届高考物理大一轮复习 第十章 第二节 变压器 远距离输电教学讲义Word格式文档下载.docx
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U1,则以下判断中正确的是( )
A.该变压器输入电流与输出电流之比为U1∶U2
B.该变压器输入功率与输出功率之比为U2∶U1
C.通过负载电阻R的电流I2=
D.通过初级线圈的电流I1=
答案:
CD
二、远距离输电
1.输电线路(如图所示)
2.输送电流
(1)I=.
(2)I=.
3.电压损失
(1)ΔU=U-U′.
(2)ΔU=IR.
4.功率损失
(1)ΔP=P-P′.
(2)ΔP=I2R=2R=.
2.(单选)中国已投产运行的1000kV特高压输电,是目前世界上电压最高的输电工程.假设甲、乙两地原来用500kV的超高压输电,在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下,现改用1000kV特高压输电,不考虑其他因素的影响.则( )
A.送电电流变为原来的2倍
B.输电线上降落的电压将变为原来的2倍
C.输电线上降落的电压将变为原来的
D.输电线上损耗的电功率将变为原来的
C
考点一 理想变压器原、副线圈关系的应用
1.基本关系
(1)P入=P出,(有多个副线圈时,P1=P2+P3+……)
(2)=,有多个副线圈时,仍然成立.
(3)=,电流与匝数成反比(只适合一个副线圈)
n1I1=n2I2+n3I3+……(多个副线圈)
(4)原、副线圈的每一匝的磁通量都相同,磁通量变化率也相同,频率也就相同.
2.制约关系
(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.
(多选)(·
高考山东卷)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
[思路点拨] 根据变压器的变压规律=,变流规律=,正弦交变电流有效值和峰值的关系I=,功率公式P=IU和理想变压器的特点P1=P2解决问题.
[解析] 变压器的输入功率P1=P2=I2U2=2.2×
60W=132W,选项A错误;
由=得===,选项D正确;
由=得I1=I2=×
2.2A=0.6A,选项B正确;
根据I=得副线圈上的电流的最大值I2m=I2=2.2A,选项C错误.
[答案] BD
[总结提升] 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.
1.(单选)(2015·
宁夏银川模拟)如图所示,理想变压器与电阻R、交流电压表V、交流电流表A按图甲所示方式连接,已知变压器的原、副线圈的匝数比为n1∶n2=10∶1,电阻R=10Ω.图乙是R两端电压u随时间变化的图象,Um=10V.则下列说法中正确的是( )
A.交变电流的频率是50Hz
B.电流表A的读数为A
C.电压表V的读数为10V
D.变压器的输入功率为10W
解析:
选D.由题意可知交流电的频率f==Hz=50Hz,所以A错;
依据=,I2=可知,电流表A的读数I1=A,所以B错;
电压表V测R两端电压,则其读数为U2=10V,所以C错;
变压器的输出功率决定输入功率,则P出==10W,所以P入=10W,D正确.
考点二 理想变压器的动态分析[学生用书P200]
1.匝数比不变的情况(如图所示)
(1)U1不变,根据=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=可以判断I1的变化情况.
(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.
(单选)(2015·
潍坊联考)如图甲所示的电路中,S为单刀双掷开关,电表为理想电表,Rt为热敏电阻(阻值随温度的升高而减小),理想变压器原线圈接图乙所示的正弦交流电,则( )
A.变压器原线圈中交流电压u的表达式u=110·
sin100πt(V)
B.S接在a端,Rt温度升高时,变压器的输入功率变小
C.S接在a端,Rt温度升高时,电压表和电流表的示数均变大
D.S由a切换到b,Rt消耗的功率变大
[解析] 由交变电流图象,可知电压最大值为110V,周期为0.02s,所以ω=100πrad/s,A项正确;
副线圈输出电压由变压器匝数比和输入电压决定,故温度升高时,Rt电阻阻值减小,两端电压不变,C项错;
由P=可知,变压器输出功率增大,故其输入功率也随之增大,B项错;
S由a切换到b,副线圈匝数减小,故输出电压减小,Rt电阻不变,由P=知,消耗功率减小,D项错.
[答案] A
[方法总结] 变压器动态分析的思路流程
2.(多选)(·
高考广东卷)如图所示的电路中,P为滑动变阻器的滑片,保持理想变压器的输入电压U1不变,闭合电键S,下列说法正确的是( )
A.P向下滑动时,灯L变亮
B.P向下滑动时,变压器的输出电压不变
C.P向上滑动时,变压器的输入电流变小
D.P向上滑动时,变压器的输出功率变大
选BD.由于理想变压器输入电压U1不变,原、副线圈匝数不变,所以输出电压U2也不变,灯L亮度不随P的滑动改变,故选项A错误,选项B正确.P向上滑动时,滑动变阻器接入电路的电阻减小,负载总电阻R总减小,由I2=知,通过副线圈的电流I2增大,输出功率P2=U2I2增大,再由=知输入电流I1也增大,故选项C错误,D正确.
考点三 关于远距离输电问题的分析
1.远距离输电的处理思路
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”这样的顺序,或从“用电器”倒推到“发电机”一步一步进行分析.
2.远距离高压输电的几个基本关系(以下图为例):
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=I2线R线=2R线.
当输送的电功率一定时,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.
(单选)通过一理想变压器,经同一线路输送相同的电功率P,原线圈的电压U保持不变,输电线路的总电阻为R.当副线圈与原线圈的匝数比为k时,线路损耗的电功率为P1,若将副线圈与原线圈的匝数比提高到nk,线路损耗的电功率为P2,则P1和分别为( )
A., B.2R,
C.,D.2R,
[解析] 根据变压器的变压规律,得=k,=nk,所以U1=kU,U2=nkU.根据P=UI,知匝数比为k和nk的变压器副线圈的电流分别为I1==,I2==.根据P=I2R知,输电线路损耗的电功率分别为P1=IR=2R,P2=IR=2R,所以=,选项D正确,选项A、B、C错误.
[答案] D
[总结提升] 解决远距离输电问题应注意下列几点
(1)画出输电电路图.
(2)注意升压变压器副线圈中的电流与降压变压器原线圈中的电流相等.
(3)输电线长度等于距离的2倍.
(4)计算线路功率损失一般用P损=I2R线.
3.(单选)(·
高考江苏卷)远距离输电的原理图如图所示,升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2,电压分别为U1、U2,电流分别为I1、I2,输电线上的电阻为R.变压器为理想变压器,则下列关系式中正确的是( )
A.=B.I2=
C.I1U1=IRD.I1U1=I2U2
选D.根据理想变压器的工作原理得I1U1=I2U2、=.U2不是加在R两端的电压,故I2≠,而I1U1等于R上消耗的功率IR与下一级变压器的输入功率之和.只有选项D正确.
方法技巧——变压器原理的应用
(多选)如图所示理想变压器的三个线圈的匝数n1∶n2∶n3=1∶4∶4,在M、N间接正弦交流电源,在a、b和c、d间接相同的电阻器R,则( )
A.U1=U2=4U3 B.U2=U3=2U1
C.I1=4I2=4I3D.P1=2P2=2P3
[解析] 由于副线圈有两个相同的铁芯,所以原线圈中的磁通量与线圈中的磁通量关系为:
Φ1=2Φ2=2Φ3,磁通量变化率关系为:
=2=2,故每匝线圈产生的感应电动势关系为:
e1=2e2=2e3,对理想变压器有:
U1=n1e1,U2=n2e2,U3=n3e3,因此,可得:
==,代入n1∶n2∶n3=1∶4∶4得U2=U3=2U1,故A错B对.由能量守恒得:
P1=P2+P3=2P2=2P3,D对,由I1U1=2I2U2=2I3U3得:
I1=4I2=4I3,C对.
[答案] BCD
[点评] 公式=是根据原、副线圈中的磁通量相等推导出的,若磁通量不等则要根据法拉第电磁感应定律求解.
4.(单选)在如图所示的铁芯上绕有4个线圈,匝数之比为n1∶n2∶n3∶n4=1∶1∶2∶1,今在线圈1两端接正弦交流电源,下列判断正确的是( )
A.U1=U2=U3=U4
B.U1=U2=U3,U4=0
C.U1=U2+U3+U4
D.以上均不对
选B.线圈1、2、3的电压关系遵守变压比公式,线圈4中的磁通量始终为0,不产生感应电动势,故U4=0,B正确.
1.(单选)(2015·
陕西西安长安一中模拟)如图,一理想变压器原副线圈的匝数比为1∶2,副线圈电路中接有灯泡,灯泡的额定电压为220V,额定功率为22W;
原线圈电路中接有电压表和电流表.现闭合开关,灯泡正常发光.若用U和I分别表示此时电压表和电流表的读数,则( )
A.U=110V,I=0.05A
B.U=110V,I=0.2A
C.U=110V,I=0.2A
D.U=110V,I=0.2A
选B.灯泡正常发光时,加在灯泡两端的电压为220V,流过灯泡的电流I=0.1A,根据=,可知电压表读数U1=110V,根据=,可得电流表读数I1=0.2A,因此B正确.
2.(单选)(2015·
沈阳质检)如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为20∶1,b接原线圈的中心触头,电压表和电流表均为理想电表.从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压,其瞬时值表达式为u=220sin100πt(V),则( )
A.单刀双掷开关与a连接,在滑动变阻器触头P向上移动的过程中,电压表和电流表的示数均变小
B.原线圈和副线圈中交变电流的频率之比为20∶1
C.当单刀双掷开关与b连接时,电压表的示数为22V
D.当单刀双掷开关由a拨向b时,
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