（新課標）河南省2015高考物理總復習講義 第10章 第2講 變壓器 電能的輸送

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1、 第2講　變壓器　電能的輸送 知識一　理想變壓器 1．構造(如圖10－2－1所示) 圖10－2－1 變壓器由原線圈、副線圈和閉合鐵芯組成． 2．工作原理 互感現(xiàn)象． 3．基本關系 (1)電壓關系：＝. (2)功率關系：P入＝P出． (3)電流關系：①只有一個副線圈時：＝. ②有多個副線圈時，U1I1＝U2I2＋U3I3＋…＋UnIn. 4．幾種常用的變壓器 (1)自耦變壓器——調(diào)壓變壓器． (2)互感器 5．理想變壓器的理解． (1)沒有能量損失． (2)沒有磁通量損失． (1)變壓器只對變化的電流起作用，對恒定電流不起作用．(√)

2、(2)變壓器不但能改變交變電流的電壓，還能改變交變電流的頻率．() (3)正常工作的變壓器當副線圈與用電器斷開時，副線圈兩端無電壓．() 知識二　遠距離輸電 1．輸電過程(如圖10－2－2所示) 圖10－2－2 2．輸送電流 1 / 13 (1)I＝；(2)I＝. 3．輸電導線上的能量損失：主要是由輸電線的電阻發(fā)熱產(chǎn)生的，表達式為Q＝I2Rt. 4．電壓損失 (1)ΔU＝U－U′　(2)ΔU＝IR. 5．功率損失 (1)ΔP＝P－P′　(2)ΔP＝I2R＝()2R. 6．降低輸電損耗的兩個途徑 (1)減小輸電導線的電阻． (2)減小輸電導線中的輸電電流．

3、 　照明供電線路的路端電壓基本上是保持不變的．可是我們在晚上七、八點鐘用電高峰時開燈，電燈比深夜時要顯得暗些，這是什么原因呢？ [提示]　在用電高峰時，總電阻比深夜時小，供電線路上的電流大，輸電線路上損失的電壓較大，因而每盞電燈兩端的電壓較低． 1．如圖10－2－3所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為2∶1，電阻R＝55.0 Ω，原線圈兩端接一正弦式交變電流，電壓u隨時間t變化的規(guī)律為u＝110sin 20πt (V)，時間t的單位是s.那么，通過電阻R的電流有效值和頻率分別為(　　) 圖10－2－3 A．1.0 A、20 Hz　　　　　 B.A、20 Hz

4、C.A、10 Hz D．1.0 A、10 Hz 【解析】　原線圈電壓有效值為110 V，副線圈電壓有效值為55 V，通過電阻R的電流有效值為1.0 A，頻率為10 Hz，選項D正確． 【答案】　D 2．如圖10－2－4所示，一理想變壓器的原副線圈匝數(shù)比為5∶1，正弦交流電源的內(nèi)阻不計，電阻R1＝R2＝4 Ω，R2消耗的功率為P2＝100 W，則(　　) 圖10－2－4 A．R1消耗的功率為100 W B．R1、R2中的電流之比為1∶5 C．原線圈兩端電壓的最大值為100 V D．交流電源的輸出功率等于100 W 【解析】　由變壓器的功率關系，R1、R2中的電流之比為

5、1∶5，R1中電流為1 A，消耗的功率為4 W，選項B正確，A錯誤；副線圈輸出電壓為20 V，原線圈兩端電壓的有效值為100 V，最大值為141 V，交流電源的輸出功率等于兩電阻消耗功率之和，為104 W，選項C、D錯誤． 【答案】　B 3．如圖10－2－5，一理想變壓器原副線圈的匝數(shù)比為1∶2；副線圈電路中接有燈泡，燈泡的額定電壓為220 V，額定功率為22 W；原線圈電路中接有電壓表和電流表．現(xiàn)閉合開關，燈泡正常發(fā)光．若用U和I分別表示此時電壓表和電流表的讀數(shù)，則(　　) 圖10－2－5 A．U＝110 V，I＝0.2 A B．U＝110 V，I＝0.05 A C．

6、U＝110 V，I＝0.2 A D．U＝110 V，I＝0.2 A 【解析】　由變壓原理＝可得U1＝110 V，即電壓表示數(shù)為110 V．由P入＝P出，燈泡正常發(fā)光可得P入＝U1I1＝P出＝22 W，I1＝ A＝0.2 A，故A正確． 【答案】　A 4．(2013廣東高考)如圖10－2－6，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2＝2∶1，和均為理想電表，燈泡電阻RL＝6 Ω，AB端電壓U1＝12sin 100πt (V)．下列說法正確的是(　　) 圖10－2－6 A．電流頻率為100 Hz B． 的讀數(shù)為24 V C．的讀數(shù)為0.5 A D．變壓器輸入功率為6 W 【

7、解析】　由AB端電壓u1＝12sin 100πt (V)知ω＝100 π，又ω＝2πf，得頻率f＝50 Hz，A錯誤；由理想變壓器規(guī)律＝，U2＝6 V，B錯誤；又I2＝＝1 A，C錯誤；P2＝U2I2＝6 W，P1＝P2，D正確． 【答案】　D 5．(2010浙江高考)某水電站，用總電阻為2.5 Ω的輸電線輸電給500 km外的用戶，其輸出電功率是3106 kW.現(xiàn)用500 kV電壓輸電，則下列說法正確的是(　　) A．輸電線上輸送的電流大小為2.0105 A B．輸電線上由電阻造成的損失電壓為15 kV C．若改用5 kV電壓輸電，則輸電線上損失的功率為9108 kW D．輸電線

8、上損失的功率為ΔP＝，U為輸電電壓，r為輸電線的電阻 【解析】　輸電線上輸送的電流為I輸＝＝＝6 000 A，A選項錯誤．輸電線上由電阻造成的損失電壓U損＝I輸R線＝6 000 A2.5 Ω＝1.5104 V，B選項正確．若輸電電壓為5 kV，則輸電線上損失的功率不可能大于輸電總功率3106 kW，C選項錯誤．ΔP＝中，U應當為輸電線上損失的電壓，D選項錯誤． 【答案】　B 考點一 [85]　理想變壓器原、副線圈基本關系的應用 一、基本關系 1．P入＝P出． 2.＝，有多個副線圈時，仍然成立． 3.＝，電流與匝數(shù)成反比，只對一個副線圈的變壓器適用．有多個副線圈時，由輸

9、入功率和輸出功率相等確定電流關系． 4．原、副線圈的每一匝的磁通量都相同，磁通量變化率也相同，頻率也就相同． 二、制約關系 1．電壓：副線圈電壓U2由原線圈電壓U1和匝數(shù)比決定． 2．功率：原線圈的輸入功率P1由副線圈的輸出功率P2決定． 3．電流：原線圈電流I1由副線圈電流I2和匝數(shù)比決定． ——————[1個示范例]—————— 　(2013四川高考)用220 V的正弦交流電通過理想變壓器對一負載供電，變壓器輸出電壓是110 V，通過負載的電流圖象如圖10－2－7所示，則(　　) 圖10－2－7 A．變壓器輸入功率約為3.9 W B．輸出電壓的最大值是110 V

10、C．變壓器原、副線圈匝數(shù)比是1∶2 D．負載電流的函數(shù)表達式i＝0.05sin(100πt＋)A 【審題指導】　(1)理想變壓器輸入功率與輸出功率相等． (2)交流電路中的功率需要用有效值計算． (3)由負載電流的圖象，其函數(shù)表達式應為i＝Imsin ωt形式． 【解析】　根據(jù)圖象可知：負載電流的最大值Im＝0.05 A，周期T＝0.02 s，則ω＝＝rad/s＝100π rad/s，所以負載電流的函數(shù)表達式i＝0.05sin 100πt A，故選項D錯誤；負載電流的有效值I＝＝ A＝0.035 35 A，則理想變壓器的輸入功率P入＝P出＝1100.035 35 W≈3.9 W，故選

11、項A正確；輸出電壓的有效值為110 V，最大值為110 V，故選項B錯誤；變壓器原、副線圈匝數(shù)比＝＝2，故選項C錯誤． 【答案】　A ——————[1個預測例]—————— 　(多選)如圖10－2－8所示，變壓器輸入交變電壓u＝311sin 100πt(V)，變壓器原、副線圈匝數(shù)比為2∶1，已知電水壺額定功率為880 W，排氣扇機內(nèi)電阻為1 Ω，電流表示數(shù)為16 A，各用電器均工作正常．電表均為理想電表，則(　　) 圖10－2－8 A．電壓表示數(shù)為110 V B．變壓器的輸入功率為1 760 W C．排氣扇輸出功率為827 W D．保險絲熔斷電流不得低于32 A

12、【解析】　由交流電表達式可知輸入電壓有效值為220 V，結合匝數(shù)比可知電壓表讀數(shù)為110 V，則A正確；變壓器輸入功率P總＝1 760 W，則B正確；電水壺工作電流I＝＝8 A，則排氣扇工作電流I′＝8 A，其功率P′＝UI′＝880 W，排氣扇輸出功率P出＝P′－I′2R＝816 W，則C錯誤；原線圈正常工作電流為8 A，則D錯誤． 【答案】　AB 考點二 [86]　理想變壓器的動態(tài)分析 　分析理想變壓器動態(tài)問題的思路程序可表示為： U1U2I2I1P1. ——————[1個示范例]—————— 圖10－2－9 　(多選)(2013江蘇高考)如圖10－2－9所示，理想變

13、壓器原線圈接有交流電源，當副線圈上的滑片P處于圖示位置時，燈泡L能發(fā)光．要使燈泡變亮，可以采取的方法有(　　) A．向下滑動P　　　　　　　　 B．增大交流電源的電壓 C．增大交流電源的頻率 D．減小電容器C的電容 【審題指導】　(1)滑片P向下滑動，副線圈匝數(shù)減少，變壓器輸出電壓變小． (2)增大頻率，容抗減小，減小電容，容抗變大． 【解析】　根據(jù)變壓器的變壓原理，滑片P向下滑動時，副線圈的匝數(shù)變少，則輸出電壓變小，燈變暗，A項錯誤；增大交流電源的電壓時，輸出電壓隨之增大，燈變亮，B正確；電容器具有“阻低頻，通高頻”的特性，故增大交流電源的頻率，使電容器的通交流的性能增強，燈變

14、亮，C項正確；減小電容器C的電容，會使電容的通交流的性能減弱，導致燈變暗，D項錯誤． 【答案】　BC 　理想變壓器的動態(tài)分析的方法 (1)分清不變量和變量． (2)明確理想變壓器中電壓、電流、功率之間的聯(lián)系和相互制約關系． (3)利用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路特點進行分析判定． ——————[1個預測例]—————— 　如圖10－2－10所示，原、副線圈的匝數(shù)均可調(diào)節(jié)，原線圈兩端接一正弦交變電流，為了使變壓器輸入功率增大，可以采取的措施有(　　) 圖10－2－10 A．只增加原線圈的匝數(shù)n1 B．只減少副線圈的匝數(shù)n2 C．只減少負載電阻R的

15、阻值 D．只增大負載電阻R的阻值 【解析】　由＝知，當n1增大時，U2減小，當減小n2時，U2也減小，又根據(jù)P入＝P出＝知，A、B、D均錯誤，C正確． 【答案】　C 考點三 [87]　遠距離輸電問題 一、遠距離輸電的電路結構圖 圖10－2－11 二、五個關系式 1.＝，＝. 2．理想變壓器的輸入功率等于輸出功率，P入＝P出． 3．升壓變壓器原線圈的電流I1＝，副線圈的電流I2＝，U2為輸送電壓． 4．功率損失：ΔP＝IR線＝，P2＝P3＋ΔP. 5．電壓關系：U2＝I2R線＋U3. 三、解遠距離輸電問題的思路 1．正確畫出輸電過程示意圖并在圖上標出各物理量．

16、2．抓住變壓器變壓前后各量間關系，求出輸電線上的電流． 3．計算電路功率問題時常用關系式：P損＝IR線，注意輸電線上的功率損失和電壓損失． 4．電網(wǎng)送電遵循“用多少送多少”的原則說明原線圈電流由副線圈電流決定． ——————[1個示范例]—————— 　(2014黃岡中學模擬)如圖10－2－12為遠距離高壓輸電的示意圖．關于遠距離輸電，下列表述錯誤的是(　　) 圖10－2－12 A．增加輸電導線的橫截面積有利于減少輸電過程中的電能損失 B．高壓輸電是通過減小輸電電流來減小電路的發(fā)熱損耗的 C．在輸送電壓一定時，輸送的電功率越大，輸電過程中的電能損失越小 D．高壓輸

17、電必須綜合考慮各種因素，不一定是電壓越高越好 【解析】　依據(jù)輸電原理，電路中的功率損耗ΔP＝I2R線，而R線＝ρ，增大輸電線的橫截面積，可減小輸電線的電阻，則能夠減小輸電線上的功率損耗，A項正確；由P＝UI來看在輸送功率一定的情況下，輸送電壓U越大，則輸電電流越小，則功率損耗越小，B項正確；若輸電電壓一定，輸送功率越大，則電流I越大，電路中損耗的電功率越大，C項錯誤；輸電電壓并不是電壓越高越好，因為電壓越高，對于安全和技術的要求越高，D項正確． 【答案】　C ——————[1個預測例]—————— 　(多選)一臺發(fā)電機最大輸出功率為4 000 kW，電壓為4 000 V，經(jīng)變壓器T1升

18、壓后向遠方輸電．輸電線路總電阻為R＝1 kΩ.到目的地經(jīng)變壓器T2降壓，負載為多個正常發(fā)光的燈泡(220 V　60 W)．若在輸電線路上消耗的功率為發(fā)電機輸出功率的10%，變壓器T1和T2的耗損可忽略，發(fā)電機處于滿負荷工作狀態(tài)，則(　　) A．T1原、副線圈電流分別為103 A和20 A B．T2原、副線圈電壓分別為1.8105 V和220 V C．T1和T2的變壓比分別為1∶50和40∶1 D．有6104盞燈泡(220 V　60 W)正常發(fā)光 【審題指導】　(1)根據(jù)題意畫出遠距離輸電示意圖標明已知量和未知量． (2)由變壓器上的電壓關系、電流關系和功率關系，列式求解． 【解析

19、】　遠距離輸電的模型如圖所示． T1原線圈的電流為I1＝＝ A＝1103 A，輸電線上損失的功率為P損＝IR＝10%P1，所以I2＝＝ A＝20 A，選項A正確；T1的匝數(shù)比為＝＝＝，T1上副線圈的電壓為U2＝50U1＝2105 V，T2原線圈的電壓為U3＝U2－I2R＝2105 V－20103 V＝1.8105 V，選項B正確；T2上原、副線圈的變壓比為＝＝＝，選項C錯誤；能正常發(fā)光的燈泡的盞數(shù)為：N＝＝6104，選項D正確． 【答案】　ABD 兩種特殊變壓器模型 一、自耦變壓器 高中物理中研究的變壓器本身就是一種忽略了能量損失的理想模型，自耦變壓器(又稱調(diào)壓器)，

20、它只有一個線圈，其中一部分作為另一個線圈，當交流電源接不同的端點時，它可以升壓也可以降壓，變壓器的基本關系對自耦變壓器均適用． 二、互感器 分為：電壓互感器和電流互感器，比較如下： 　　類型 比較項目　　 電壓互感器 電流互感器 原理圖 原線圈的連接 并聯(lián)在高壓電路中 串聯(lián)在待測高流電路中 副線圈的連接 連接電壓表 連接電流表 互感器的作用 將高電壓變?yōu)榈碗妷? 將大電流變成小電流 利用的公式 ＝ I1n1＝I2n2 ——————[1個示范例]—————— 　 圖10－2－13 (2012新課標全國高考)自耦變壓器鐵芯上只繞有一個

21、線圈，原、副線圈都只取該線圈的某部分．一升壓式自耦調(diào)壓變壓器的電路如圖10－2－13所示，其副線圈匝數(shù)可調(diào)．已知變壓器線圈總匝數(shù)為1 900匝；原線圈為1 100匝，接在有效值為220 V的交流電源上．當變壓器輸出電壓調(diào)至最大時，負載R上的功率為2.0 kW.設此時原線圈中電流有效值為I1，負載兩端電壓的有效值為U2，且變壓器是理想的，則U2和I1分別約為(　　) A．380 V和5.3 A　　　　　　 B．380 V和9.1 A C．240 V和5.3 A D．240 V和9.1 A 【解析】　根據(jù)理想變壓器電壓比關系＝，代入數(shù)據(jù)解得副線圈兩端的電壓有效值U2＝380 V，因理想變

22、壓器原、副線圈輸入和輸出的功率相等，即P入＝P出＝U1I1，解得I1＝A≈9.1 A，選項B正確，選項A、C、D錯誤． 【答案】　B ——————[1個模型練]—————— (多選)電流互感器和電壓互感器如圖10－2－14所示．其中n1、n2、n3、n4分別為四組線圈的匝數(shù)，a、b為兩只交流電表，則(　　) 圖10－2－14 A．A為電流互感器，且n1n2，a是電壓表 C．B為電流互感器，且n3n4，b是電壓表 【解析】　由題圖可知A為電流互感器，B為電壓互感器，因此a

23、是電流表，b是電壓表．在A中，有I1n1＝I2n2，要把大電流變?yōu)樾‰娏?，有n2>n1；在B中，有＝，要把高電壓變成低電壓，則有n3>n4；綜上所述可知，選項A、D正確． 【答案】　AD ⊙理想變壓器基本關系 1．(2013山東省煙臺市調(diào)研)如圖10－2－15所示，一理想變壓器原線圈的匝數(shù)n1＝1 100匝，副線圈的匝數(shù)n2＝220匝，交流電源的電壓u＝220sin (100πt)V，R為負載電阻，電壓表、電流表均為理想電表，則下列說法正確的是(　　) 圖10－2－15 A．交流電的頻率為100 Hz B．電壓表的示數(shù)為44 V C．電流表A1的示數(shù)大于電流表A2的示數(shù)

24、 D．變壓器的輸入功率大于輸出功率 【解析】　由交流電源的電壓u＝220sin(100πt)V，可得交流電的頻率為50 Hz，選項A錯誤．變壓器輸入電壓為220 V，由變壓公式得，變壓器輸出電壓為44 V，電壓表的示數(shù)為44 V，選項B正確．根據(jù)變壓器電流關系，電流表A1的示數(shù)小于電流表A2的示數(shù)，選項C錯誤．根據(jù)理想變壓器功率關系，變壓器的輸入功率等于輸出功率，選項D錯誤． 【答案】　B ⊙變壓器和交流電路動態(tài)分析 2. 圖10－2－16 (2012福建高考)如圖10－2－16所示，理想變壓器原線圈輸入電壓u＝Umsin ωt，副線圈電路中R0為定值電阻，R是滑動變阻器． 和

25、 是理想交流電壓表，示數(shù)分別用U1和U2表示；和是理想交流電流表，示數(shù)分別用I1和I2表示．下列說法正確的是(　　) A．I1和I2表示電流的瞬時值 B．U1和U2表示電壓的最大值 C．滑片P向下滑動過程中，U2不變、I1變大 D．滑片P向下滑動過程中，U2變小、I1變小 【解析】　交流電表的示數(shù)為有效值，故A、B兩項均錯誤；P向下滑動過程中，R變小，由于交流電源、原副線圈匝數(shù)不變，U1、U2均不變，所以I2＝變大，由＝，得I1＝I2變大，故C項正確，D項錯誤． 【答案】　C 3．(多選)(2013深圳市南山區(qū)調(diào)研)如圖10－2－17，有一矩形線圈的面積為S，匝數(shù)為N，繞

26、OO′軸在磁感應強度為B的勻強磁場中以角速度ω勻速轉動．滑動觸頭P上下移動時可改變輸出電壓，副線圈接有定值電阻R，從圖示位置開始計時，下列判斷正確的是(　　) 圖10－2－17 A．電流表測得的是電流最大值 B．感應電動勢的瞬時值表達式為e＝NBSωsin ωt C．P向上移動時，電流表示數(shù)變大 D．P向上移動時，電流表示數(shù)變小 【解析】　電流表測得的是電流有效值，選項A錯誤；從圖示位置開始時，感應電動勢的瞬時值表達式為e＝NBSωsin ωt，選項B正確；P向上移動時，輸出電壓降低，電流表示數(shù)變小，選項C錯誤，D正確． 【答案】　BD ⊙遠距離輸電問題 4．(多選)(2

27、010江蘇高考)在如圖10－2－18所示的遠距離輸電電路圖中，升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器，發(fā)電廠的輸出電壓和輸電線的電阻均不變，隨著發(fā)電廠輸出功率的增大，下列說法中正確的有(　　) 圖10－2－18 A．升壓變壓器的輸出電壓增大 B．降壓變壓器的輸出電壓增大 C．輸電線上損耗的功率增大 D．輸電線上損耗的功率占總功率的比例增大 【解析】　升壓變壓器的輸出電壓由電源電壓及匝數(shù)比決定，輸出功率變大時升壓變壓器的輸出電壓不變，A項錯誤．由I＝可知當輸出功率增大時輸出電流增大．由U損＝IR及P損＝I2R可知U損及P損均增大，故C項正確．當U損增大時降壓變壓器的輸出電壓減小

28、，B選項錯誤．由P損＝R可知＝R，當輸出功率增大時輸電線損耗比例增大，D項正確． 【答案】　CD ⊙變壓器綜合應用問題 5．一個理想變壓器原線圈輸入功率為P0＝1 200 W，原、副線圈匝數(shù)比為n1∶n2＝2∶1，其副線圈兩端接一內(nèi)阻為r＝4 Ω的電動機，此電動機正以速度v＝0.8 m/s勻速向上提升質(zhì)量為m＝100 kg的重物，已知重力加速度g＝10 m/s2，則變壓器原線圈兩端的電壓為多大？ 【解析】　由能量守恒知，理想變壓器原線圈輸入功率等于輸出功率，又等于電動機的輸入功率． 據(jù)題意知P0－mgv＝I2r，式中I為變壓器的輸出電流， 即電動機的輸入電流， 得I＝＝10 A， 變壓器的輸出電壓為U2＝＝120 V. 設變壓器原線圈兩端的電壓為U1， 據(jù)題意知＝＝， 則U1＝U2＝240 V. 【答案】　240 V 希望對大家有所幫助，多謝您的瀏覽！