高考物理 知识复习与检测 第十章 交变电流 传感器 第2讲 变压器、电能的输送-人教版高三全册物理试题.doc
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1、第2讲变压器、电能的输送一、理想变压器基本关系1构造如图1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图1(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基本关系式(1)功率关系:P入P出(2)电压关系:.(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,U1I1U2I2U3I3UnIn.深度思考请你根据以上分析总结理想变压器原、副线圈功率、电压和电流的决定关系答案(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
2、电流I1由副线圈电流I2和匝数比决定二、远距离输电问题1减少输电电能损失的两种方法(1)理论依据:P损I2R.(2)减小输电线的电阻:根据电阻定律R,要减小输电线的电阻R,在保证输电距离情况下,可采用减小材料的电阻率、增大导线的横截面积等方法(3)减小输电导线中的电流:在输电功率一定的情况下,根据PUI,要减小电流,必须提高电压2远距离高压输电的几个基本关系(以图2为例)图2(1)功率关系:P1P2,P3P4,P2P损P3.(2)电压、电流关系:,U2UU3,I2I3I线(3)输电电流:I线.(4)输电线上损耗的电功率:P损I线UIR线()2R线当输送功率一定时,输电电压增大到原来的n倍,输电
3、线上损耗的功率就减小到原来的.深度思考根据以上分析,请你总结输电线路功率损失的计算方法有哪些?答案(1)P损PP,P为输送的功率,P为用户所得功率(2)P损IR线,I线为输电线路上的电流,R线为线路电阻(3)P损,U为输电线路上损失的电压,R线为线路电阻(4)P损UI线,U为输电线路上损失的电压,I线为输电线路上的电流1判断下列说法是否正确(1)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()(2)理想变压器能改变交变电压、交变电流,但不改变功率,即输入功率总等于输出功率()(3)变压器副线圈并联更多的用电器时,原线圈的输入电流随之增大()(4)变压器只对变化的电流起作用,对恒定电流
4、不起作用()(5)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()2(人教版选修32P44第2题改编)有些机床为了安全,照明电灯用的电压是36 V,这个电压是把380 V的电压降压后得到的如果变压器的原线圈是1 140匝,副线圈是()A1 081匝 B1 800匝 C108匝 D8 010匝答案C解析由题意知U1380 V,U236 V,n11 140则得n2n1108.3(人教版选修32P44第5题改编)如图3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
5、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()图3A电压表V1示数增大B电压表V2、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解析电压表V1的示数和a、b间电压的有效值相同,滑片滑动时V1示数不变,选项A错误;电压表V2测量的电压为副线圈两端的电压,原、副线圈匝数不变,输入电压不变,故V2示数不变,V3示数为V2示数减去R0两端电压,两线圈中电流增大,易知R0两端电压升高,故V3示数减小,选项B错误;理想变压器U1I1U2I2,则U1I1U2I2,I2I1,故U2U1,变压器为降压变压器,选项C错误;因I2增大,故知R减小,变阻器滑片是沿cd
6、的方向滑动,选项D正确4(人教版选修32P50第3题改编)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 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()A1001 B1100 C110 D101答案A解析由题意知输电线上的电流I,则输电线的总电阻造成的电压损失UIr故,故选A.命题点一理想变压器基本关系和动态分析1匝数比不变的情况(1)U1不变,根据,输入电压U1决定输出电压U2,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,输出电流I2决定输入电流I1,故I1发生变化(3)I2变化引起P2变化,P1P2,故P1发生变
7、化2负载电阻不变的情况(1)U1不变,发生变化,故U2变化(2)R不变,U2变化,故I2发生变化(3)根据P2,P2发生变化,再根据P1P2,故P1变化,P1U1I1,U1不变,故I1发生变化3变压器动态问题的分析流程例1如图4所示,理想变压器原线圈接在交流电源上,图中各电表均为理想电表下列说法正确的是()图4A当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,R1消耗的功率变大B当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,电压表V示数变大C当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,电流表A1示数变大D若闭合开关S,则电流表A1示数变大,A2示数变大答案B解析当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,接入电路的阻值变大,变压器
8、副线圈两端电压不变,副线圈中的电流减小,则R1消耗的功率及其两端电压均变小,故电压表的示数变大,选项A错误,B正确;当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,副线圈中的电流减小,则原线圈中的电流也减小,电流表A1示数变小,选项C错误;若闭合开关S,副线圈电路中总电阻减小,副线圈中的电流变大,R1两端电压变大,R2两端电压减小,电流表A2示数减小;原线圈中的电流也变大,电流表A1示数变大,选项D错误例2一含有理想变压器的电路如图5所示,图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3 、1 和4 ,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
9、数为4I.该变压器原、副线圈匝数比为()图5A2 B3 C4 D5答案B解析开关断开时,电路如图甲所示,原、副线圈的电流比,通过R2的电流I2,副线圈的输出电压U2I2(R2R3),由可得原线圈两端的电压U15I2,则UU1IR15I23I;开关闭合时,电路如图乙所示,原、副线圈的电流比,通过R2的电流I2,副线圈的输出电压U2I2R2,由可得原线圈两端的电压U14I2,则UU14IR14I212I,联立解得3,选项B正确甲乙1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
10、系中的U1、U2、I1、I2均为有效值2变压器与电路动态分析相结合问题的分析方法(1)分清不变量和变量;(2)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;(3)利用闭合电路欧姆定律、串并联电路特点进行分析判定1如图6所示,理想变压器原、副线圈匝数比n1n221,和均为理想电表,灯泡电阻RL6 ,AB端电压u112sin 100t(V)下列说法正确的是()图6A电流频率为100 HzB.的读数为24 VC.的读数为0.5 AD变压器输入功率为6 W答案D解析由1002f得f50 Hz,A错;由题知:Um112 V,则有效值U112 V由得U26 V,I21 A,B、C错;由能量守恒
11、得P1P2U2I26 W,D对2(2016江苏单科4)一自耦变压器如图7所示,环形铁芯上只绕有一个线圈,将其接在a、b间作为原线圈通过滑动触头取该线圈的一部分,接在c、d间作为副线圈,在a、b间输入电压为U1的交变电流时,c、d间的输出电压为U2,在将滑动触头从M点顺时针转到N点的过程中()图7AU2U1,U2降低 BU2U1,U2升高CU2U1,U2降低 DU2n2知U2U1;滑动触头从M点顺时针旋转至N点过程,n2减小,则U2降低,C项正确命题点二远距离输电问题分析思路及常见的“三个误区”1分析思路:对高压输电问题,应按“发电机升压变压器远距离输电线降压变压器用电器”,或按从“用电器”倒推
12、到“发电机”的顺序一步一步进行分析2三个误区:(1)不能正确地利用公式P损2R计算输电线上的损耗功率导致错误;(2)不能正确理解升压变压器的输出电压U2、降压变压器的输入电压U3和输电线上损失的电压U的关系导致错误,三者关系是U2UU3;(3)不能正确理解升压变压器的输入功率P1、降压变压器的输出功率P4和输电线上损失的功率P损的关系导致错误,三者关系是P1P损P4.例3图8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
13、电功率为()图8A() B()C4()2()2r D4()2()2r答案C解析原线圈电压的有效值:U1,根据可得U2,又因为是理想变压器,所以T的副线圈的输出功率等于原线圈的输入功率P,所以输电线上的电流I,输电线上损失的电功率为PI22r4r22,所以C正确,A、B、D错误3如图9所示为远距离输电示意图,发电机的输出电压U1及输电线的电阻、理想变压器的匝数均不变,且n1n2n4n3.当用户消耗的功率增大时,下列表述正确的是()图9A用户的总电阻增大B用户得到的电压U4增大CU1U2U4U3D用户消耗的功率等于发电机的输出功率答案C解析当用户消耗的功率增大时,用电器增多,总电阻减小,降压变压器
14、的输出电流增大,输电线上的电流增大,可知输电线上的电压损失增大,而发电机的输出电压U1不变,则U2不变,可知降压变压器的输入电压减小,所以用户得到的电压U4减小,选项A、B错误;因为原、副线圈的电压比等于匝数比,则,因为n1n2n4n3,所以U1U2U4U3,选项C正确;用户消耗的功率等于发电机的输出功率减去输电线上损失的功率,选项D错误4(多选)如图10为远距离输电的示意图,若电厂输出电压u1220sin 100t(V),则下列表述正确的是()图10AU1U2,U3U4BU1220 VC若U2提高为原来的10倍,输电线上损失的功率为原来的D用户得到的交变电流频率为25 Hz答案AC解析远距离
15、采用高压输电,然后降压后再使用,所以A正确;U1为有效值,应该是220 V,所以B错误;输电线上损失的功率为P损2R线,所以C正确;由交变电流的瞬时值表达式可得交变电流的频率为f Hz50 Hz,所以D错误命题点三变压器与交变电路的综合问题例4如图11所示为理想变压器,三个灯泡L1、L2、L3都标有“4 V,4 W”,灯泡L4标有“4 V,8 W”,若它们都能正常发光,则变压器原、副线圈匝数比n1n2和ab间输入电压为()图11A21,16 V B21,20 VC12,16 V D12,20 V理想变压器;正常发光答案B解析由L2、L3并联后与L4串联,灯泡正常发光可得U28 V,P216 W
16、,根据输入功率等于输出功率有P2U2I2U1I1,而I11 A,I22 A,所以U116 V,UabU1UL120 V,故原、副线圈匝数比n1n221,只有选项B正确1理顺交变电路中灯泡的串并联关系,结合闭合电路欧姆定律进行分析2熟练运用变压器的基本关系建立前后两个回路的联系5(多选)如图12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,两灯泡均能正确发光下列说法正确的是()图12A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答案AD解析设灯泡的额定电压为U0,当U10U0时,因两灯泡均
17、正常发光,故变压器原线圈的输入电压为U1UU09U0,副线圈的输出电压U2U0.因,故,选项A正确,选项B错误;由变压器电流关系得,则此时a、b的电功率之比为,选项C错误,选项D正确6(多选)如图13所示,有一理想变压器,原、副线圈的匝数比为n1,原线圈接正弦交流电压U,输出端接有一个交流电流表和一个电动机电动机线圈电阻为R.当输入端接通电源后,电流表读数为I,电动机带动一重物匀速上升,下列判断正确的是()图13A原线圈中的电流为B电动机线圈消耗的功率为IUC电动机两端电压为IRD变压器的输入功率为答案AD解析已知原线圈两端电压为U,通过副线圈电流为I,设通过原线圈电流为I0,根据变压器电流比
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