新课标河南省高考物理总复习讲义第讲变压器电能的输送.docx

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新课标河南省高考物理总复习讲义第讲变压器电能的输送

第2讲　变压器　电能的输送

知识一　理想变压器

1．构造（如图10－2－1所示）

图10－2－1

变压器由原线圈、副线圈和闭合铁芯组成．

2．工作原理

互感现象．

3．基本关系

（1）电压关系：

＝.

（2）功率关系：

P入＝P出．

（3）电流关系：

①只有一个副线圈时：

＝.

②有多个副线圈时，U1I1＝U2I2＋U3I3＋…＋UnIn.

4．几种常用的变压器

（1）自耦变压器——调压变压器．

（2）互感器

5．理想变压器的理解．

（1）没有能量损失．

（2）没有磁通量损失．

（1）变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用．（√）

（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．（×）

知识二　远距离输电

1．输电过程（如图10－2－2所示）

图10－2－2

2．输送电流

（1）I＝；

（2）I＝.

3．输电导线上的能量损失：

主要是由输电线的电阻发热产生的，表达式为Q＝I2Rt.

4．电压损失

（1）ΔU＝U－U′　

（2）ΔU＝IR.

5．功率损失

（1）ΔP＝P－P′　

（2）ΔP＝I2R＝（）2R.

6．降低输电损耗的两个途径

（1）减小输电导线的电阻．

（2）减小输电导线中的输电电流．

　照明供电线路的路端电压基本上是保持不变的．可是我们在晚上七、八点钟用电高峰时开灯，电灯比深夜时要显得暗些，这是什么原因呢？

[提示]　在用电高峰时，总电阻比深夜时小，供电线路上的电流大，输电线路上损失的电压较大，因而每盏电灯两端的电压较低．

1．如图10－2－3所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为2∶1，电阻R＝55.0Ω，原线圈两端接一正弦式交变电流，电压u随时间t变化的规律为u＝110sin20πt（V），时间t的单位是s.那么，通过电阻R的电流有效值和频率分别为（　　）

图10－2－3

A．1.0A、20Hz　　　　　B.A、20Hz

C.A、10HzD．1.0A、10Hz

【解析】　原线圈电压有效值为110V，副线圈电压有效值为55V，通过电阻R的电流有效值为1.0A，频率为10Hz，选项D正确．

【答案】　D

2．如图10－2－4所示，一理想变压器的原副线圈匝数比为5∶1，正弦交流电源的内阻不计，电阻R1＝R2＝4Ω，R2消耗的功率为P2＝100W，则（　　）

图10－2－4

A．R1消耗的功率为100W

B．R1、R2中的电流之比为1∶5

C．原线圈两端电压的最大值为100V

D．交流电源的输出功率等于100W

【解析】　由变压器的功率关系，R1、R2中的电流之比为1∶5，R1中电流为1A，消耗的功率为4W，选项B正确，A错误；副线圈输出电压为20V，原线圈两端电压的有效值为100V，最大值为141V，交流电源的输出功率等于两电阻消耗功率之和，为104W，选项C、D错误．

【答案】　B

3．如图10－2－5，一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（　　）

图10－2－5

A．U＝110V，I＝0.2A

B．U＝110V，I＝0.05A

C．U＝110V，I＝0.2A

D．U＝110V，I＝0.2A

【解析】　由变压原理＝可得U1＝110V，即电压表示数为110V．由P入＝P出，灯泡正常发光可得P入＝U1I1＝P出＝22W，I1＝A＝0.2A，故A正确．

【答案】　A

4．（2013·广东高考）如图10－2－6，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10－2－6

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AB端电压u1＝12sin100πt（V）知ω＝100π，又ω＝2πf，得频率f＝50Hz，A错误；由理想变压器规律＝，U2＝6V，B错误；又I2＝＝1A，C错误；P2＝U2I2＝6W，P1＝P2，D正确．

【答案】　D

5．（2010·浙江高考）某水电站，用总电阻为2.5Ω的输电线输电给500km外的用户，其输出电功率是3×106kW.现用500kV电压输电，则下列说法正确的是（　　）

A．输电线上输送的电流大小为2.0×105A

B．输电线上由电阻造成的损失电压为15kV

C．若改用5kV电压输电，则输电线上损失的功率为9×108kW

D．输电线上损失的功率为ΔP＝，U为输电电压，r为输电线的电阻

【解析】　输电线上输送的电流为I输＝＝＝6000A，A选项错误．输电线上由电阻造成的损失电压U损＝I输×R线＝6000A×2.5Ω＝1.5×104V，B选项正确．若输电电压为5kV，则输电线上损失的功率不可能大于输电总功率3×106kW，C选项错误．ΔP＝中，U应当为输电线上损失的电压，D选项错误．

【答案】　B

考点一[85]　理想变压器原、副线圈基本关系的应用

一、基本关系

1．P入＝P出．

2.＝，有多个副线圈时，仍然成立．

3.＝，电流与匝数成反比，只对一个副线圈的变压器适用．有多个副线圈时，由输入功率和输出功率相等确定电流关系．

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．

二、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．

——————[1个示范例]——————

　（2013·四川高考）用220V的正弦交流电通过理想变压器对一负载供电，变压器输出电压是110V，通过负载的电流图象如图10－2－7所示，则（　　）

图10－2－7

A．变压器输入功率约为3.9W

B．输出电压的最大值是110V

C．变压器原、副线圈匝数比是1∶2

D．负载电流的函数表达式i＝0.05sin（100πt＋）A

【审题指导】　

（1）理想变压器输入功率与输出功率相等．

（2）交流电路中的功率需要用有效值计算．

（3）由负载电流的图象，其函数表达式应为i＝Imsinωt形式．

【解析】　根据图象可知：

负载电流的最大值Im＝0.05A，周期T＝0.02s，则ω＝＝rad/s＝100πrad/s，所以负载电流的函数表达式i＝0.05sin100πtA，故选项D错误；负载电流的有效值I＝＝A＝0.03535A，则理想变压器的输入功率P入＝P出＝110×0.03535W≈3.9W，故选项A正确；输出电压的有效值为110V，最大值为110V，故选项B错误；变压器原、副线圈匝数比＝＝2，故选项C错误．

【答案】　A

——————[1个预测例]——————

　（多选）如图10－2－8所示，变压器输入交变电压u＝311sin100πt（V），变压器原、副线圈匝数比为2∶1，已知电水壶额定功率为880W，排气扇机内电阻为1Ω，电流表示数为16A，各用电器均工作正常．电表均为理想电表，则（　　）

图10－2－8

A．电压表示数为110V

B．变压器的输入功率为1760W

C．排气扇输出功率为827W

D．保险丝熔断电流不得低于32A

【解析】　由交流电表达式可知输入电压有效值为220V，结合匝数比可知电压表读数为110V，则A正确；变压器输入功率P总＝1760W，则B正确；电水壶工作电流I＝＝8A，则排气扇工作电流I′＝8A，其功率P′＝UI′＝880W，排气扇输出功率P出＝P′－I′2R＝816W，则C错误；原线圈正常工作电流为8A，则D错误．

【答案】　AB

考点二[86]　理想变压器的动态分析

　分析理想变压器动态问题的思路程序可表示为：

U1U2I2I1P1.

——————[1个示范例]——————

图10－2－9

　（多选）（2013·江苏高考）如图10－2－9所示，理想变压器原线圈接有交流电源，当副线圈上的滑片P处于图示位置时，灯泡L能发光．要使灯泡变亮，可以采取的方法有（　　）

A．向下滑动P　　　　　　　　B．增大交流电源的电压

C．增大交流电源的频率D．减小电容器C的电容

【审题指导】　

（1）滑片P向下滑动，副线圈匝数减少，变压器输出电压变小．

（2）增大频率，容抗减小，减小电容，容抗变大．

【解析】　根据变压器的变压原理，滑片P向下滑动时，副线圈的匝数变少，则输出电压变小，灯变暗，A项错误；增大交流电源的电压时，输出电压随之增大，灯变亮，B正确；电容器具有“阻低频，通高频”的特性，故增大交流电源的频率，使电容器的通交流的性能增强，灯变亮，C项正确；减小电容器C的电容，会使电容的通交流的性能减弱，导致灯变暗，D项错误．

【答案】　BC

　理想变压器的动态分析的方法

（1）分清不变量和变量．

（2）明确理想变压器中电压、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个预测例]——————

　如图10－2－10所示，原、副线圈的匝数均可调节，原线圈两端接一正弦交变电流，为了使变压器输入功率增大，可以采取的措施有（　　）

图10－2－10

A．只增加原线圈的匝数n1

B．只减少副线圈的匝数n2

C．只减少负载电阻R的阻值

D．只增大负载电阻R的阻值

【解析】　由＝知，当n1增大时，U2减小，当减小n2时，U2也减小，又根据P入＝P出＝知，A、B、D均错误，C正确．

【答案】　C

考点三[87]　远距离输电问题

一、远距离输电的电路结构图

图10－2－11

二、五个关系式

1.＝，＝.

2．理想变压器的输入功率等于输出功率，P入＝P出．

3．升压变压器原线圈的电流I1＝，副线圈的电流I2＝，U2为输送电压．

4．功率损失：

ΔP＝IR线＝，P2＝P3＋ΔP.

5．电压关系：

U2＝I2R线＋U3.

三、解远距离输电问题的思路

1．正确画出输电过程示意图并在图上标出各物理量．

2．抓住变压器变压前后各量间关系，求出输电线上的电流．

3．计算电路功率问题时常用关系式：

P损＝IR线，注意输电线上的功率损失和电压损失．

4．电网送电遵循“用多少送多少”的原则说明原线圈电流由副线圈电流决定．

——————[1个示范例]——————

　（2014·黄冈中学模拟）如图10－2－12为远距离高压输电的示意图．关于远距离输电，下列表述错误的是（　　）

图10－2－12

A．增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失

B．高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗的

C．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小

D．高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好

【解析】　依据输电原理，电路中的功率损耗ΔP＝I2R线，而R线＝ρ，增大输电线的横截面积，可减小输电线的电阻，则能够减小输电线上的功率损耗，A项正确；由P＝UI来看在输送功率一定的情况下，输送电压U越大，则输电电流越小，则功率损耗越小，B项正确；若输电电压一定，输送功率越大，则电流I越大，电路中损耗的电功率越大，C项错误；输电电压并不是电压越高越好，因为