2021高考物理一轮复习第十一章交变电流传感器第2讲变压器、电能的输送课件新人教版

u＝27 2 sin 100πt(V)
√B.原、副线圈匝数比为3∶1
图7
C.流过灯泡L2的电流方向每秒改变50次
√D.电流表的示数为4 A，ab端输入的功率Pab＝48 W
解析 由输入端交变电压u－t图象可求出 电压有效值为27 V，灯泡规格均为“9 V 12 W”，四只灯泡都正常发光，所以a、
b端输入电压的有效值是27 V＋9 V＝36 V，由题图乙知交流电的周期是0.02 s， 所以a、b端输入电压的瞬时值表达式为u＝36 2 sin 100πt(V)，故A错误； 四只灯泡都正常发光，所以副线圈电压为9 V，根据理想变压器电压比规律得出 变压器原、副线圈匝数比为3∶1，故B正确； 由题图乙知交流电的周期为0.02 s，交流电的频率为50 Hz，则流过灯泡L2的电流 方向每秒改变100次，故C错误； 电流表的示数为I＝3×192A＝4 A，a、b端输入的功率Pab＝4×12 W＝48 W，故D正确.
能力考点 师生共研
图12
2.抓住联系
(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 UU12＝nn12， P1＝P2，I1n1 ＝I2n2.
(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 UU34＝nn34， P3＝P4，I3n3 ＝I4n4.
图2
(2)互感器
电压互感器(n1>n2)：把高电压变成 低电压 ， 如图丙所示. 电流互感器(n1<n2)：把大电流变成 小电流 ，如图丁所示.
自测1 关于理想变压器，下列说法正确的是
√A.变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用
B.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
C.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
则 U＝U1＋IR1＝5Inn212＋3I；
开关闭合时，电路如图乙所示，原、副线圈的电流比I24′I ＝nn21，
通过 R2 的电流 I2′＝4nIn21， 副线圈的输出电压 U2′＝I2′R2＝4nIn21， 由UU12′ ′＝nn12可得原线圈两端的电压 U1′＝4Inn212，
则 U＝U1′＋4IR1＝4Inn212＋12I，
自测2 (多选)(2019·山东菏泽市下学期第一次模拟)如图4所示为远距离输
电的原理图，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出
电压恒定、输电线上的电阻不变，假设用户所用用电器都是纯电阻用电
器，若发现发电厂发电机输出的电流增大了，则可以判定
A.通过用户的电流减小了
√B.用户接入电路的总电阻减小了
U2 R总
增大，变压器的电流关系 II12＝nn21
可知原线圈的总电流I1增大，则
原线圈两端的电压U1＝U0－I1RA减小，又UU12＝nn12，可知副线圈两端的电压U2减
小，滑动变阻器两端的电压U3＝U2－I2R0减小，而电压表V1测量值是U1；电压
表V2测量值是U2，电压表V3测量值是U3，电流表A1测量值是I1，电流表A2测量
值是I2，故A、B、D错误，C正确.
命题点三 远距离输电
1.理清三个回路 远距离输电电网间的基本结构如图12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.
联立解得nn12＝3，选项 B 正确.
变式1 (多选)(2016·全国卷Ⅲ·19)如图6所示，理想变压器原、副线圈分别接
有额定电压相同的灯泡a和b.当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均
能正常发光.下列说法正确的是
√A.原、副线圈匝数比为9∶1
B.原、副线圈匝数比为1∶9
C.此时a和b的电功率之比为9∶1
(内阻可忽略)通过理想变压器向定值电阻R供电，电路如图10所示，理想交流
电流表A、理想交流电压表V的读数分别为I、U，R消耗的功率为P.若发电机线
圈的转速变为原来的 12，则
A.R消耗的功率变为
1 2P
√1
B.电压表V的读数变为 2U
C.电流表A的读数变为2I
图10
D.通过R的交变电流频率不变
解析 发电机线圈的转速变为原来的12， 由 E＝nBS2ω知，原线圈中输入电压变为原来的12， 频率变为原来的12. 根据UU21＝nn12，知 U2 变为原来的12，即 U2＝12U，
电流表的示数为4I.该变压器原、副线圈匝数比为
A.2
√B.3
C.4
D.5
图5
解析 开关断开时，电路如图甲所示， 原、副线圈的电流比II2＝nn21， 通过 R2 的电流 I2＝Inn21， 副线圈的输出电压 U2＝I2(R2＋R3)＝5nIn21， 由UU12＝nn12可得原线圈两端的电压 U1＝5Inn122，
则通过 R 的电流变为原来的12，R 消耗的功率 P2＝UR22＝14P， 根据II12＝nn21，原线圈上的电流也变为原来的21， 即电流表 A 的读数变为12I，故选 B.
变式3 (2019·贵州毕节市适应性监测(三))如图11所示，变压器为理想变压器，
电流表A1内阻不可忽略，其余的均为理想的电流表和电压表.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.将滑动变阻器的滑 片沿c→d的方向滑动时，则下列说法正确的是
则U3＝U2－Ur＝106 V－5×104 V＝9.5×105 V， U4＝nn43U3＝1100×9.5×105 V＝9.5×103 V，则 U4≠U1，故 A 错误；
由于 I2＝I3，I4＝nn43I3＝1100×103 A＝105 A， 则I4＝I1，故B正确； 电阻r损耗的电功率Pr＝I22r＝(103)2×50 W ＝5×107 W，故D正确.
√D.此时a和b的电功率之比为1∶9
图6
解析 设灯泡的额定电压为U0，两灯泡均能正 常发光，所以原线圈输入端电压为U1＝9U0，副 线圈两端电压为U2＝U0， 故UU12＝91，nn12＝UU21＝19，A 正确，B 错误； 根据公式II12＝nn21可得，II12＝19，
由于小灯泡两端的电压相等，所以根据公式P＝UI可得，灯泡a和b的电功率之 比为1∶9，C错误，D正确.
变式4 (2019·广东清远市期末质量检测)如图14所示，一个小型水电站，其交
流发电机的输出电压U1 一定，通过理想升压变压器T1 和理想降压变压器T2向
远处用户供电，输电线的总电阻为R.T1的输入电压和输入功率分别为U1和P1，
电厂输出电压U1＝104 V，输出功率P1＝109 W，两个理想变压器的匝数比分别
为n1∶n2＝1∶100、n3∶n4＝100∶1，输电线总电阻r＝50 Ω.则
A.U4＝U1
√B.I4＝I1
C.通过电阻r的电流I2＝2×104 A
√D.电阻r损耗的电功率为5×107 W
图13
解析 I1＝UP11＝105 A， 根据II12＝nn21可得，I2＝nn12I1＝1100×105 A＝103 A， 则通过电阻r的电流为103 A，故C错误； 电阻r两端的电压为Ur＝I2r＝103×50 V＝5×104 V， 根据UU21＝nn12可得，U2＝nn12U1＝100×104 V＝106 V，
图8
2.负载电阻不变的情况(如图9)
(1)U1不变，nn12 发生变化，故U2变化.
(2)R不变，U2变化，故I2发生变化.
(3)根据P2＝UR2，2 P2发生变化，再根据P1＝P2，故
P1变化，P1＝U1I1，U1不变，故I1发生变化.
图9
例2 (2018·天津理综·4)教学用发电机能够产生正弦式交变电流.利用该发电机
变式2 (多选)(2019·河南郑州市第一次模拟)如图7甲所示，变压器原、副线圈
上有L1、L2、L3、L4四只灯泡，它们的规格均为“9 V 12 W”，当在该变压 器cd端输入交变电压u(u－t图象如图乙所示)时，四只灯泡都正常发光，各电表
均为理想交流电表.以下说法正确的是
A.a、b端输入电压的瞬时值表达式为
3.功率损失 (1)ΔP＝P－P′ (2)ΔP＝ I2R ＝__(UP__)2_R_
4.减少输电线上电能损失的方法 (1)减小输电线的电阻R.由R＝ρ l知，可加大导线的 横截面积 、采用_电__阻__率__小__
S 的材料做导线. (2)减小输电线中的电流.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 .
基
电流
(1)只有一个副线圈时：I1 I2
＝
n2 n1
本 关系 (2)有多个副线圈时：由P入＝P出得I1U1＝I2U2＋I3U3＋…＋InUn或
关
I1n1＝I2n2＋I3n3＋…＋Innn
系 频率 关系
f1＝f2(变压器不改变交变电流的频率)
4.几种常用的变压器 (1)自耦变压器——调压变压器，如图2甲(降压作用)、乙(升压作用)所示.
3.掌握一个关系 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，先被输送回路上的导线电阻损耗 一小部分，剩余的绝大部分通过降压变压器和用户回路被用户使用消耗，所 以其能量关系为P1＝P线损＋P用户.
例3 (多选)(2019·广东深圳市4月第二次调研)如图13为远距离输电示意图，发
正确；
当用户总电阻减小时，即用户所用用电器增多，用户消耗的电功率增大，C项
错误.
研透命题点
02
命题点一 理想变压器原理的应用