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2019年高考物理專題復習《變壓器 電能的輸送》知識遷移應用 一、回顧舊知 （一）變壓器的構(gòu)造與原理（理想變壓器） （二）理想變壓器中的接個關(guān)系（電壓、電流、功率與線圈匝數(shù)的關(guān)系） （三）變壓器的動態(tài)分析 （四）電能的輸送 二、新課講解 （一）考點 1、變壓器的動態(tài)分析 2、電能的輸送 3、減少輸電線上電能損失的兩種方法 4、求輸電線上電流的方法 5、運用歐姆定律和焦耳定律解決遠距離輸電問題 （二）重難點 1、變壓器的動態(tài)分析 2、電能的輸送 3、減少輸電線上電能損失的兩種方法 （三）易混點 電能的輸送 3、 例題精析 1．(xx北京高考)一理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2＝11∶5，原線圈與正弦交變電源連接，輸入電壓u如圖1所示．副線圈僅接入一個10 Ω的電阻．則 (　　) A．流過電阻的電流是20 A B．與電阻并聯(lián)的電壓表的示數(shù)是100 V C．經(jīng)過1分鐘電阻發(fā)出的熱量是6103 J D．變壓器的輸入功率是1103 W 解析：原線圈中電壓的有效值是220 V．由變壓比知副線圈中電壓為100 V，流過電阻的電流是10 A；與電阻并聯(lián)的電壓表的示數(shù)是100 V；經(jīng)過1分鐘電阻發(fā)出的熱量是6104 J；P入＝P出＝＝ V＝1103 W．只有D項正確． 答案：D 2．如圖2所示，有一理想變壓器，原、副線圈的匝數(shù)比為n.原線圈接正弦交流電壓U，輸出端接有一個交流電流表和一個電動機．電動機線圈電阻為R.當輸入端接通電源后，電流表讀數(shù)為I，電動機帶動一重物勻速上升．下列判斷正確的是 (　　) A．電動機兩端電壓為IR B．電動機消耗的功率為I2R C．原線圈中的電流為nI D．變壓器的輸入功率為 解析：因電動機是非純電阻電路，U≠IR，P≠I2R，A、B錯．電動機兩端電壓為，故電動機消耗的功率為，即為變壓器的輸入功率，原線圈中的電流I0＝I/n，D對C錯． 答案：D 3．如圖3所示，左側(cè)的圓形導電環(huán)半徑為r＝1.0 cm，導電環(huán)與一個理想變壓器的原線圈相連，變壓器的副線圈兩端與一個電容為C＝100 pF的電容器相連，導電環(huán)的電阻不計，環(huán)中有垂直于圓環(huán)平面的變化磁場，磁感應強度B的變化率為＝100 πsinωt，若電容器C所帶電荷量的最大值為1.4110－9C，則所用理想變壓器的原、副線圈的 匝數(shù)之比為(取π2＝10) (　　) A．1∶100 B．100∶1 C．1∶100 D．100∶1 解析：原線圈兩端電壓最大值 U1m＝()mS＝0.1 V. 副線圈兩端電壓的最大值即電容器兩端電壓的最大值 由C＝得：U2m＝＝14.1 V， 所以＝＝. 故A對． 答案：A 4．如圖4所示，一理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為3∶1，原線圈中串一個燈泡L，副線圈上接三個與L相同的燈泡，這三個燈泡均能正常發(fā)光，則 (　　) A．燈L也能正常發(fā)光 B．燈L比另三燈都暗 C．燈L將會被燒壞 D．不能確定 解析：原、副線圈中的電流之比為＝＝，而副線圈中通過每盞燈的電流均為其額定電流I額＝.又I1＝I2，所以通過原線圈中燈L的電流恰為其額定電流，燈L正常發(fā)光，所以A正確． 答案：A 5．xx年1月份，我國南方大部分地區(qū)遭遇特大雪災，輸電線表面結(jié)冰嚴重，導致線斷塔倒．某學校實驗興趣小組設(shè)計了利用輸電導線自身電阻發(fā)熱除冰的救災方案，處理后的電路原理如圖5所示，輸電線路終端降壓變壓器用模擬負載R0代替，RL為輸電線電阻，并將電阻RL放入冰雪中，在變壓器原線圈兩端加上交變電流后即出現(xiàn)冰雪融化的現(xiàn)象．為了研究最好除冰方案，下列模擬實驗除給定操作外，其他條件不變，不考慮其可行性，你認為其中最合理的是 (　　) A．將調(diào)壓變壓器滑動觸頭P向上移動一些 B．將調(diào)壓變壓器滑動觸頭P向下移動一些，同時延長通電時間 C．通過計算，選擇適當輸出電壓，并閉合S將模擬負載R0短時短路 D．通過計算，選擇適當輸出電壓，并將模擬負載R0的阻值增大一些 解析：輸電線的電阻RL一定，將調(diào)壓變壓器滑動觸頭P向上移動一些，可以增大輸出電壓和輸出電流，因此RL上消耗的功率增大，可以增強除冰效果，但同時也增大了電能消耗；延長通電時間，雖可以增大發(fā)熱量，但發(fā)熱快慢不變即功率不變，若發(fā)熱與導線散熱平衡，則導線上的冰是不能除去的；如果所加電壓適當，閉合S將模擬負載R0短時短路，可以將電能在RL上釋放短時產(chǎn)生大量熱量而除冰，適當電壓可保證輸電線不被燒斷，節(jié)能省時；若增大R0，則RL上的電功率會減?。虼俗詈侠淼氖欠桨?C. 答案：C 6．(xx南通模擬)正弦式電流經(jīng)過匝數(shù)比為＝的變壓器與電阻R、交流電壓表 V、交流電流表A按如圖6甲所示方式連接，R＝10 Ω.圖乙所示是R兩端電壓U隨時間變化的圖象，Um＝10 V，則下列說法中正確的是 (　　) A．通過R的電流iR隨時間t變化的規(guī)律是iR＝ cos100πt(A) B．電流表A的讀數(shù)為0.1 A C．電流表A的讀數(shù)為 A D．電壓表的讀數(shù)為Um＝10 V 解析：由圖乙所示圖象知T＝210－2 s，f＝50 Hz，ω＝2πf＝100π rad/s，Im＝＝ A，故iR＝cos100πt(A)，A正確．再根據(jù)＝，I2＝＝1 A知，I1的有效值為0.1 A，B正確，C錯誤．電壓表讀數(shù)應為副線圈電壓的有效值，U＝＝10 V，故D錯誤． 答案：AB 7．(xx江蘇高考)如圖7所示，理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)比為1∶5，原線圈兩端的交變電壓為u＝20sin100πt V．氖泡在兩端電壓達到100 V時開始發(fā)光．下列說法中正確的有 （ ） A．開關(guān)接通后，氖泡的發(fā)光頻率為100 Hz B．開關(guān)接通后，電壓表的示數(shù)為100 V C．開關(guān)斷開后，電壓表的示數(shù)變大 D．開關(guān)斷開后，變壓器的輸出功率不變 解析：由u＝20 sin100πt V可知，Um＝20 V，f＝50 Hz，氖泡在一個周期內(nèi)發(fā)光 兩次，故其發(fā)光頻率為100 Hz，A正確．電壓表示數(shù)為U＝5＝100 V，B正確．開 關(guān)斷開后電壓表示數(shù)不變，輸出功率變小，故C、D錯誤． 答案：AB 8．如圖8所示是霓虹燈的供電電路，電路中的變壓器可視為理想變壓器．已知變壓器原線圈與副線圈的匝數(shù)比＝，加在原線圈上的電壓為u1＝311sin100πt(V)，霓虹燈正常工作的電阻R＝440 kΩ，I1、I2表示原、副線圈中的電流．下列判斷正確的是(　　) A．副線圈兩端電壓6220 V，副線圈中的電流14.1 mA B．副線圈兩端電壓4400 V，副線圈中的電流10.0 mA C．I1＜I2 D．I1＞I2 解析：原線圈電壓的有效值為U＝＝220 V， 由＝得副線圈電壓U2＝4400 V； 由I2＝得I2＝10.0 mA，選項B對． 根據(jù)n1＜n2，而＝，故I1＞I2，選項D對． 答案：BD 9．在某交流電路中，有一正在工作的變壓器，原、副線圈的匝數(shù)分別為n1＝600匝、n2＝120匝，電源的電壓為U＝311sin100πt(V)，原線圈中串聯(lián)一個額定電流為0.2 A的保險絲，為保證保險絲不被燒毀，則 (　　) A．負載功率不能超過44 W B．副線圈電流的最大值不能超過1 A C．副線圈電流的有效值不能超過1 A D．無論副線圈電流有多大，保險絲總不會被燒毀 解析：保險絲的額定電流指有效值，由電流與線圈匝數(shù)的關(guān)系＝及原線圈中電流的有效值I1≤0.2 A得副線圈中的電流的有效值I2≤1 A，則副線圈電流的最大值不能超過I2＝ A．再由電壓與線圈匝數(shù)的關(guān)系＝及原線圈兩端的電壓的有效值U1＝＝220 V得副線圈兩端電壓的有效值U2＝44 V，則有P＝U2I2≤44 W，故A、C選項正確，B、D選項錯誤． 答案：AC 10．(xx山東高考)某小型水電站的電能輸送示意圖如圖9所示，發(fā)電機的輸出電壓為200 V，輸電線總電阻為r，升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)分別為n1、n2，降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)分別為n3、n4(變壓器均為理想變壓器)．要使額定電壓為220 V的用電器正常工作，則（ ） A.＞ B.＜ C．升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓 D．升壓變壓器的輸出功率大于降壓變壓器的輸入功率 解析：由于輸電線上的功率損耗，故升壓變壓器的輸出功率大于降壓變壓器的輸入功率，P出－P損＝P入，故D正確.＝，＝，因為U1＝200 V＜U4＝220 V，U2＞U3＝U2－U線，故＞，A正確． 答案：AD 11．(14分)理想變壓器原線圈中輸入電壓U1＝3300 V，副線圈兩端電壓U2為220 V，輸出端連有完全相同的兩個燈泡L1和L2，繞過鐵芯的導線所接的電壓表V的示數(shù)U＝2 V．求： (1)原線圈n1等于多少匝？ (2)當開關(guān)S斷開時，電流表A2的示數(shù)I2＝5 A．則電流表A1的示數(shù)I1為多少？ (3)當開關(guān)S閉合時，電流表A1的示數(shù)I1′等于多少？ 解析：(1)由電壓與變壓器匝數(shù)的關(guān)系可得： U1/n1＝U2/n2＝U，則n1＝1650匝． (2)當開關(guān)S斷開時，有： U1I1＝U2I2，I1＝＝ A (3)當開關(guān)S斷開時，有：RL＝U2/I2＝44 Ω.當開關(guān)S閉合時，設(shè)副線圈總電阻為R′，有R′＝RL/2＝22 Ω，副線圈中的總電流為I2′，則I2′＝U2/R′＝10 A．由U1I1′＝U2I2′可知，I1′＝＝ A. 答案：(1)1650匝　(2) A　(3) A 12．(16分)三峽水利樞紐工程是長江流域治理開發(fā)的關(guān)鍵工程，是中國規(guī)模最大的水利工程．樞紐控制流域面積為1.0106 km2，占長江流域面積的56%，壩址處年平均流量為Q＝4.511011m3.水利樞紐的主要任務包括防洪、發(fā)電、航運三方面．在發(fā)電方面，三峽電站安裝水輪發(fā)電機組26臺，總裝機容量(指26臺發(fā)電機組同時工作的總發(fā)電功率)為P＝1.82107 kW，年平均發(fā)電量約為W＝8.401010 kWh.該工程已全部竣工，電站主要向華中、華東電網(wǎng)供電，以緩解這兩個地區(qū)的供電緊張局面．閱讀上述資料，解答下列問題(水的密度ρ＝1.0103 kg/m3，g取10 m/s2)： (1)若三峽電站上、下游水位差按h＝100 m計算，試推導三峽電站將水流的勢能轉(zhuǎn)化為電能的效率η的公式，并計算出效率η的數(shù)值． (2)若26臺發(fā)電機組全部建成并發(fā)電，要達到年發(fā)電量的要求，每臺發(fā)電機組平均年發(fā)電時間t為多少天？ (3)將該電站的電能輸送到華中地區(qū)，送電功率為P1＝4.5105 kW，采用超高壓輸電，輸電電壓為U＝500 kV，而發(fā)電機輸出的電壓約為U0＝18 kV.若輸電線上損耗的功率為輸電功率的5%，求發(fā)電站的升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比和輸電線路的總電阻． 解析：(1)一年里水流做功(即減少的勢能)W′＝Qρgh. 水流的勢能轉(zhuǎn)化為電能的效率η＝＝， 將數(shù)據(jù)代入上式得η≈67%. (2)設(shè)每臺發(fā)電機組平均年發(fā)電n天，則W＝Pt， 即Pn24＝W. 所以n＝＝天≈192.3天． (3)升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比＝＝＝， 輸電線上的電流I＝＝900 A. 損失功率P損＝5%P1＝I2r，所以r≈27.8 Ω. 答案：(1)η＝　67%　(2)192.3天 (3)　27.8 Ω 四、總結(jié)課堂，指出考點，布置作業(yè)。