高考一轮江苏物理 必考部分 第10章 第2节 变压器 电能的输送.docx

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高考一轮江苏物理必考部分第10章第2节变压器电能的输送

第2节　变压器　电能的输送

知识点1　理想变压器

1．构造（如图1021所示）

图1021

变压器由原线圈、副线圈和闭合铁芯组成．

2．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.

知识点2　远距离输电

1．输电过程（如图1022所示）

图1022

2．电压损失

（1）ΔU＝U－U′　

（2）ΔU＝IR

3．功率损失

（1）ΔP＝P－P′　

（2）ΔP＝I2R＝2R

4．减少输电线上电能损失的方法

（1）减小输电线的电阻R线．由R线＝ρ知，可采用加大导线的横截面积、采用电阻率小的材料做导线．

（2）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，必须提高输电电压．

知识点3　传感器的简单应用

1．传感器

将输入的非电学量，如力、热、磁、光、声等，转换为电学量的装置．

2．传感器的工作原理

非电学量传感器敏感元件转换元件转换电路电学量

3．四类常见的敏感元件

（1）光敏电阻：

在被光照时电阻发生变化，光照增强电阻减小，光照减弱电阻增大．

（2）热敏电阻

①正温度系数热敏电阻：

温度升高电阻增大．

②负温度系数热敏电阻：

温度升高电阻减小．

（3）金属热电阻：

电阻率随温度的升高而增大．

（4）霍尔元件：

能把磁感应强度这一磁学量转换成电压这一电学量的元件，UH＝k.

1．正误判断

（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）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．（×）

（3）变压器副线圈并联更多的用电器时，原线圈输入的电流随之减小．（×）

（4）增大输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失．（√）

（5）高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗．（√）

（6）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大．（√）

2．（理想变压器原理的理解）（多选）理想变压器的原、副线圈匝数比n1∶n2＝10∶1，原线圈两端接通交流电源，则（　　）【导学号：

96622179】

A．原、副线圈中电流频率之比f1∶f2＝10∶1

B．原、副线圈两端电压之比为U1∶U2＝10∶1

C．原、副线圈内交变电流之比I1∶I2＝1∶10

D．变压器输入和输出功率之比P1∶P2＝10∶1

【答案】　BC

3．（变压器规律的应用）（多选）（2017·无锡模拟）如图1023所示，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（　　）

图1023

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

【答案】　BD

4．（远距离输电电损的理解）远距离输电时，在输送电功率不变的条件下（　　）【导学号：

96622180】

A．只有增大导线的电阻，才能减小电流，提高输电效率

B．提高输电电压，能减小电流，提高输电效率

C．提高输电电压势必增大输电导线上的能量损耗

D．提高输电电压势必增大输电导线上的电流

【答案】　B

[核心精讲]

1．变压器的工作原理

2．理想变压器的基本关系

理想变压器

①没有能量损失（铜损、铁损）

②没有磁通量损失（磁通量全部集中在铁芯中）

基本关系

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

制约关系

电压

副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定

功率

原线圈的输入功率P入由副线圈的输出功率P出决定

电流

原线圈电流I1由副线圈电流I2和匝数比决定

[题组通关]

1．（多选）如图1024所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为n1∶n2，原线圈的两端a、b接正弦式交流电源，电压表的示数为220V，负载电阻R1＝66Ω，R2＝33Ω，电流表的示数为0.4A．则下列判断中正确的是（　　）

图1024

A．原、副线圈的匝数比为1∶10

B．原、副线圈的匝数比为5∶1

C．电流表的示数为2A

D．电流表的示数为0.4A

BC　负载电阻R1＝66Ω，R2＝33Ω，并联后的电阻为R＝22Ω，变压器输入功率P1＝U1I1＝P2＝IR，所以电流表的示数为I2＝＝2A，C正确，D错误；原、副线圈的匝数比n1∶n2＝I2∶I1＝5∶1，A错误，B正确．

2．（2016·全国乙卷）一含有理想变压器的电路如图1025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（　　）【导学号：

96622181】

图1025

A．2　　　B．3　　　　

C．4　　　D．5

B　设原、副线圈的匝数比为k，根据变压器匝数比与电流成反比的关系，则原线圈电流为I时，副线圈电流为kI；原线圈电流为4I时，副线圈电流为4kI.

根据变压器的输入功率等于输出功率得

UI－I2R1＝（kI）2（R2＋R3）

4UI－（4I）2R1＝（4kI）2R2

联立两式代入数据解得k＝3，选项B正确．

[名师微博]

关于理想变压器的四点注意

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．

[核心精讲]

1．匝数比不变的情况（如图1026所示）

图1026

（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1027所示）

图1027

（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．

[师生共研]

　（2015·安徽高考）如图1028所示电路中，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，观察到电流表的示数增大了0.2A，电流表的示数增大了0.8A，则下列说法正确的是（　　）

图1028

A．电压表示数增大

B．电压表、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

【合作探讨】

（1）滑片移动时，的示数变了.的示数变吗？

提示：

的示数由的决定，故不变．

（2）、的示数均变大了，变压器的输入功率P1、输出功率P2如何变？

两者的关系如何变？

提示：

P1、P2均变大，但P1＝P2不变．

D　电压表的示数和a、b间电压的有效值相同，滑片滑动时示数不变，选项A错误；电压表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，故示数不变，示数为示数减去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．

理想变压器动态分析的方法

1．分清不变量和变量，弄清理想变压器中电压、电流、功率之间的联系和相互制约的关系，利用闭合电路欧姆定律，串、并联电路特点进行分析、判定．

2．电压、电流、功率之间的制约关系

（1）U1决定U2　

（2）I2决定I1　（3）P2决定P1

3．可以把理想变压器的副线圈看做是给用户供电的无阻电源，对负载电路进行动态分析时，可以参照直流电路动态分析的方法．

[题组通关]

3．（多选）（2017·徐州模拟）如图1029所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，b是原线圈中心的抽头，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u1＝220sin100πt（V），则（　　）

图1029

A．当单刀双掷开关与a连接时，电压表V1的示数为22V

B．当t＝s时，电压表V0的读数为220V

C．单刀双掷开关与a连接，当滑动变阻器滑片P向上移动的过程中，电压表V1的示数增大，电流表示数变小

D．当单刀双掷开关由a扳向b时，电压表V1和电流表的示数均变小

BC　当单刀双掷开关与a连接时，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，副线圈输出电压为U2＝22V，但电压表V1示数小于U2，故A错误；当t＝s时，电压表V0的读数为有效值220V，故B正确；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，滑动变阻器的电阻变大，电路的总电阻变大，由于副线圈输出电压U2是由变压器决定的，所以电流表示数变小，电压表V1示数变大，故C正确；当单刀双掷开关由a扳向b时，理想变压器原、副线圈的匝数比变为5∶1，副线圈输出电压U2变大，电流表和电压表V1的示数均变大，故D错误．

4．（多选）如图10210所示，变压器输入有效值恒定的电压，副线圈匝数可调，输出电压通过输电线送给用户（电灯等用电器），R表示输电线的电阻，则（　　）【导学号：

96622182】

图10210

A．用电器增加时，变压器输出电压增大

B．要提高用户的电压，滑动触头P应向上滑

C．用电器增加时，输电线的热损耗减少

D．用电器增加时，变压器的输入功率增加

BD　由于变压器原、副线圈匝数不变，而且输入电压不变，因此增加负载不会影响输出电压，A错误；根据变压器原理可知输出电压U2＝U1，当滑动触头P向上滑时，n2增大，所以输出电压增大，B正确；由于用电器是并联的，因此用电器增加时总电阻变小，输出电压不变，总电流增大，故输电线上热损耗增大，C错误；用电器增加时总电阻变小，总电流增大，输出功率增大，所以输入功率增大，D正确．

[核心精讲]

1．理清三个回路

图10211

远距离输电电网间的基本结构，如图10211所示．输电过程的电路被划分为三个独立的回路，即电源回路、输送回路和用户回路．在每个回路中，变压器的原线圈是回路的用电器，而相应的副线圈是下一个回路的电源，每个回路均可应用闭合电路欧姆定律、串并联电路的规律，而变压器的电压、电流、功率关系则是联系不同回路的桥梁．

2．抓住两个联系

（1）理想的升压变压器联系了电源回路和输送回路，由理想变压器原理可得：

线圈1（匝数为n1）和线圈2（匝数为n2）中各个量间的关系是：

＝，I1n1＝I2n2，P1＝P2.

（2）理想的降压变压器联系了输送回路和用户回路，由理想变压器原理可得：

线圈3（匝数为n3）和线圈4（匝数为n4）中各个量间的关系是：

＝，I3n3＝I4n4，P3＝P4.

3．掌握一个能量守恒定律

发电机把机械能转化为电能，并通过导线将能量输送给线圈1，线圈1上的能量就是远程输电的总能量，在输送过程中，先被输送回路上的