2022届高考物理一轮复习第十一章交变电流变压器第2课时变压器电能的输送学案.docx

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1、第2课时变压器电能的输送一、理想变压器1构造和原理(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。注意必须是交流电，否则没有互感现象，变压器不起变压作用。(2)原理：电磁感应的互感现象。2基本关系式(1)功率关系：P入P出。(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。由能量守恒推出有多个副线圈时，U1I1U2I2U3I3UnIn。注意副线圈与用电器断开时，无电流通过副线圈，但副线圈两端存在电压。变压器不能改变交变电流的频率。二、远距离输电1功率关系：P1P2，P3P4，P2PP3。2电压、电流关系：，U2UU3，I2I线I3。3输电电流：I线。4电

2、压损失：UU2U3I2R线。5功率损失：PP2P3I22R线。注意在输电功率一定的情况下，输电电压越大，输电电流越小。基础自查1判断正误(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。()2如图所

3、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 mAB0C10 mA D2.5 mA解析：选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0，选项B正确。3(2020江苏高考)电流互感器是一种测量电路中电流的变压器，工作原理如图所示。其原线圈匝数较少，串联在电路中，副线圈匝数较多，两端接在电流表上。则电流互

4、感器()A是一种降压变压器B能测量直流电路的电流C原、副线圈电流的频率不同D副线圈的电流小于原线圈的电流解析：选D变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，不能改变交变电流的频率，B、C项均错误；根据变压器匝数与电压的关系，可得副线圈的电压U2U1，由于原线圈匝数少而副线圈的匝数多，即n1n2，因此有U2U1，电流互感器是一种升压变压器，A项错误；根据变压器匝数与电流的关系，可得副线圈的电流I2I1，由于n1n2，因此有I2I1，D项正确。4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()

5、A1001 B1100C110 D101解析：选A由PUI得输电线的电流I，则输电线上由电阻造成的电压损失UIRR，所以两种情况下：U1U2U2U11001，A正确。5(2021日照模拟)(多选)教学用发电机能够产生正弦式交变电流。利用该发电机通过理想变压器向用电器供电，电路如图所示。副线置的匝数可以通过滑动触头Q来调节，副线圈两端连接定值电阻R0、灯泡L和滑动变阻器R，P为滑动变阻器的滑动触头，原线圈上连接一只理想交流电流表A，闭合开关S，电流表的示数为I。则()A仅增大发电机线圈的转速，I增大B仅将P向上滑动，I增大C仅将Q向上滑动，I增大D仅将开关S断开，I增大解析：选AC仅增大发电机线

6、圈的转速n，角速度2n增大，则最大感应电动势EmNBS增大，感应电动势的有效值增大，由于原、副线圈匝数不变，导致副线圈两端电压增大，副线圈电流增大，根据可知原线圈电流I增大，故选项A正确；仅将P向上滑动，则副线圈总电阻增大，副线圈电流减小，可知原线圈电流I减小，故选项B错误；仅将Q向上滑动，则副线圈的匝数增大，由于原线圈两端电压不变，则根据可知，副线圈两端电压增大，则副线圈电流增大，可知原线圈电流I增大，故选项C正确；仅将开关S断开，则副线圈总电阻增大，由于原、副线圈两端电压均不变，则副线圈电流减小，可知原线圈电流I减小，故选项D错误。考点一实验：探究变压器线圈两端电压与匝数的关系1实验原理原

7、线圈通过电流时，铁芯中产生磁场，由于交变电流的大小和方向都在不断变化，铁芯中的磁场也在不断地变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，副线圈中就存在输出电压。本实验通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压与匝数的关系。2误差分析(1)实际变压器存在各种损耗；(2)交流电表的读数存在误差。3注意事项(1)在改变学生电源电压、线圈匝数前均要先断开开关，再进行操作；(2)为了人身安全，学生电源的电压不能超过12 V，不能用手接触裸露的导线和接线柱；(3)为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量。集训冲关1(2021威海模拟)(1)

8、在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中，实验室中备有下列可供选择的器材：A可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈)B条形磁铁C直流电源D交流电源 E多用电表F开关、导线若干上述器材在本实验中不必用到的是_(填正确答案标号)。(2)某同学将原线圈接在所选电源上，在电源电压不变的情况下，先保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压增大，然后再保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压_(选填“增大”“减小”或“不变”)。解析：(1)变压器线圈两端的电压与匝数的关系：。所以需要知道原副线圈的匝数，即需要可拆变压器；变压器的原理是互感现象的应用，是原线

9、圈磁场的变化引起副线圈感应电流的变化，所以不需要外界的磁场，条形磁铁用不到；如果原线圈中通的是直流电源，则副线圈中不会有感应电流产生，故需要用到低压交流电源；需要用到多用电表测量原、副线圈的电压；还需要用到开关、导线若干。故不必用到的是B、C。(2)根据知保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压减小。答案：(1)BC(2)减小 2在“探究变压器线圈两端电压与匝数的关系”的实验中，小型可拆变压器的原、副线圈匝数分别为n1120匝、n2240匝，某实验小组在原线圈两端依次加上不同的电压，用多用电表的交流电压挡分别测量原、副线圈两端的电压，数据如表所示。实验序号原线圈两端的电压

10、U1/V副线圈两端的电压U2/V13.97.712.025.911.812.037.815.2(1)实验小组根据测得的数据在表格中算出U1、U2的比值，还有一组U1、U2的比值没有算出，把求出的结果填在表格中。(2)本实验可得出结论：变压器线圈两端电压与匝数关系为_(用题目中给出的字母表示)。(3)该变压器是_变压器(选填“升压”或“降压”)。解析：(1)第三组数据为：。(2)线圈匝数之比，结合表格中的数据知，在误差允许的范围内线圈两端电压与匝数的关系是。(3)从表格中的数据可知副线圈匝数多、电压高，所以该变压器是升压变压器。答案：(1)11.9(2)(3)升压考点二理想变压器的原理及应用典例

11、(2021年1月新高考8省联考河北卷)如图，理想变压器原线圈匝数为1 100匝，接有一阻值为R的电阻，电压表V1示数为110.0 V。副线圈接有一个阻值恒为RL的灯泡，绕过铁芯的单匝线圈接有一理想电压表V2，示数为0.10 V。已知RLR41，则副线圈的匝数为()A225B550C2 200 D4 400解析设电压表V1的示数为U1，理想变压器原线圈两端电压为Un1，副线圈两端电压为Un2，单匝线圈两端的电压为U3，则有，联立解得：Un1110 V。又有，I2，I1，可得：，联立两式可解得Un2220 V，n22 200，故C项正确。答案C(1)理想变压器无能量损失。(2)U1、U2分别为原、

12、副线圈两端电压的有效值。(3)变压器不改变交变电流的频率。集训冲关1(2020浙江1月选考)如图所示，甲、乙两图中的理想变压器以不同的方式接在高压电路中，甲图中变压器原、副线圈的匝数比为k1，电压表读数为U，乙图中变压器原、副线圈的匝数比为k2，电流表读数为I，则甲图中高压线电压和乙图中高压线电流分别为()Ak1U，k2IBk1U，C.，k2I D.，解析：选B根据原、副线圈的电压、电流与线圈匝数关系可知k1、，由此可知U1k1U，I1，选项B正确。2(2020山东等级考)图甲中的理想变压器原、副线圈匝数比n1n2223，输入端a、b所接电压u随时间t的变化关系如图乙所示。灯泡L的电阻恒为15

13、 ，额定电压为24 V。定值电阻R110 、R25 ，滑动变阻器R的最大阻值为10 。为使灯泡正常工作，滑动变阻器接入电路的电阻应调节为()A1 B5 C6 D8 解析：选A由题图乙可知理想变压器输入电压U1220 V，应用理想变压器变压公式，可得副线圈输出电压U230 V。灯泡正常工作时，灯泡两端电压为UL24 V，电流IL1.6 A。设R1两端电压为U，由U2ULU，可得U6 V。由I L，解得R1 ，选项A正确。3在变电站里，经常要用交流电表监测电网上的强电流。所用的器材叫电流互感器。如图所示，能正确反映其工作原理的是()解析：选A电流互感器把大电流变成小电流，测量时更安全，根据变压器原

14、理，I2I1，所以要求线圈匝数n2n1，原线圈要接在火线上，故选项A正确。考点三理想变压器的动态分析问题典例(2021年1月新高考8省联考湖北卷)(多选)如图(a)所示，理想变压器原、副线圈匝数比为n1n215，定值电阻R1的阻值为10 ，滑动变阻器R2的最大阻值为50 ，定值电阻R3的阻值为10 ，图中电表均为理想电表。原线圈输入如图(b)所示的交变电流，其有效值不随负载变化。当滑动变阻器接入电路的阻值由50 减小到0的过程中()A电流表的示数为5 AB通过R2的电流减小C电压表的示数减小DR2和R3的总电功率先增大后减小解析由图(b)所示的交变电流，设有效值为I，则I2RT2R2R，解得I

15、5 A，选项A正确。可知原、副线圈两端的电流不变，当滑动变阻器接入电路的阻值由50 减小到0，此时副线圈的总电阻减小，则副线圈两端的电压减小，即电压表的示数减小；根据并联电路的电压特点可知R1两端的电压减小，则通过R1的电流减小，根据并联分流可知，通过R2和R3的电流增大，故B错误，C正确。设通过R2和R3的电流为I2，则根据并联电路的电流特点可得I2I，则R2和R3的总电功率为P23I22(R2R3)I2I2，可得R2和R3的总电功率随R2减小而增大，故D错误。答案AC 规律方法含有变压器的动态电路问题的解题思路集训冲关1.一自耦变压器如图所示，环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a、b间作为

16、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点顺时针旋转到N点的过程中()AU2U1，U2降低BU2U1，U2升高CU2U1，U2降低 DU2U1，U2升高解析：选Ca、b间原线圈的匝数大于c、d间副线圈的匝数，在滑动触头由M点移动到N点的过程中，副线圈的匝数减小，由变压器工作原理知，U2U1，且U2降低，选项C正确。2.如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为101，b是原线圈中心的抽头，电压表和电流表均为理想交流电表，除R以外其余电阻不计。从某时刻开始在原线圈两端加上交变电压，其瞬时值表达式为

17、u1220sin(100t)V。下列说法中正确的是()At s时，电压表的示数为220 VBt s时，a、c两点间电压瞬时值为110 VC滑动变阻器滑片向上移，电压表的示数不变，电流表的示数减小D单刀双掷开关由a扳向b，电压表的示数不变，电流表的示数减小解析：选C原线圈两端电压有效值为220 V，由理想变压器原、副线圈电压之比等于匝数之比可得，副线圈两端电压有效值为 22 V，理想交流电压表测量的是有效值即22 V，故A错误；t s 时，a、c两点间电压瞬时值为110 V，故B错误；滑动变阻器滑片向上移，接入电阻变大，副线圈两端电压由匝数比和输入电压决定，电压表的示数不变，电流表示数减小，故C

18、正确；单刀双掷开关由a扳向b，原、副线圈的匝数比变小，匝数与电压成正比，所以电压表和电流表的示数均变大，故D错误。3(2021河南中原名校联考)(多选)如图所示是变压器通过降压给用户供电的示意图。变压器的输入电压是市区电网的电压，负载变化时输入电压不会有大的波动，可以认为电压表V1示数不变。两条输电线的总电阻用R0表示，滑动变阻器R表示用户用电器的总电阻。如果变压器上的能量损失忽略不计，当用户的用电器增加时，图中各表的示数变化的情况是()A电流表A1示数变大 B电流表A2示数变小C电压表V2示数变大 D电压表V3示数变小解析：选AD理想变压器的输出电压是由输入电压和匝数比决定的，由于输入电压和

19、匝数比不变，所以副线圈的输出电压不变，所以电压表V2的示数不变，C错误；当用电器增加时，相当于R的值减小，副线圈的总电阻减小，所以电流变大，即电流表A2的示数变大，B错误；由于变压器的输入功率和输出功率相等，副线圈的电阻减小时，输出功率变大，所以原线圈的输入功率也变大，因为输入电压不变，所以输入电流变大，所以电流表A1的示数变大，A正确；由于副线圈的电流变大，电阻R0两端的电压变大，又因为电压表V2的示数不变，所以电压表V3的示数变小，D正确。考点四远距离输电问题谨记远距离输电问题的“三 二 一”1理清三个回路在回路2中，U2UU3，I2I线I3。2抓住两个联系(1)理想的升压变压器联系着回路

20、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(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P1P损P4。典例如图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()A.B.C422r D422r解析升压变压器T的原线圈两端电压的有效值为U1；由

21、变压关系可得，则U2；因为输送电功率为P，输电线中的电流为I2，则输电线上损失的电功率为PI222r，故选项C正确。答案C规律方法输电线路功率损失的计算方法P损P1P4P1为输送的功率，P4为用户得到的功率P损I线2R线I线为输电线路上的电流，R线为线路电阻P损U为输电线路上损失的电压，不要与U2、U3相混P损UI线U不要错代入U2或U3集训冲关1(2021年1月新高考8省联考江苏卷)小明分别按图1和图2电路探究远距离输电的输电损耗，将长导线卷成相同的两卷A、B来模拟输电线路，忽略导线的自感作用。其中T1为理想升压变压器，T2为理想降压变压器，两次实验中使用的灯泡相同，灯泡的电压相等。两次实验

22、中()A都接直流电源BA两端的电压相等CA损耗的功率相等D图1中A的电流较大解析：选D由于变压器只能改变交变电流，因此题图2中不可能接直流电源，A错误；T2是降压变压器，根据1，由于流过两个灯的电流相等，可知题图2中流过A的电流较小，题图2中A两端的电压较低，题图2中A消耗的功率较小，B、C错误，D正确。2(2020全国卷)(多选)特高压输电可使输送中的电能损耗和电压损失大幅降低。我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术。假设从A处采用550 kV的超高压向B处输电，输电线上损耗的电功率为P，到达B处时电压下降了U。在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下，改用1 100 kV特高压输电，输电线上损耗的电功率变为P，到达B处时电压下降了U。不考虑其他因素的影响，则()APP BPPCUU DUU解析：选AD若采用550 kV的超高压输电，输电线上的功率损耗P2r，输电线路损失的电压Ur，若改用1 100 kV的特高压输电，同理有P2r，Ur，可得P，U，故B、C项错误，A、D项正确。