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