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Word文档下载推荐.docx
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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.
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.
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.
——————[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.
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.
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.
(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