通用版2021版高考物理大一轮复习第11章交变电流传感器第2节变压器电能的输送教学案24375.pdf
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1、高考物理总复习精品 1 第 2 节 变压器 电能的输送 一、理想变压器 1构造 如图所示,变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。(1)原线圈:与交流电源连接的线圈,也叫初级线圈。(2)副线圈:与负载连接的线圈,也叫次级线圈。2原理 电流磁效应、电磁感应。3理想变压器原、副线圈基本量的关系 理想变压器(1)没有能量损失(绕线无电阻、铁芯无涡流)(2)没有磁通量损失(磁通量全部集中在铁芯中)基本关系 功率 关系 根据能量守恒可得:原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率,即P入P出 电压 关系 原、副线圈的电压之比等于其匝数之比,公式:U1U2n1n2,与负载、副线圈的个数无关 电流 关系(
2、1)只有一个副线圈时:I1I2n2n1(2)有多个副线圈时:由P入P出得I1U1I2U2I3U3InUn或I1n1I2n2I3n3Innn 频率 关系 f1f2(变压器不改变交变电流的频率)4.几种常用的变压器(1)自耦变压器调压变压器,如图甲(降压作用)、乙(升压作用)所示。高考物理总复习精品 2 甲 乙 丙 丁(2)互感器电压互感器n1n2:把高电压变成低电压,如图丙所示。电流互感器n1n2:把大电流变成小电流,如图丁所示。二、电能的输送 如图所示,若发电站输出电功率为P,输电电压为U,用户得到的电功率为P,用户的电压为U,输电线总电阻为R。1输出电流 IPUPUUUR。2电压损失(1)U
3、UU。(2)UIR。3功率损失(1)PPP。(2)PI2RPU2R。4减少输电线上电能损失的方法(1)减小输电线的电阻R。由RlS知,可加大导线的横截面积、采用电阻率小的材料做导线。(2)减小输电线中的电流。在输电功率一定的情况下,根据PUI,要减小电流,必须提高输电电压。高考物理总复习精品 3 1思考辨析(正确的画“”,错误的画“”)(1)变压器能改变交变电流的电压,不能改变交变电流的频率。()(2)正常工作的变压器当副线圈与用电器断开时,副线圈两端无电压。()(3)变压器副线圈并联更多的用电器时,原线圈输入的电流随之减小。()(4)增大输电导线的横截面积不利于减少输电过程中的电能损失。()
4、(5)高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗。()(6)在输送电压一定时,输送的电功率越大,输电过程中的电能损失越大。()2(沪科版选修 32P75T3)如图所示为一理想变压器,其原、副线圈匝数之比n1n241,原线圈两端连接光滑导轨,副线圈与电阻R组成闭合电路。当直导线MN在匀强磁场中沿导轨向左匀速切割磁感线时,电流表的示数是 10 mA,那么电流表的示数是()A40 mA B0 C10 mA D2.5 mA B 由于直导线MN匀速运动,则MN切割磁场产生的电流恒定,线圈中产生的磁通量也是恒定的,所以不会引起副线圈的磁通量变化,所以副线圈中不会有感应电流产生,即电流表 A2的示数为
5、0,选项 B 正确。3(粤教版选修 32P59T4改编)如图所示,P是电压互感器,Q是电流互感器,如果两个互感器的变压比和变流比都是 50,电压表的示数为 220 V,电流表的示数为 3 A,则输电线路中的电压和电流分别是()A11 000 V,150 A B1 100 V,15 A C4.4 V,16.7 A D4.4 V,0.06 A A 由两个互感器的变压比和变流比可知输电线路中的电压为U22050 V11 000 V,电流为I350 A150 A,故 A 正确。4(人教版选修 32P50T3改编)从发电站输出的功率为 220 kW,输电线的总电阻为 0.05,用 110 V 和 11
6、kV 两种电压输电。两种情况下输电线上由电阻造成的电压损失之比为()高考物理总复习精品 4 A1001 B1100 C110 D101 A 由PUI得输电线的电流IPU,则输电线上由电阻造成的电压损失 UIRPUR,所以两种情况下:U1U2U2U11001,A 正确。5(人教版选修 32P44T5改编)如图所示的电路中,变压器为理想变压器,a、b接在电压有效值不变的交流电源两端,R0为定值电阻,R为滑动变阻器。现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置,观察到电流表 A1的示数增大了 0.2 A,电流表 A2的示数增大了 0.8 A,则下列说法正确的是()A电压表 V1示数增大 B电压表 V2、
7、V3示数均增大 C该变压器起升压作用 D变阻器滑片是沿cd的方向滑动 答案 D 理想变压器基本规律的应用 依题组训练 1(2019江苏高考)某理想变压器原、副线圈的匝数之比为 110,当输入电压增加20 V 时,输出电压()A降低 2 V B增加 2 V C降低 200 V D增加 200 V D 理想变压器的电压与匝数关系为U1U2n1n2U1U1U2U2,整理可得U1U2n1n2,即原、副线圈匝数比等于电压变化量之比,当 U120 V 时,U2200 V,选项 D 正确。2(多选)(2016全国卷)如图所示,理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡 a 和 b。当输入电压U为灯泡额定
8、电压的 10 倍时,两灯泡均能正常发光下列说法正确的是()A原、副线圈匝数比为 91 高考物理总复习精品 5 B原、副线圈匝数比为 19 C此时 a 和 b 的电功率之比为 91 D此时 a 和 b 的电功率之比为 19 AD 设灯泡的额定电压为U0,输入电压为灯泡额定电压的 10 倍时灯泡正常发光,则变压器原线圈的电压为 9U0,变压器原、副线圈的匝数比为 91,选项 A 正确,选项 B 错误;由 9U0IaU0Ib得,流过 b 灯泡的电流是流过 a 灯泡电流的 9 倍,根据PUI,a、b 灯泡的电功率之比为 19,选项 C 错误,选项 D 正确。3(2017北京高考)如图所示,理想变压器的
9、原线圈接在u220 2sin 100t(V)的交流电源上,副线圈接有R55 的负载电阻,原、副线圈匝数之比为 21,电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是()A原线圈的输入功率为 220 2 W B电流表的读数为 1 A C电压表的读数为 110 2 V D副线圈输出交流电的周期为 50 s B 理想变压器原线圈两端电压的有效值为U1220 V,由U1U2n1n2得U2n2U1n1110 V,即电压表的读数为 110 V,通过负载电阻的电流I2U2R11055 A2 A,则副线圈的输出功率PU2I21102 W220 W,原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率,为 220 W,故选项 A、
10、C 错误;由n1I1n2I2得I1n2I2n11 A,即电流表的读数为 1 A,选项 B 正确;由u220 2sin 100t(V)可知,角速度100 rad/s,原线圈所接交流电的周期T20.02 s,副线圈输出交流电的周期不变,仍为 0.02 s,选项 D 错误。4如图所示的电路中,理想变压器原、副线圈的匝数比n1n2225,电阻R1R225,D为理想二极管,原线圈接u220 2sin(100t)V 的交流电,则()A交流电的频率为 100 Hz B通过R2的电流为 1 A 高考物理总复习精品 6 C通过R2的电流为 2 A D变压器的输入功率为 200 W C 由原线圈交流电瞬时值表达式
11、可知,交变电流的频率f1T250 Hz,A 项错误;由理想变压器变压规律U1U2n1n2可知,输出电压U250 V,由理想二极管单向导电性可知,交变电流每个周期只有一半时间有电流通过R2,由交变电流的热效应可知,U22RT2U2RT,解得U22U225 2 V,由欧姆定律可知,通过R2的电流为 2 A,B 项错误,C 项正确;电阻R2的功率P2UI50 W,而电阻R1的电功率P1U22R1100 W,由理想变压器输入功率等于输出功率可知,变压器的输入功率为PP1P2150 W,D 项错误。关于理想变压器的四点说明(1)变压器不能改变直流电压。(2)变压器只能改变交变电流的电压和电流,不能改变交
12、变电流的频率。(3)理想变压器本身不消耗能量。(4)理想变压器基本关系中的U1、U2、I1、I2均为有效值。理想变压器的动态分析问题 讲典例示法 1理想变压器的制约关系 制约关系 电压 副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定 功率 原线圈的输入功率P入由副线圈的输出功率P出决定 电流 原线圈电流I1由副线圈电流I2和匝数比决定 2两种情况 匝数比不变的情况 负载电阻不变的情况 (1)U1不变,根据U1U2n1n2,输入电压U1决定输出电压U2,可以得出不论负载电阻R如何变化,U2不变(1)U1不变,n1n2发生变化,U2变化(2)R不变,U2变化,I2发生变化 高考物理总复习精品 7(2)
13、当负载电阻发生变化时,I2变化,根据输出电流I2决定输入电流I1,可以判断I1的变化(3)I2变化引起P2变化,根据P1P2,可以判断P1的变化(3)根据P2U22R和P1P2,可以判断P2变化时,P1发生变化,U1不变时,I1发生变化 典例示法(多选)一自耦变压器如图所示,其a、b端接到一电压有效值不变的交变电源两端,在c、d间接有一定值电阻R1和滑动变阻器R0。电压表均可视为理想交流电压表,输电导线的电阻均可忽略不计。则下列说法正确的是()A保持滑动触头位置不变,将滑动变阻器滑片P下滑时,三个电压表的示数均减小 B保持滑动触头位置不变,将滑动变阻器滑片P下滑时,V1、V2的示数不变,而 V
14、3的示数减小 C保持滑动变阻器滑片P不动时,将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中,三个电压表的示数均减小 D保持滑动变阻器滑片P不动时,将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中,V1示数不变,而 V2、V3示数均减小 思路点拨:本题中变压器为自耦变压器,分析时要注意区分原线圈和副线圈,分清不变量和变量,弄清理想变压器中电压、电流、功率之间的联系和相互制约关系,利用闭合电路欧姆定律、串并联电路特点进行分析判定。解析 滑动触头位置保持不变时,变压器原、副线圈的匝数比不变,因电源的电压不变,所以 V1、V2的示数不变,R1与R0串联分得的总电压不变;当滑动变阻器滑片P下滑时,R0接入电路的阻值变
15、小,分得的电压减小,所以 V3的示数减小,选项 A 错误,选项 B 正确;保持滑动变阻器滑片P不动时,将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中,副线圈的匝数变小,由U1U2n1n2可知,V2、V3的示数均减小,V1的示数不变,选项 C 错误,选项 D正确。答案 BD 含有变压器的动态电路问题的解题思路 高考物理总复习精品 8 跟进训练 匝数比不变,负载变化的情况 1有一理想变压器,副线圈所接电路如图所示,灯 L1、L2为规格相同的两只小灯泡。当 S 断开时,灯 L1正常发光。S 闭合后,下列说法正确的是()A电阻R消耗的电功率增大 B灯 L1、L2都能正常发光 C原线圈的输入功率减小 D原、副
16、线圈的电流比减小 A 当 S 闭合后,由变压器电压与匝数比关系:U1U2n1n2,可知副线圈电压U2不变,而电路的电阻减小,所以副线圈的电流增大,由PI2R知R消耗的功率增大,故 A 正确;副线圈的电流增大,所以电阻R的电压增大,而副线圈电压U2不变,所以灯泡两端的电压减小,灯 L1、L2都不能正常发光,故 B 错误;由于副线圈中负载电阻减小,消耗的功率为PU22R总,故消耗的功率增大,又因为输入功率等于输出功率,故原线圈的输入功率增大,所以 C 错误;变压器原、副线圈的匝数不变,由电流与匝数关系n1n2I2I1,知原、副线圈中电流之比不变,故 D 错误。2(多选)(2019临沂市一模)如图甲
17、所示的电路中,理想变压器原、副线圈匝数比为201,图中电表均为理想电表,R为光敏电阻(其阻值随光强增大而减小),L1和 L2是两个完全相同的灯泡。原线圈接入如图乙所示的正弦交流电压u,下列说法正确的是()高考物理总复习精品 9 甲 乙 A交流电压的频率为 50 Hz B电压表的示数为 11 V C当照射R的光强增大时,电流表的示数变大 D若 L1的灯丝烧断后,电压表的示数会变小 ABC 由题图乙可知交流电压周期T0.02 s,所以频率为f1T50 Hz,故 A 正确;原线圈接入电压的最大值是 220 2 V,所以原线圈接入电压的有效值是U220 V,理想变压器原、副线圈匝数比为 201,所以副
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