2018届高三物理一轮复习导学案：第十章 第2课时 变压

第2课时 变压器、电能的输送
【考纲解读】
1.理解变压器的原理，掌握理想变压器原、副线圈的功率关系、电压关系及电流关系，并会进行有关计算.
2.能利用功率、电压、电流关系对变压器进行动态分析.
3.会计算远距离输电问题中线路损失的功率和电压． 【知识要点】
一．理想变压器基本关系的应用 1．基本关系式
(1)功率关系： ．
(2)电压关系：只有一个副线圈时， ；有多个副线圈时，U 1
n 1
＝ . (3)电流关系：只有一个副线圈时，I 1I 2＝n 2n 1
.
由P 入＝P 出及P ＝UI 推出有多个副线圈时，U 1I 1＝ . 2．制约关系
(1)电压：副线圈电压U 2由原线圈电压U 1和匝数比决定． (2)功率：原线圈的输入功率P 1由副线圈的输出功率P 2决定． (3)电流：原线圈电流I 1由副线圈电流I 2和匝数比决定． 二．理想变压器的动态分析
常见的理想变压器的动态分析一般分匝数比不变和负载电阻不变两种情况． 1．匝数比不变的情况(如图5所示)
(1)U 1不变，根据U 1U 2＝n 1n 2
，输入电压U 1决定输出电压U 2，不论负载电阻R 如何变化，U 2不变． (2)当负载电阻发生变化时，I 2变化，输出电流I 2决定输入电流I 1，故I 1发生变化． (3)I 2变化引起P 2变化，P 1＝P 2，故P 1发生变化． 2．负载电阻不变的情况(如图6所示) (1)U 1不变，n 1n 2
发生变化，故U 2变化． (2)R 不变，U 2变化，故I 2发生变化．
(3)根据P 2＝U 22
R
，P 2发生变化，再根据P 1＝P 2，故P 1变化，P 1＝U 1I 1，U 1不变，故I 1发生变化．
三．远距离输电问题 1．远距离输电的处理思路
对高压输电问题，应按“发电机→升压变压器→远距离输电线→降压变压器→用电器”，或按从“用电器”倒推到“发电机”的顺序一步一步进行分析．
图
5
图6
2．远距离高压输电的几个基本关系(以图为例)
(1)功率关系：P 1＝P 2，P 3＝P 4，P 2＝P 损＋P 3. (2)电压、电流关系：U 1U 2＝n 1n 2＝I 2I 1，U 3U 4＝n 3n 4＝I 4I 3
，
U 2＝ΔU ＋U 3，I 2＝I 3＝I 线．
(3)输电电流：I 线＝P 2U 2＝P 3U 3＝U 2－U 3
R 线
.
(4)输电线上损耗的电功率：P 损＝I 线ΔU ＝I 2
线R 线＝(P 2U 2
)2
R 线．
当输送功率一定时，输电电压增大到原来的n 倍，输电线上损耗的功率就减小到原来的1
n
2.
【典型例题】
例1．如图所示，将额定电压为60 V 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220 V 和2.2 A ．以下判断正确的是( )
A ．变压器输入功率为484 W
B ．通过原线圈的电流的有效值为0.6 A
C ．通过副线圈的电流的最大值为2.2 A
D ．变压器原、副线圈匝数比n 1∶n 2＝11∶3
例2．如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，b 是原线圈的中心接头，电压表V 和电流表A 均为理想电表，除滑动变阻器电阻R 、定值电阻R 0以外的其余电阻不计，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u 1＝2202sin 100πt (V)．下列说法中正确的是 ( )
A ．t ＝1
600 s 时刻，c 、d 两点间的电压瞬时值为110 V
B ．当单刀双掷开关与a 连接时，电压表的示数为22 2 V
C ．单刀双掷开关与a 连接，在滑动变阻器滑片P 向上移动的过程中，电压表和电流表的示数均变小
D ．当单刀双掷开关由a 扳向b 时，电压表和电流表的示数均变大
例3．某村在距村庄较远的地方修建了一座小型水电站，发电机输出功率为9 kW ，输出电压为500 V ，输电线的总电阻为10 Ω，允许线路损耗的功率为输出功率的4%，求： (1)村民和村办小企业需要220 V 电压时，求所用升压变压器和降压变压器的原、副线圈的匝数比各为多少；(不计变压器的损耗)
(2)若不用变压器而由发电机直接输送，村民和村办小企业得到的电压和功率各是多少．
【拓展训练】
1．如图所示，理想变压器原线圈的匝数为n1，副线圈的匝数为n2，原线圈的两端a、b接正弦交流电源，电压表V的示数为220 V，负载电阻R＝44 Ω，电流表A1的示数为0.2 A．下列判断正确的是()
A．原线圈和副线圈的匝数比为2∶1
B．原线圈和副线圈的匝数比为5∶1
C．电流表A2的示数为0.1 A
D．电流表A2的示数为0.4 A
2．如图，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R L ＝6 Ω，AB端电压u1＝122sin 100πt (V)．下列说法正确的是()
A．电流频率为100 Hz
B.的读数为24 V
C.的读数为0.5 A
D．变压器输入功率为6 W
3．如图所示的电路中，P为滑动变阻器的滑片，保持理想变压器的输入电压U1不变，闭合电键S，下列说法正确的是()
A．P向下滑动时，灯L变亮
B．P向下滑动时，变压器的输出电压不变
C．P向上滑动时，变压器的输入电流变小
D．P向上滑动时，变压器的输出功率变大
4．如图所示，一理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2.原线圈通过一理想电流表接正弦交流电源，一个二极管和阻值为R的负载电阻串联后接到副线圈的两端．假设该二极管的正向电阻为零，反向电阻为无穷大，用交流电压表测得a、b端和c、d端的电压分别为U ab和U cd，则()
A．U
∶U cd＝n1∶n2
B．增大负载电阻的阻值R，电流表的读数变小
C．负载电阻的阻值越小，cd间的电压U cd越大
D．将二极管短路，电流表的读数加倍
5．如图所示为远距离交流输电的简化电路图．发电厂的输出电压是U，用等效总电阻是r
的两条输电线输电，输电线路中的电流是I 1，其末端间的电压为U 1.在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流是I 2.则( )
A ．用户端的电压为I 1U 1
I 2
B ．输电线上的电压降为U
C ．理想变压器的输入功率为I 2
1r
D ．输电线路上损失的电功率为I 1U
6．如图所示，一正弦交流电瞬时值为e ＝2202sin 100πt V ，通过一个理想电流表，接在一个理想变压器两端，变压器起到降压作用．开关闭合前后，A 、B 两端的电功率相等，以下说法正确的是( )
A ．流过r 的电流方向每秒钟变化50次
B ．变压器原线圈匝数大于副线圈匝数
C ．开关从断开到闭合时，电流表示数变小
D ．R ＝2r
7．远距离输电线路的示意图如图所示，若发电机的输出电压不变，认为升压变压器和降压变压器都是理想的，输电线具有一定电阻，下列判断错误的是( )
A ．升压变压器的输出电压总是大于降压变压器的输入电压
B ．升压变压器的输出功率总是大于降压变压器的输入功率
C ．随着用户用电功率增加，升压变压器原线圈中的电流变小
D ．随着用户用电功率增加，降压变压器原线圈两端的电压变小
8． (2014·江苏·3)远距离输电的原理图如图所示，升压变压器原、副线圈的匝数分别为n 1、n 2，电压分别为U 1、U 2，电流分别为I 1、I 2，输电线上的电阻为R .变压器为理想变压器，则下列关系式中正确的是( ) A.I 1
I 2＝n 1n 2
B ．I 2＝U 2
R
C ．I 1U 1＝I 22R
D ．I 1U 1＝I 2U 2。