝，線圈面積S＝0.05m2，線圈轉(zhuǎn)動的頻率為50Hz，線圈內(nèi)阻不計，磁場的磁感應(yīng)強度B＝SKIPIF1<0T。用此發(fā)電機所發(fā)出的交流電帶動兩個標有“220V、11kW”的電動機正常工作，需在發(fā)電機的輸出端a、b與電動機之間接一個理想變壓器，電路如圖所示，求：（1）發(fā)電機輸出電壓的有效值；（2）變壓器原、副線圈的匝數(shù)比；（3）交流電流表的示數(shù)．16．（2022·廣東·高三專題練習）隨著5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)熱潮的開啟，中國5G基站的數(shù)量快速增長，實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋的城市也越來越多。目前困擾5G發(fā)展的大難題之一是供電，5G基站單系統(tǒng)功耗為4kW（基站用電器功率），信號覆蓋半徑約為100m，而在4G時代，基站單系統(tǒng)功耗僅為1kW，信號覆蓋半徑約為2km。如圖所示，某5G基站距離100kV主供電線路一定距離，線路電阻為40Ω，線路損耗功率占總功率的20%（變壓器均視作理想變壓器）。（1）求輸電回路的電流；（2）高壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比；（3）深圳5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)領(lǐng)跑全國，2020年底已實現(xiàn)全市5G網(wǎng)絡(luò)信號全覆蓋。已知深圳市面積約為2000平方公里，試計