高考物理复习第十一章 第2讲文档格式.docx
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(3)电流关系:
只有一个副线圈时=.
由P入=P出及P=UI推出有多个副线圈时,U1I1=U2I2+U3I3+…+UnIn.
[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=ρ,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P=UI,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
P1=P2,P3=P4,P2=P损+P3.
(2)电压、电流关系:
==,==,U2=ΔU+U3,I2=I3=I线.
(3)输电电流:
I线===.
(4)输电线上损耗的电功率:
P损=I线ΔU=IR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=P-P′,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=,ΔU为输电线路上损失的电压,R线为线路电阻.
(4)P损=ΔUI线,ΔU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3-2P44第2题改编)有些机床为了安全,照明电灯用的电压是36V,这个电压是把380V的电压降压后得到的.如果变压器的原线圈是1140匝,副线圈是( )
A.1081匝B.1800匝C.108匝D.8010匝
答案 C
解析 由题意知U1=380V,U2=36V,n1=1140
则=得n2=n1=108.
3.(人教版选修3-2P44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的示数增大了0.2A,电流表A2的示数增大了0.8A,则下列说法正确的是( )
图3
A.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c→d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U1I1=U2I2,则U1ΔI1=U2ΔI2,ΔI2>ΔI1,故U2<U1,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c→d的方向滑动,选项D正确.
4.(人教版选修3-2P50第3题改编)从发电站输出的功率为220kW,输电线的总电阻为0.05Ω,用110V和11kV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( )
A.100∶1B.1∶100C.1∶10D.10∶1
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ΔU=Ir=
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,P1=P2,故P1发生变化.
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P1=P2,故P1变化,P1=U1I1,U1不变,故I1发生变化.
3.变压器动态问题的分析流程
例1 (2016·
天津理综·
5)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4
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
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 (2016·
全国Ⅰ卷·
16)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3Ω、1Ω和4Ω,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( )
图5
A.2B.3C.4D.5
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U2=I2(R2+R3)=,由=可得原线圈两端的电压U1=5I2,则U=U1+IR1=5I2+3I;
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U2′=I2′R2=,由=可得原线圈两端的电压U1′=4I2,则U=U1′+4IR1=4I2+12I,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n1∶n2=2∶1,和均为理想电表,灯泡电阻RL=6Ω,AB端电压u1=12sin100πt(V).下列说法正确的是( )
图6
A.电流频率为100Hz
B.的读数为24V
C.的读数为0.5A
D.变压器输入功率为6W
解析 由ω=100π=2πf得f=50Hz,A错;
由题知:
Um1=12V,则有效值U1==12V.由=得U2=6V,I2==1A,B、C错;
由能量守恒得P1=P2=U2I2=6W,D对.
2.一自耦变压器如图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7
A.U2>
U1,U2降低B.U2>
U1,U2升高
C.U2<
U1,U2降低D.U2<
解析 由=,n1>
n2知U2<
U1;
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ΔU的关系导致错误,三者关系是U2=ΔU+U3;
(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P1=P损+P4.
例3 (2015·
福建理综·
15)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( )
图8
A.()B.()
C.4()2()2rD.4()2()2r
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P′=I22r=4r22,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n1∶n2=n4∶n3.当用户消耗的功率增大时,下列表述正确的是( )
图9
A.用户的总电阻增大
B.用户得到的电压U4增大
C.U1∶U2=U4∶U3
D.用户消耗的功率等于发电机的输出功率
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n1∶n2=n4∶n3,所以U1∶U2=U4∶U3,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u1=220·
sin100πt(V),则下列表述正确的是( )
图10
A.U1<U2,U3>U4
B.U1=220V
C.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25Hz
答案 AC
解析 远距离采用高压输电,然后降压后再使用,所以A正确;
U1为有效值,应该是220V,所以B错误;
输电线上损失的功率为P损=2R线,所
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- 高考物理复习第十一章 第2讲 高考 物理 复习 第十一