2019-2020年高考物理一輪復(fù)習(xí)講義 第十章 交變電流傳感器 第2講 變壓器 電能的輸送 教科版一、變壓器1變壓器的構(gòu)造：如圖所示，變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個(gè)線圈組成的(1)原線圈：與交流電源連接的線圈，也叫初級(jí)線圈(2)副線圈：與負(fù)載連接的線圈，也叫次級(jí)線圈2變壓器的原理：電流通過(guò)原線圈時(shí)在鐵芯中激發(fā)磁場(chǎng)，由于電流的大小、方向在不斷變化，鐵芯中的磁場(chǎng)也在不斷變化變化的磁場(chǎng)在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，所以盡管兩個(gè)線圈之間沒(méi)有導(dǎo)線相連，副線圈也能夠輸出電流互感現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ)3理想變壓器沒(méi)有能量損失的變壓器，即輸入功率等于輸出功率4基本關(guān)系式(1)功率關(guān)系：P入P出(2)電壓關(guān)系：；有多個(gè)副線圈時(shí)，(3)電流關(guān)系：只有一個(gè)副線圈時(shí)，.由P入P出及PUI推出有多個(gè)副線圈時(shí)，U1I1U2I2U3I3UnIn.5幾種常用的變壓器(1)自耦變壓器的原、副線圈共用一個(gè)線圈，如圖所示(2)互感器電壓互感器電流互感器原理圖原線圈的連接并聯(lián)在高壓電路中串聯(lián)在高壓電路中作用把高電壓變成低電壓把大電流變成小電流匝數(shù)特點(diǎn)副線圈匝數(shù)比原線圈匝數(shù)少副線圈匝數(shù)比原線圈匝數(shù)多二、電能的輸送1輸電線路及其電壓、電能損失(1)輸電線路(如圖所示)(2)電壓和電能損失輸電電流：I；電壓損失：UUUIrr；電能損失：PPPI2r()2r；2減少電能損失的方法：根據(jù)P損I2R線，減小輸電電能損失有兩種方法(1)減小輸電線的電阻：根據(jù)電阻定律R，要減小輸電線的電阻R，在輸電距離一定的情況下，可采用的方法有選用電阻率小的金屬材料，盡可能增大導(dǎo)線的橫截面積等(2)減小輸電導(dǎo)線中的電流：在輸電功率一定的情況下，根據(jù)PUI，要減小電流，必須提高輸電電壓3遠(yuǎn)距離輸電(1)遠(yuǎn)距離輸電導(dǎo)線上損失的電功率：輸送功率一定時(shí)，線路電流I，輸電線上損失功率P損I2R線R線，可知P損.遠(yuǎn)距離輸電線路中的功率關(guān)系：P輸P損P用(2)遠(yuǎn)距離輸電的基本電路：由于發(fā)電機(jī)組本身的輸出電壓不可能很高，所以采用高壓輸電時(shí)，在發(fā)電站內(nèi)需要升壓變壓器升壓到幾百千伏后再向遠(yuǎn)距離送電，到達(dá)用電區(qū)再用降壓變壓器降到所需的電壓，基本電路如圖所示1如圖所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為21.電池和交變電源的電動(dòng)勢(shì)都為6 V，內(nèi)阻均不計(jì)下列說(shuō)法正確的是()AS與a接通的瞬間，R中無(wú)感應(yīng)電流BS與a接通穩(wěn)定后，R兩端的電壓為0CS與b接通穩(wěn)定后，R兩端的電壓為3 VDS與b接通穩(wěn)定后，原、副線圈中電流的頻率之比為21解析：由理想變壓器的原理可知，當(dāng)S與a接通電流穩(wěn)定時(shí)，由于通過(guò)原線圈與副線圈中的磁通量不發(fā)生變化，故在副線圈中無(wú)感應(yīng)電流，但在剛接通瞬間，副線圈兩端的電壓不為零，R中有感應(yīng)電流，故A錯(cuò)誤，B正確；當(dāng)S與b接通穩(wěn)定后，原線圈中接有交變電流，由變壓器的變壓比可得副線圈電壓為3 V，C正確；變壓器并不改變交變電流的頻率，D錯(cuò)誤答案：BC2如圖所示，原、副線圈匝數(shù)比為21的理想變壓器正常工作時(shí)，以下說(shuō)法不正確的是()A原、副線圈磁通量之比為21B原、副線圈電流之比為12C輸入功率和輸出功率之比為11D原、副線圈磁通量變化率之比為11解析： 由于原、副線圈共用一個(gè)鐵芯，故通過(guò)原、副線圈磁通量之比和原、副線圈磁通量變化率之比均為11，選項(xiàng)A錯(cuò)誤而D正確；由I1I2n2n1得，I1I212，選項(xiàng)B正確；由于理想變壓器不考慮變壓器自身的功率損失，故選項(xiàng)C正確，本題選擇不正確的選項(xiàng)，故應(yīng)選A.答案：A3對(duì)于遠(yuǎn)距離輸電，在P送一定的情況下，設(shè)輸電線路中的電流為I送，輸電線的總電阻為R線，為了節(jié)能，采用高壓U送輸電，下列說(shuō)法正確的是()A由U送I送R線，輸電線路中的電流變大B由P送I送U送，輸電線路中的電流變小C由P耗U/R線，輸電線路消耗功率增大D由P送IR線，不會(huì)影響輸電線路中的電流解析：由U線I線R線，I送I線，U送U線(U送U到U線)，故U送I送R線，選項(xiàng)A錯(cuò)；公式P送I送U送，針對(duì)的是同一研究對(duì)象，故選項(xiàng)B對(duì)、D錯(cuò)；P耗IR線IR線(P送/U送)2R線，因此U送增大時(shí)，輸電線路消耗功率P耗減小，故選項(xiàng)C錯(cuò)答案：B4.如圖所示，一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為12；副線圈電路中接有燈泡，燈泡的額定電壓為220 V，額定功率為22 W；原線圈電路中接有電壓表和電流表現(xiàn)閉合開關(guān)，燈泡正常發(fā)光若用U和I分別表示此時(shí)電壓表和電流表的讀數(shù)，則()AU110 V，I0.2 A BU110 V，I0.05 ACU110 V，I0.2 A DU110 V，I0.2 A解析：由于燈泡正常發(fā)光，故燈泡兩端電壓即副線圈兩端電壓為U2220 V，通過(guò)燈泡的電流即副線圈中的電流為I20.1 A根據(jù)理想變壓器電壓關(guān)系U1U2n1n2，得U1110 V，電流關(guān)系I1I2n2n1，得I10.2 A，則UU1110 V，II10.2 A故選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)B、D、D錯(cuò)誤答案：A5圖甲中的變壓器為理想變壓器，原線圈的匝數(shù)n1與副線圈的匝數(shù)n2之比為101.變壓器的原線圈接如圖乙所示的正弦式電流，兩個(gè)20 的定值電阻串聯(lián)接在副線圈兩端電壓表為理想電表則()A原線圈上電壓的有效值為100 VB原線圈上電壓的有效值約為70.7 VC電壓表的讀數(shù)為5.0 VD電壓表的讀數(shù)約為3.5 V解析：本題考查交流電圖象的應(yīng)用及理想變壓器與閉合電路由圖乙可得該正弦交流電的峰值為100 V，所以其有效值為：U70.7 V，A錯(cuò)誤，B正確；由理想變壓器原、副線圈的電壓比等于相應(yīng)的匝數(shù)比可得：u2，其中：U1有U70.7 V，所以U2有7.07 V，故副線圈上的電壓表的讀數(shù)為：UVU2有3.5 V，D正確，C錯(cuò)誤答案：BD變壓器的工作原理及基本關(guān)系(xx課標(biāo))自耦變壓器鐵芯上只繞有一個(gè)線圈，原、副線圈都只取該線圈的某部分一升壓式自耦調(diào)壓變壓器的電路如圖所示其副線圈匝數(shù)可調(diào)已知變壓器線圈總匝數(shù)為1 900匝；原線圈為1 100匝，接在有效值為220 V的交流電源上當(dāng)變壓器輸出電壓調(diào)至最大時(shí)，負(fù)載R上的功率為2.0 kW.設(shè)此時(shí)原線圈中電流有效值為I1，負(fù)載兩端電壓的有效值為U2，且變壓器是理想的，則U2和I1分別約為()A380 V和5.3 AB380 V和9.1 AC240 V和5.3 A D240 V和9.1 A解析：根據(jù)理想變壓器電壓比關(guān)系，代入數(shù)據(jù)解得副線圈兩端的電壓有效值U2380 V，因理想變壓器原、副線圈輸入和輸出的功率相等，即P入P出U1I1，解得I1 A9.1 A，選項(xiàng)B正確；選項(xiàng)A、C、D錯(cuò)誤答案：B理想變壓器的注意事項(xiàng)(1)在理想變壓器中，副線圈的端電壓U2由輸入電壓U1和匝數(shù)比n2/n1共同決定，與負(fù)載電阻大小無(wú)關(guān)(2)電網(wǎng)送電遵循“用多少送多少”的原則，原線圈中的輸入電流I1是由副線圈中的輸出電流I2決定的，原、副線圈各一個(gè)繞組時(shí)，I1I2，副線圈有多個(gè)繞組時(shí)，由P入P出的功率關(guān)系來(lái)確定11：如圖甲所示，矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出交流電的電動(dòng)勢(shì)圖象如圖乙所示，經(jīng)原、副線圈的匝數(shù)比為110的理想變壓器給一燈泡供電如圖丙所示，副線圈電路中燈泡額定功率為22 W，現(xiàn)閉合開關(guān)，燈泡正常發(fā)光則()At0.01 s時(shí)刻穿過(guò)線框回路的磁通量為零B交流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為50 r/sC變壓器原線圈中電流表示數(shù)為1 AD燈泡的額定電壓為220 V解析：t0.01 s時(shí)刻交變電流電動(dòng)勢(shì)為零，線圈處于中性面，磁通量最大；由圖象可知周期T0.02 s，轉(zhuǎn)速n50 r/s；變壓器原線圈中電壓有效值為U122 V，原線圈中輸入功率與副線圈輸出功率相同，由P22 W，PUI，得I1 A；由知副線圈兩端電壓U2220 V正確選項(xiàng)為B、C.答案：BC1匝數(shù)比不變的情況(如圖)(1)U1不變，根據(jù)，輸入電壓U1決定輸出電壓U2，不論負(fù)載電阻R如何變化，U2也不變(2)當(dāng)負(fù)載電阻發(fā)生變化時(shí)，I2變化，輸出電流I2決定輸入電流I1，故I1發(fā)生變化(3)I2變化引起P2變化，P1P2，故P1發(fā)生變化2負(fù)載電阻不變的情況(如圖)(1)U1不變， 發(fā)生變化，故U2變化(2)R不變，U2改變，故I2發(fā)生變化(3)根據(jù)P2，P2發(fā)生變化，再根據(jù)P1P2，故P1變化，P1U1I1，U1不變，故I1發(fā)生變化(xx福建理綜)如圖，理想變壓器原線圈輸入電壓uUmsin t，副線圈電路中R0為定值電阻，R是滑動(dòng)變阻器，和是理想交流電壓表，示數(shù)分別用U1和U2表示；和是理想交流電流表，示數(shù)分別用I1和I2表示下列說(shuō)法正確的是()AI1和I2表示電流的瞬時(shí)值BU1和U2表示電壓的最大值C滑片P向下滑動(dòng)過(guò)程中，U2不變、I1變大D滑片P向下滑動(dòng)過(guò)程中，U2變小、I1變小解析：交流電表的示數(shù)為有效值，故A、B兩項(xiàng)均錯(cuò)誤；P向下滑動(dòng)過(guò)程中，R變小，由于交流電源、原副線圈匝數(shù)不變，U1、U2均不變，所以I2變大，由，得I1I2變大，故C項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤答案：C分析動(dòng)態(tài)問(wèn)題的思路程序?yàn)椋?1：(xx濟(jì)南定時(shí)練習(xí))自耦調(diào)壓變壓器上的滑動(dòng)觸頭P移動(dòng)，可以調(diào)節(jié)輸出電壓，線圈MN兩端與一個(gè)滑動(dòng)變阻器相連接，Q為滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭，V1、V2為理想電壓表，如圖所示，下列說(shuō)法正確的是()A當(dāng)交流電源接a、b時(shí)，觸頭P上移，Q也上移，V1的示數(shù)不變，V2示數(shù)可能不變B當(dāng)交流電源接a、b時(shí)，觸頭P上移，Q下移，V1的示數(shù)不變，V2示數(shù)增大C當(dāng)交流電源接c、d時(shí)，觸頭P上移，V1的示數(shù)增大，V2示數(shù)不變D當(dāng)交流電源接c、d時(shí)，觸頭P上移，V1的示數(shù)減小，V2示數(shù)不變解析：當(dāng)交流電源接a、b時(shí)，P上移，原線圈匝數(shù)變大，電源電壓不變，V1示數(shù)不變，由電壓關(guān)系和U1、n2不變、n1變大可知副線圈電壓U2減小，Q上移，cd間阻值變大，V2示數(shù)可能不變，故A正確，同理B錯(cuò)誤；當(dāng)交流電源接cd時(shí)，P上移，電源電壓不變，V2示數(shù)不變，副線圈匝數(shù)變大，副線圈電壓變大，V1示數(shù)增大，故C正確、D錯(cuò)誤答案：AC遠(yuǎn)距離高壓輸電的幾個(gè)基本關(guān)系(以下圖為例)(1)功率關(guān)系P1P2，P3P4，P2P線P3.(2)電壓、電流關(guān)系，U2U線U3，I2I3I線(3)輸電電流：I線.(4)輸電導(dǎo)線上損失的電功率P損U線I線Ir()2r(xx天津理綜)通過(guò)一理想變壓器，經(jīng)同一線路輸送相同的電功率P，原線圈的電壓U保持不變，輸電線路的總電阻為R.當(dāng)副線圈與原線圈的匝數(shù)比為k時(shí)，線路損耗的電功率為P1，若將副線圈與原線圈的匝數(shù)比提高到nk，線路損耗的電功率為P2，則P1和分別為()A.，B.2R，C. ， D. 2R，解析：根據(jù)變壓器的變壓規(guī)律，得k，nk，所以U1kU，U2nkU.根據(jù)PUI，知匝數(shù)比為k和nk的變壓器副線圈的電流分別為I1，I2.根據(jù)PI2R，輸電線路損耗的電功率分別為P1IR2R，P2IR2R，所以.選項(xiàng)D正確，選項(xiàng)A、B、C錯(cuò)誤答案：D1.關(guān)于遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題的處理思路(1)畫出輸電線路圖，將已知量和未知量標(biāo)在圖中相應(yīng)位置；(2)將輸電線路劃分為幾個(gè)獨(dú)立回路；(3)根據(jù)串并聯(lián)電路特點(diǎn)、歐姆定律、電功率公式等確定各部分回路物理量之間關(guān)系；(4)根據(jù)升壓、降壓，原、副線圈的電壓、電流關(guān)系和功率關(guān)系列式求解2遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題的四個(gè)關(guān)鍵(1)畫出一個(gè)模型遠(yuǎn)距離輸電模型圖(2)抓住輸電的兩端電源和用電器(3)分析兩條導(dǎo)線輸電導(dǎo)線(4)研究?jī)纱坞妷鹤儞Q升壓和降壓31：如圖所示，有一臺(tái)交流發(fā)電機(jī)E，通過(guò)理想升壓變壓器T1和理想降壓變壓器T2向遠(yuǎn)處用戶供電，輸電線的總電阻為R.T1的輸入電壓和輸入功率分別為U1和P1，它的輸出電壓和輸出功率分別為U2和P2；T2的輸入電壓和輸入功率分別為U3和P3，它的輸出電壓和輸出功率分別為U4和P4.設(shè)T1的輸入電壓U1一定，當(dāng)用戶消耗的電功率變大時(shí)，有()AU2減小，U4變大BU2不變，U3變小CP1變小，P2變小 DP2變大，P3變大解析：本題考查遠(yuǎn)距離輸電及理想變壓器的基本知識(shí)，解決本題的關(guān)鍵是對(duì)變壓器的工作原理的掌握和閉合電路歐姆定律的應(yīng)用由理想變壓器輸出功率決定輸入功率可得，當(dāng)用戶功率增大時(shí)，升壓變壓器的輸入功率必增大，即P1增大，輸入電壓U1為定值不變，升壓變壓器的匝數(shù)不變，輸入電壓不變，故輸出電壓U2不變，由于P1增大，由P1U1I1P2U2I2可得，I1增加，P2、I2增加，由閉合電路歐姆定律：U3U2I2R，故U3減小，降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)不變，所以隨U3減小，U4減小，A、C錯(cuò)誤，B正確；由于用戶功率增加，即P4增加，理想變壓器無(wú)功率損耗可得：P3P4，功率P3也增加，故D正確答案：BD1思路1電壓思路：理想變壓器原、副線圈的電壓之比為U1/U2n1/n2；當(dāng)變壓器有多個(gè)副繞組時(shí)U1/n1U2/n2U3/n32思路2功率思路：理想變壓器的輸入、輸出功率為P入P出，即P1P2；當(dāng)變壓器有多個(gè)副繞組時(shí)P1P2P33思路3電流思路：理想變壓器原、副線圈的電流比為I1/I2n2/n1；當(dāng)變壓器有多個(gè)副繞組時(shí)n1I1n2I2n3I3如圖所示的理想變壓器副線圈為雙繞組，兩個(gè)副線圈n2、n3分別通過(guò)開關(guān)S1、S2與電阻R1、R2連接，其阻值為R1R2R，原線圈n1接入正弦式交變電壓u10cos 100t (V)若只閉合開關(guān)S1，則電流表示數(shù)為0.2 A；若只閉合開關(guān)S2，電流表示數(shù)為1.25 A則()AR1消耗的電功率比R2大Bn2n325C若兩個(gè)開關(guān)同時(shí)閉合，電路消耗的總功率為14.5 WD若兩個(gè)開關(guān)同時(shí)閉合，R1消耗的電功率比R2大解析：開關(guān)分別閉合時(shí)，電阻消耗的電功率等于變壓器的輸入功率，即PI1U1，因此R1消耗的電功率比R2小，A錯(cuò)；開關(guān)分別閉合時(shí)，而I1，I3，聯(lián)立解得，B正確；若兩個(gè)開關(guān)同時(shí)閉合，有I1U1I2U2I3U3，代入前面的和變壓比得I1I1I11.45 A，電路消耗的總功率PI1U114.5 W，C正確；若兩個(gè)開關(guān)同時(shí)閉合，通過(guò)R1、R2的電流與原來(lái)相同，因此消耗的功率也與原來(lái)相同，D錯(cuò)答案：BC1.(xx海南單科)如圖，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為201，兩個(gè)標(biāo)有“12 V，6 W”的小燈泡并聯(lián)在副線圈的兩端當(dāng)兩燈泡都正常工作時(shí)，原線圈電路中電壓表和電流表(可視為理想的)的示數(shù)分別是()A120 V，0.10 AB240 V，0.025 AC120 V，0.05 A D240 V，0.05 A解析：副線圈電壓U212 V，由得U1240 V，副線圈中電流I221 A，由得I10.05 A.答案：D2在變電站里，經(jīng)常要用交流電表去監(jiān)測(cè)電網(wǎng)上的強(qiáng)電流，所用的器材叫電流互感器如圖所示的四個(gè)圖中，能正確反映其工作原理的是()解析：電流互感器是測(cè)電流的，應(yīng)串聯(lián)在火線上，故B、D選項(xiàng)錯(cuò)誤；同時(shí)，由I1n1I2n2知要使I2I1，須n2n1，故A選項(xiàng)正確，C選項(xiàng)錯(cuò)誤答案：A3.如圖所示，理想變壓器的副線圈上通過(guò)輸電線接有兩個(gè)相同的燈泡L1和L2，輸電線的等效電阻為R，開始時(shí)，開關(guān)S斷開當(dāng)S接通后，以下說(shuō)法中正確的是()A副線圈兩端M、N的電壓不變B副線圈輸電線等效電阻R上的電壓減小C通過(guò)燈泡L1的電流增大D原線圈的輸入功率不變解析：副線圈輸出電壓決定于原線圈電壓和原副線圈匝數(shù)比，S接通后，副線圈兩端電壓不變，A項(xiàng)正確；S接通后，負(fù)載總電阻變小，故R上電流變大，R上的電壓變大，B項(xiàng)錯(cuò)；燈泡L1兩端的電壓和通過(guò)其的電流均減小，C項(xiàng)錯(cuò)；副線圈輸出功率變大，故原線圈輸入功率變大，D項(xiàng)錯(cuò)答案：A4在遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，輸送的電功率為P，輸送電壓為U，所用導(dǎo)線的電阻率為，橫截面積為S，兩地距離為L(zhǎng)，輸電線損失的電功率為P，用戶得到的電功率為P用，則P、P用的表達(dá)式正確的是()AP BPCP用P DP用P(1)解析：導(dǎo)線的電阻r，輸送的電流I，輸電線損失的電功率PI2r，B項(xiàng)正確用戶得到的電功率P用PPP(1)，D項(xiàng)正確答案：BD5(xx重慶理綜)如圖所示，理想變壓器的原線圈接入u11 000sin 100t(V)的交變電壓，副線圈通過(guò)電阻r6 的導(dǎo)線對(duì)“220 V/880 W”的電器RL供電，該電器正常工作由此可知()A原、副線圈的匝數(shù)比為501B交變電壓的頻率為100 HzC副線圈中電流的有效值為4 AD變壓器的輸入功率為880 W解析：由電器RL正常工作，可得通過(guò)副線圈的電流為I A4 A，故C對(duì)；副線圈導(dǎo)線所分電壓為Ur46 V24 V，副線圈兩端電壓U2220 V24 V244 V，因此原、副線圈的匝數(shù)比，故A錯(cuò)；又P1P2U2I22444 W976 W，故D錯(cuò)；交變電壓的頻率f50 Hz，故B錯(cuò)答案：C