高考物理一轮复习第十章交变电流传感器第2节变压器电能的输送Word文档下载推荐.docx
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本
关
系
功率关系
P入=P出
电压关系
原、副线圈的电压比等于匝数比:
=
电流关系
只有一个副线圈时,电流和匝数成反比:
频率关系
原、副线圈中电流的频率相等
制
约
电压
原线圈电压U1和匝数比决定副线圈电压U2
功率
副线圈的输出功率P出决定原线圈的输入功率P入
电流
副线圈电流I2和匝数比决定原线圈电流I1
[多角练通]
1.(2016·
四川高考)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( )
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:
选B 由于家庭电路上理想变压器为降压变压器,故n1>n2,当原、副线圈减少相同的匝数时,其变压比变大,根据=,U1一定,U2变小,故小灯泡变暗,选项A错误,选项B正确;
由=知,原、副线圈电压的比值变大,选项C错误;
根据=,则通过原、副线圈电流的比值变小,选项D错误。
2.(多选)(2014·
山东高考)如图,将额定电压为60V的用电器,通过一理想变压器接在正弦交变电源上。
闭合开关S后,用电器正常工作,交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220V和2.2A。
以下判断正确的是( )
A.变压器输入功率为484W
B.通过原线圈的电流的有效值为0.6A
C.通过副线圈的电流的最大值为2.2A
D.变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=11∶3
选BD 将额定电压为60V的用电器接在理想变压器的输出端,在闭合开关后,用电器正常工作,已知交流电压表和交流电流表(均为理想电表)读数分别为220V和2.2A,根据功率公式可以求出用电器消耗的功率为132W,因此A选项不正确;
再根据变压器变压公式和变流公式可知,=和=,联立可求得通过原线圈的电流的有效值为0.6A,所以选项B正确;
由于电流表显示的是有效值,因此通过副线圈电流的最大值为2.2A,故选项C错误;
根据变压器的变压公式可知,变压器原、副线圈的匝数比为n1∶n2=11∶3,所以D选项正确。
突破点
(二) 理想变压器的动态分析
常见的理想变压器的动态分析问题一般有两种:
匝数比不变的情况和负载电阻不变的情况。
1.匝数比不变的情况(如图所示)
(1)U1不变,根据=,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。
(2)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P1=P2,可以判断P1的变化。
2.负载电阻不变的情况(如图所示)
(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P1=P2,可以判断P2变化时,P1发生变化,U1不变时,I1发生变化。
[典例] (2016·
天津高考)如图所示,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( )
A.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
[思路点拨] 解答本题时应从以下三点进行分析:
(1)变压器中次级线圈电流决定初级线圈电流。
(2)变压器中次级线圈功率决定初级线圈功率。
(3)变压器中初级线圈电压决定次级线圈电压。
[解析] 当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,滑动变阻器连入电路的电阻R变大,则副线圈所在电路的总电阻R总变大,因原、副线圈两端的电压U1、U2不变,则通过R1的电流I2=变小,R1消耗的功率PR1=I22R1变小,选项A错误;
R1两端的电压UR1=I2R1变小,则电压表V的示数UV=U2-UR1变大,选项B正确;
因通过原、副线圈的电流关系=,I2变小,则I1变小,即电流表A1的示数变小,选项C错误;
若闭合开关S,则副线圈所在电路的总电阻R总′变小,通过副线圈的电流I2′=变大,则通过原线圈的电流I1′变大,电流表A1的示数变大,R1两端的电压UR1′=I2′R1变大,则R2两端的电压UR2′=U2-UR1′变小,电流表A2的示数变小,选项D错误。
[答案] B
[集训冲关]
1.(多选)为保证用户电压稳定在220V,变电所需适时进行调压,如图甲所示为调压变压器示意图。
保持输入电压u1不变,当滑动触头P上下移动时可改变输出电压。
某次检测得到用户电压u2随时间t变化的图线如图乙所示,则以下说法正确的是( )
A.u2=190sin50πt(V)
B.u2=190sin100πt(V)
C.为使用户电压稳定在220V,应将P适当下移
D.为使用户电压稳定在220V,应将P适当上移
选BD 根据题图乙可知用户电压的最大值U2m=190V,周期T=0.02s,则角速度ω==100πrad/s,用户电压的瞬时值表达式u2=U2msinωt=190sin100πt(V),选项A错误,B正确;
根据变压器的电压关系=,可知U2=U1,由于U1、n2不变,要提高U2,只能减小n1,所以P应上移,选项C错误,D正确。
2.(多选)(2016·
海南高考)图(a)所示,理想变压器的原、副线圈的匝数比为4∶1,RT为阻值随温度升高而减小的热敏电阻,R1为定值电阻,电压表和电流表均为理想交流电表。
原线圈所接电压u随时间t按正弦规律变化,如图(b)所示。
A.变压器输入、输出功率之比为4∶1
B.变压器原、副线圈中的电流强度之比为1∶4
C.u随t变化的规律为u=51sin(50πt)(国际单位制)
D.若热敏电阻RT的温度升高,则电压表的示数不变,电流表的示数变大
选BD 由题意,理想变压器输入、输出功率之比为1∶1,选项A错误;
变压器原、副线圈中的电流强度与匝数成反比,即==,故选项B正确;
由题图(b)可知交流电压最大值Um=51V,周期T=0.02s,角速度ω=100πrad/s,则可得u=51sin(100πt)(V),故选项C错误;
RT的温度升高时,阻值减小,电流表的示数变大,电压表示数不变,故选项D正确。
突破点(三) 远距离输电
远距离输电问题的“三二一”
1.理清三个回路
在回路2中,U2=ΔU+U3,I2=I线=I3。
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=,=,P1=P2。
(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=,=,P3=P4。
3.掌握一个守恒
能量守恒关系式P1=P损+P4。
[典例] (2015·
福建高考)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u=Umsinωt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.
C.422rD.422r
[解析] 升压变压器T的原线圈两端电压的有效值为U1=;
由变压关系可得=,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ΔP=I22(2r)=,故选项C正确。
[答案] C
[方法规律] 输电线路功率损失的计算方法
(1)P损=P-P′,P为输送的功率,P′为用户得到的功率。
(2)P损=I线2R线,I线为输电线路上的电流,R线为线路电阻。
(3)P损=,ΔU为输电线路上损失的电压,不要与U2、U3相混。
(4)P损=ΔU·
I线。
(多选)(2017·
福州模拟)如图甲所示为远距离输电示意图,变压器均为理想变压器。
升压变压器原、副线圈匝数比为1∶100,其输入电压变化规律如图乙所示,远距离输电线的总电阻为100Ω。
降压变压器副线圈电路部分为一火警报警系统原理图,其中R1为一定值电阻,R2为用半导体热敏材料制成的传感器,当温度升高时其阻值变小。
电压表V显示加在报警器上的电压(报警器未画出)。
未出现火警时,升压变压器的输入功率为750kW。
下列说法中正确的有( )
A.降压变压器副线圈输出的交流电频率为50Hz
B.远距离输电线路损耗的功率为180kW
C.当传感器R2所在处出现火警时,电压表V的示数变大
D.当传感器R2所在处出现火警时,输电线上的电流变大
选AD 由题图乙知交流电的周期0.02s,所以频率为50Hz,A正确;
由题图乙知升压变压器输入端电压有效值为250V,根据电压与匝数成正比知副线圈电压为25000V,所以输电线中的电流I==30A,输电线损失的电压ΔU=IR=30×
100V=3000V,输电线路损耗功率ΔP=ΔU·
I=90kW,B错误;
当传感器R2所在处出现火警时,其阻值减小,副线圈两端电压不变,副线圈中电流增大,定值电阻所分电压增大,所以电压表V的示数变小,C错误;
副线圈电流增大,根据电流与匝数成反比知,输电线上的电流变大,D正确。
突破点(四) 三种特殊的变压器
模型一 自耦变压器
高中物理中研究的变压器本身就是一种忽略了能量损失的理想模型,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。
[典例1] (2016·
江苏高考)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( )
A.U2>U1,U2降低
B.U2>U1,U2升高
C.U2<U1,U2降低
D.U2<U1,U2升高
[解析] a、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,副线圈的匝数进一步减小,由变压器工作原理=知,U2<U1,且U2降低,选项C正确。
模型二 互感器
分为电压互感器和电流互感器,比较如下:
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
I1n1=I2n2
[典例2] (2013·
天津高考)普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流,通常要通过电流互感器来连接,图中电流互感器ab一侧线圈的匝
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- 高考 物理 一轮 复习 第十 章交变 电流传感器 变压器 电能 输送