2020高考物理一轮复习第十章交变电流传感器第2讲变压器电能的输送教案.pdf

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1、【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】1/14 2020高考物理一轮复习第十章交变电流传感器第2讲变压器电能的输送教案编 辑：_时 间：_教学资料范本【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】2/14 知识点一理想变压器1.构造和原理(1)构造：如图所示，变压器是由和绕在铁芯上的组成的.(2)原理：电磁感应的互感现象.2.基本关系式(1)功率关系：.(2)电压关系：.有多个副线圈时.(3)电流关系：只有一个副线圈时.由 P入P出及 PUI 推出有多个副线圈时，U1I1.3.几种常用的变压器(1)自耦变压器调压变压器.(2)互感器电压互感器：把高电压变成.电流互感器：把大电流变成.答

2、案：1.(1)闭合铁芯两个线圈2.(1)P 入P出(2)(3)U2I2 U3I3 UnIn 3.(2)低电压小电流知识点二远距离输电1.输电过程(如图所示)2.电压损失(1)U UU；(2)U.【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】3/14 3.功率损失(1)PPP；(2)P.答案：2.(2)IR 3.(2)I2R(1)理想变压器的基本关系式中，电压和电流均为有效值.()(2)变压器不但能改变交变电流的电压，还能改变交变电流的频率.()(3)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.()(4)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.()(5)增大输电导

3、线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失.()(6)高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗.()(7)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.()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)等效负载电阻等效电阻：，对于一原一副结构的变压器，又有，从输入端看，等效电阻 R()2()2R2，R2是副线圈负载电阻.考点理想变压器基本关系的应用1.基本关系(1)P 入P出(有多个副线圈时，PP2P3).(2)，有多个副线圈时，仍然成立.【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】4/14(3)，电流与匝数成反比(只适合一个副线圈)，n1I1 n2I2 n3I3(多

4、个副线圈).2.制约关系(1)电压：副线圈电压U2由原线圈电压 U1和匝数比决定.(2)功率：原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率P2决定.(3)电流：原线圈电流I1 由副线圈电流 I2 和匝数比决定.典例 1(20 xx 新课标全国卷)(多选)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91B.原、副线圈匝数比为19C.此时 a 和 b 的电功率之比为 91D.此时 a 和 b 的电功率之比为 19 解题指导 两灯均正常发光，Ua UbU 灯，UUa U110U灯

5、，则 U19U灯.解析 因为两灯泡额定电压相同且均正常发光，且输入电压为灯泡额定电压的10 倍，所以理想变压器的输入、输出电压比为91，由理想变压器变压规律可知，原、副线圈的匝数比为91，A项正确，B 项错误；由理想变压器变流规律可知，原、副线圈的电流比为 19，由电功率 PUI 可知，a 和 b 的电功率之比为19，C项错误，D项正确.答案 AD 变式 1 一理想变压器的原、副线圈的匝数比为31，在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻，原线圈一侧接在电压为【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】5/14 220 V 的正弦交流电源上，如图所示，设副线圈回路中电阻两端的电压为 U，原

6、、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k，则()k，66 VA.U19k，22 VB.Uk，66 VC.U13k，22 VD.U答案：A 解析：设原、副线圈中的电流分别为I1、I2，则，故 k.设原线圈两端的电压为U1，则，故U13U，而原线圈上电阻分担的电压为U，故3U220 V，解得 U66 V.选项 A正确.关于理想变压器的四点说明(1)变压器不能改变恒定的直流电压.(2)变压器只能改变交变电流的电压和电流，不能改变交变电流的频率.(3)理想变压器本身不消耗能量.(4)当原线圈中串联电阻(或灯泡)时，U1 为加在原线圈两端的电压，并不是电源的电压.考点变压器电路的动态分析1.匝数比不变的情

7、况(如图甲所示)(1)U1 不变，根据可以得出不论负载电阻R如何变化，U2不变.(2)当负载电阻发生变化时，I2 变化，根据可以判断I1 的变化情况.(3)I2变化引起 P2变化，根据 P1P2，可以判断 P1的变化情况.甲乙【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】6/14 2.负载电阻不变的情况(如图乙所示)(1)U1 不变，发生变化，U2变化.(2)R 不变，U2变化，I2 发生变化.(3)根据 P2和 P1P2，可以判断P2 变化时，P1 发生变化，U1不变时，I1 发生变化.考向 1 变压器匝数比不变时的动态分析 典例 2(20 xx 新课标全国卷)一含有理想变压器的电路如图所示

8、，图中电阻R1、R2和 R3的阻值分别为 3、1 和 4，A 为理想交流电流表，U 为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定.当开关 S 断开时，电流表的示数为I；当 S 闭合时，电流表的示数为4I.该变压器原、副线圈匝数比为()A.2 B.3C.4 D.5 解析 设理想变压器原、副线圈匝数比值为k，根据题述，当开关 S 断开时，电流表示数为I，则由闭合电路欧姆定律得，UIR1U1.由变压公式 k 及功率关系 U1IU2I2，可得 k，即副线圈输出电流为 I2 kI，U2I2(R2 R3)kI(R2 R3).当开关 S 闭合时，电流表示数为4I，则有U4IR1U1.由变压公式k 及功率关系U14

9、I U2I 2，可得k，即副线圈输出电流为I 24kI，U2I 2R2 4kIR2；联立解得 k3，选项 B正确.答案 B考向 2 变压器负载电阻不变时的动态分析 典例 3(20 xx 四川卷)如图所示，接在家庭电路上的理想降压变压器给小灯泡L 供电，如果将原、副线圈减少相同匝数，其他条件不变，则()【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】7/14 A.小灯泡变亮B.小灯泡变暗C.原、副线圈两端电压的比值不变D.通过原、副线圈电流的比值不变 解析 设原、副线圈减少的匝数均为n，则根据变压比有，得 U2U1，U2U1，因此 U2 小于 U2，即副线圈两端的电压变小，小灯泡变暗，A项错误，B

10、项正确；由于匝数比变化，因此原、副线圈两端电压的比值和通过原、副线圈电流的比值均发生变化，C、D项错误.答案 B分析变压器的动态变化问题的注意事项(1)要明确变压器的各基本物理量之间的制约关系.(2)要明确“不变量”和“变化量”，从主动变化量开始，根据制约关系从前到后或从后到前逐一分析各物理量的变化情况.考点远距离输电1.理清三个回路2.抓住两个联系(1)理想的升压变压器联系着回路1 和回路 2，由变压器原理可得：线圈 1(匝数为 n1)和线圈 2(匝数为 n2)中各个量间的关系是，P1P2.(2)理想的降压变压器联系着回路2 和回路 3，由变压器原理可得：线圈 3(匝数为 n3)和线圈 4(

11、匝数为 n4)中各个量间的关系是，P3P4.3.掌握一个守恒：能量守恒关系式P2P损P3.考向 1 远距离输电的定性分析【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】8/14 典例 4(多选)如图所示，有一台交流发电机E，通过理想升压变压器 T1 和理想降压变压器T2 向远处用户供电，输电线的总电阻为R.T1 的输入电压和输入功率分别为U1和 P1，它的输出电压和输出功率分别为 U2和 P2；T2 的输入电压和输入功率分别为U3和 P3，它的输出电压和输出功率分别为U4和 P4.设 T1 的输入电压 U1一定，当用户消耗的功率变大时，有()A.U2减小，U4变大B.U2不变，U3变小C.P1变

12、小，P2变小D.P2变大，P3变大 解析 由理想变压器输出功率决定输入功率可得，当用户功率增大时，升压变压器的输入功率必增大，即P1 增大，输入电压U1为定值不变，升压变压器的匝数不变，故输出电压U2不变，由于 P1 增大，由 P1U1I1P2U2I2 可得，I1 增加，P2、I2 增加，由闭合电路欧姆定律得 U3U2I2R，故 U3减小，降压变压器原、副线圈匝数不变，所以U4减小，故选项A 错误，选项B 正确；由于用户功率增加，即 P4 增加，理想变压器无功率损耗可得：P3P4，功率 P3 也增加，由以上分析可知P1、P2增大，故选项 C错误，选项 D正确.答案 BD考向 2 远距离输电的定

13、量计算 典例 5(20 xx 福建卷)如图所示为远距离输电示意图，两变压器均为理想变压器，升压变压器T 的原、副线圈匝数分别为n1、n2，在 T的原线圈两端接入一电压uUmsin t 的交流电源，若输送电功率为P，输电线的总电阻为2r，不考虑其他因素的影响，则输电线上损失的电功率为()U2 m4rn2n1B.A.C.422r D.422r【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】9/14 解析 T 的输入电压U1，则 PU1I1，I1，又因为，所以 I2 I1，则输电线上损失的电功率P损I 2r422r，C项正确.答案 C求解远距离输电问题必备技巧(1)正确画出输电过程示意图并在图上标出各

14、物理量.(2)抓住变压器变压前后各物理量间的关系，求出输电线上的电流.(3)计算电路功率问题时常用关系式：P损IR 线，注意输电线上的功率损失和电压损失.(4)电网送电遵循“用多少送多少”的原则，说明原线圈电流由副线圈电流决定.考点三种特殊的变压器模型考向 1 自耦变压器自耦变压器(又称调压器)，它只有一个线圈，其中的一部分作为另一个线圈，当交流电源接不同的端点时，它可以升压也可以降压，变压器的基本关系对自耦变压器均适用，如图所示.甲乙 典例 6 如图甲所示为一自耦变压器，变压器的原线圈AB端输入电压如图乙所示，副线圈电路中定值电阻R011，电容器 C 的击穿电压为 22 V，移动滑片 P使电

15、容器刚好不会被击穿，所有电表均为理想电表，下列说法正确的是()甲乙A.电压表的示数为 220 V【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】10/14 B.原、副线圈的匝数比为101C.电流表的示数等于通过电阻R0的电流D.原线圈 AB端输入电压的变化规律为u311sin t V 解析 由题图乙知电压的有效值即电压表的示数为220 V，A正确；电容器的耐压值为交流最大值，有效值为V11 V，所以原、副线圈的匝数比为 101，B错误；电容器通交流电，所以电流表的示数大于通过电阻R0 的电流，C 错误；由题图乙知交流电的周期为0.02 s，所以角速度为 100 rad/s，原线圈 AB端输入电压

16、的变化规律为u311sin 100 t V，D错误.答案 A考向 2 互感器电压互感器电流互感器原理图原线圈的连接并联在高压电路中串联在交流电路中副线圈的连接连接电压表连接电流表互感器的作用将高电压变为低电压将大电流变成小电流利用的公式U1U2n1n2I1n1I2n2 典例 7(多选)电流互感器和电压互感器如图所示.其中 n1、n2、n3、n4 分别为四组线圈的匝数，a、b 为两只交流电表，则()A.A 为电流互感器，且n1n2，a 是电压表C.B为电流互感器，且n3n4，b 是电压表【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】11/14 解析 由题图可知，A为电流互感器，B为电压互感器；a

17、 是电流表，b 是电压表.在 A 中有 I1n1I2n2，要求 I2n1；在B中有，要求 U4n4，所以本题 B、C错误，A、D正确.答案 AD考向 3 多副线圈变压器计算具有两个(或两个以上)副线圈的变压器问题时，应注意三个关系：(1)电压关系：(2)电流关系：n1I1n2I2n3I3(3)功率关系：P1P2P3 典例 8 如图所示，两种情况下变压器灯泡L2、L3 的功率均为P，且 L1、L2、L3 为相同的灯泡，匝数比为n1n231，则图甲中L1 的功率和图乙中 L1 的功率分别为()甲乙A.P、P B.9P、C.、9P D.、P 解析 由题意可知，两种情况下变压器输出功率均为2P，设灯泡

18、 L2、L3 的电压为 U，电流为 I，电阻为 R，两种情况下变压器输入电压为 3U，变压器输入电流为I；图甲中 L1 的功率为 P19P；图乙中 L1 的功率为 P22R，选项 B正确.答案 B对于副线圈有两个及以上的理想变压器，电压与匝数成正比是成立的，而电流与匝数成反比的规律不成立.但在任何情况下，电流关【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】12/14 系都可以根据原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率即P 入P 出进行求解.1.理想变压器基本关系 如图所示理想变压器原、副线圈匝数比n1n221，V和 A均为理想电表，灯泡电阻RL 6，AB端电压u112sin 100 t(V).下

19、列说法正确的是()A.电流频率为 100 HzB.V 的读数为 24 VC.A 的读数为 0.5 AD.变压器输入功率为6 W答案：D 解析：由 2f100 rad/s得：f50 Hz，选项A错误；有效值 U112 V，又得：U26 V，I2 1 A，选项 B、C错误；由能量守恒得P1P2U2I26 W，选项 D正确.2.自耦变压器动态分析 如图所示是一种理想自耦变压器示意图，线圈绕在一个圆环形的铁芯上，P 是可移动的滑动触头，A、B 间接交流电压 U，输出端连接了两个相同的灯泡L1 和 L2，Q为滑动变阻器的滑动触头.当开关 S闭合，P处于如图所示的位置时，两灯均能发光.下列说法正确的是()

20、A.将 P沿逆时针方向移动，两灯均变暗B.P 不动，将 Q向左移动，两灯均变亮C.P 不动，将 Q向右移动，输入功率变大D.断开开关 S，L1 将变暗答案：B 解析：当 P 沿逆时针方向移动时，副线圈的匝数n2 增大，由知，U2增大，L1、L2 两端均变亮，A错；当 P不动时，U2不变，Q 向左移动，R 减小，L1、L2 两端的电压增大，两灯泡变亮，B对；当 P不动、Q向右移动时，R增大，变压器的输出功率P2，R总【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】13/14 增大，P2减小，而 P1P2，故 P1减小，C错；断开开关 S，负载电阻增大，L1 的电压增大，L1 将变亮，D错.3.理想

21、变压器动态分析 如图所示，理想变压器的原线圈接有频率为 f、电压为 U的交流电，副线圈接有光敏电阻R1(光照增强时，电阻减小)、用电器 R2.下列说法正确的是()A.当光照增强时，变压器的输入功率减小B.当滑动触头 P向上滑动时，用电器消耗的功率增大C.当 U增大时，用电器消耗的功率增大D.当 f 减小时，变压器的输入功率减小答案：C 解析：光照增强时，光敏电阻的阻值减小，副线圈电路的总电阻减小，副线圈中的电流增大，变压器输出功率增大，因理想变压器输入功率等于输出功率，所以变压器输入功率增大，选项A错误；P 上滑时，原线圈匝数增多，由知副线圈两端电压随之减小，用电器消耗的功率减小，选项B错误；

22、原线圈电压U 增大时，则知副线圈两端电压随之增大，则用电器功率增大，选项C 正确；变压器的输入功率与交变电流的频率无关，选项D错误.4.理想变压器的相关计算 一台理想变压器的原、副线圈的匝数比为 51，原线圈接入电压为220 V 的正弦交流电，各元件正常工作，一只理想二极管和一个滑动变阻器R 串联接在副线圈上，如图所示，电压表和电流表均为理想交流电表.则下列说法正确的是()A.原、副线圈中的电流之比为51B.电压表的读数约为44 VC.若滑动变阻器接入电路的阻值为20，则 1 分钟内产生的热量为 2 904 JD.若将滑动变阻器的滑片向上滑动，则两电表读数均增大【本资料精心搜集整理而来，欢迎广

23、大同仁惠存！】14/14 答案：C 解析：原、副线圈的匝数比是51，根据，则原、副线圈中的电流之比为15，A 错误；根据，原线圈电压为220 V的正弦交流电，所以副线圈两端电压为44 V，由于副线圈接有二极管，它具有单向导电性，根据电流的热效应知T，解得U22 V31.11 V，故 B错误；则 1 min 内滑动变阻器产生的热量为Q t 60 J2 904 J，故 C正确；将滑动变阻器滑片向上滑动时，副线圈中负载阻值变小，电流表的读数变大，但对原、副线圈两端的电压无影响，即电压表的读数不变，所以D错误.5.远距离输电的分析与计算 如图甲所示是远距离输电线路示意图，图乙是用户端电压随时间变化的图象，则()甲乙A.发电机产生的交流电的频率是100 HzB.降压变压器输出的电压有效值是340 VC.输电线的电流仅由输送功率决定D.仅增加升压变压器的副线圈匝数，其他条件不变，输电线上损失的功率减小答案：D 解析：由乙图可知交流电的周期T0.02 s，则频率 f50 Hz，变压器不改变交流电的周期与频率，则A错.由乙图可知Um 340 V，有效值 U340 V，则 B 错.输电线的电流由输送功率和输送电压共同决定，则C错.当仅增加升压变压器的副线圈匝数时，则输电电压增大，由PUI 可知，输电电流减小，再由PI2R 可知输电线上损失的功率减小，则D正确.