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步步高2015一轮讲义:10.2变压器、电能的输送

步步高2015一轮讲义:10.2变压器、电能的输送

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.1.[理想变压器的工作原理]关于理想变压器的工作原理,以下说法正确的是() A.通过正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变B.穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都相等C.穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势D.原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈答案BC解析由于是交变电流,交变电流的磁场不断变化,磁通量也在变化,A错误;因理想变压器无漏磁,故B、C正确;原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能,故D错.2.[理想变压器的功率、电压、电流关系]如图1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()图1A.原线圈和副线圈的匝数比为2∶1B.原线圈和副线圈的匝数比为5∶1C.电流表A2的示数为0.1 AD.电流表A2的示数为0.4 A答案 B解析由题意可求得原线圈的功率,利用理想变压器原、副线圈中的功率相等可求得副线圈中的电流,再利用原、副线圈中的电流之比可求得两线圈的匝数比.由电压表V示数和电流表A1的示数可得原线圈中的功率P1=U1I1,P1=P2=I22R,所以电流表A 2的示数为I 2=U 1I 1R = 220×0.244A =1 A ,C 、D 错误;原线圈和副线圈的匝数比n 1n 2=I 2I 1=51,A 错误,B 正确.3.[远距离输电中的电压与功率损失]在远距离输电中,当输电线的电阻和输送的电功率不变时,那么( )A .输电线路上损失的电压与输送电流成正比B .输电的电压越高,输电线路上损失的电压越大C .输电线路上损失的功率跟输送电压的平方成反比D .输电线路上损失的功率跟输电线上的电流成正比 答案 AC解析 输电线路上损失电压ΔU =IR ,在R 一定时,ΔU 和I 成正比.若U 越高,I =PU ,I 越小,那么ΔU 越小.输电线路上损失的功率ΔP =I 2R ,当P 一定时,I =PU ,所以ΔP=(PU)2R ,即ΔP 和U 的平方成反比,跟I 的平方成正比,故A 、C 正确.一、理想变压器1.主要构造:由原线圈、副线圈和铁芯三部分组成. 2.工作原理:电磁感应的互感现象. 3.基本关系式(1)功率关系:P 入=P 出.(2)电压关系:只有一个副线圈时,U 1n 1=U 2n 2;有多个副线圈时,U 1n 1=U 2n 2=U 3n 3=….(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=U 2I 2+U 3I 3+…. 4.几种常用的变压器(1)自耦变压器——调压变压器.(2)互感器⎩⎪⎨⎪⎧电压互感器:用来把高电压变成低电压.电流互感器:用来把大电流变成小电流.5.理想变压器的理解(1)没有能量损失;(2)没有磁通量损失. 二、远距离输电1.输电过程(如图2所示)图22.输送电流(1)I =PU ;(2)I =U -U ′R.3.输电导线上的能量损失:主要是由输电线的电阻发热产生的,表达式为Q =I 2Rt . 4.电压损失(1)ΔU =U -U ′;(2)ΔU =IR . 5.功率损失(1)ΔP =P -P ′;(2)ΔP =I 2R =(P U )2R .6.降低输电损耗的两个途径(1)减小输电线的电阻,由电阻定律R =ρlS 可知,在输电距离一定的情况下,为了减小电阻,应采用电阻率小的材料,也可以增加导线的横截面积.(2)减小输电导线中的输电电流,由P =UI 可知,当输送功率一定时,提高输电电压,可以减小输电电流.考点一 理想变压器原、副线圈基本关系的应用制约关系(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.例1 如图3甲所示,理想变压器的原线圈匝数n 1=350匝,副线圈匝数n 2=70匝,电阻R=20 Ω,是交流电压表,原线圈加上如图乙所示的交流电,则下列说法正确的是( )甲 乙图3A .加在原线圈上交流电压瞬时值的表达式为u =202sin 5πt VB .原线圈电流的有效值为0.04 AC .在t =0.01 s 时,电压表的示数为0D .电阻R 上消耗的电功率为0.8 W解析 由题图乙可知该交流电的峰值U m =20 2 V ,周期T =0.02 s ,结合正弦交流电瞬时值的一般表达式u =U m sin 2πTt 可得该交流电的瞬时值表达式应是u =202sin 100πt V .A 选项错.因为变压器是理想变压器,则有U 1U 2=n 1n 2,又U 1=22U m =20 V ,所以U 2=n 2n 1U 1=70350×20 V =4 V ,变压器的输出功率P 2=P R =U 22R =4220 W =0.8 W .D选项对.对理想变压器有P 1=P 2,又P 1=U 1I 1,所以原线圈中电流的有效值I 1=P 1U 1=P 2U 1=0.820 A=0.04 A .B 选项对.因交流电压表测量的是交流电的有效值,故电压表的示数等于U 2即4 V .C 选项错. 答案 BD关于理想变压器的四点说明 (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U 1、U 2、I 1、I 2均为有效值.突破训练1 如图4所示,一理想变压器原、副线圈匝数之比为4∶1,原线圈两端接入一正弦交流电源,副线圈电路中R 为负载电阻,交流电压表和交流电流表都是理想电表.下列结论正确的是( )图4A .若电压表读数为6 V ,则输入电压的最大值为24 2 VB .若输入电压不变,副线圈匝数增加到原来的2倍,则电流表的读数减小到原来的一半C .若输入电压不变,负载电阻的阻值增加到原来的2倍,则输入功率也增加到原来的2倍D .若保持负载电阻的阻值不变,输入电压增加到原来的2倍,则输出功率增加到原来的4倍 答案 AD解析 本题考查变压器的原理以及交流电的有关知识,意在考查考生对交变电流的认识和理解.若电压表的读数为6 V ,则变压器的输出电压的有效值为6 V ,由U 1U 2=n 1n 2,故U 1=4U 2=24 V ,所以输入电压的最大值为U m =2U 1=24 2 V ,所以选项A 正确;若输入电压不变,副线圈匝数增加,则U 2增大,由I 2=U 2R可知,电流表示数增大,所以选项B 错;输入电压和匝数比不变,则电压值不变,当负载电阻R 变大时,则I 2=U 2R ,电流变小,又P 1=P 2=U 2I 2,故输入功率也减小,所以选项C 错;若负载电阻R 不变,输入电压变为原来的2倍,则输出电压也变为原来的2倍,I 2=U 2R 则输出电流也变为原来的2倍,故输出功率P 2=U 2I 2变为原来的4倍,所以选项D 正确. 考点二 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.图5 图62.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 22R ,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.例2 火警报警系统原理如图7甲所示,M 是一个小型理想变压器,原、副线圈匝数之比n 1∶n 2=10∶1,接线柱a 、b 接上一个正弦交变电源,电压随时间变化规律如图乙所示,在变压器右侧部分,R2为用半导体热敏材料(电阻率随温度升高而减小)制成的传感器,R1为一定值电阻.下列说法中正确的是()图7A.电压表示数为22 VB.此交变电源的频率为50 HzC.当传感器R2所在处出现火警时,电流表的示数减小D.当传感器R2所在处出现火警时,电压表的示数减小解析副线圈两端电压是22 V,电压表示数等于副线圈两端电压减去R1两端的电压,小于22 V,所以A错;从题图乙可知,周期是0.02 s,所以频率是50 Hz,B正确;当传感器R2所在处出现火警时,R2的电阻变小,它两端的电压变小,电流变大,电流表的示数变大,电压表的示数变小,C错,D对.答案BD例3如图8所示的电路中,有一自耦变压器,左侧并联一只理想电压表V1后接在稳定的交流电源上;右侧串联灯泡L和滑动变阻器R,R上并联一只理想电压表V2.下列说法中正确的是()图8A.若F不动,滑片P向下滑动时,V1示数变大,V2示数变小B.若F不动,滑片P向下滑动时,灯泡消耗的功率变小C.若P不动,滑片F向下移动时,V1、V2的示数均变小D.若P不动,滑片F向下移动时,灯泡消耗的功率变大解析若F不动,滑片P向下滑动时,滑动变阻器接入电路中的电阻变大,则副线圈回路中总电阻变大,则回路中电流减小,灯泡两端电压减小,功率变小,滑动变阻器两端电压变大,V2的示数变大,而原线圈两端电压不变,则A错误,B正确;若P不动,滑片F向下移动时,根据理想变压器特点可知原线圈两端电压不变,副线圈两端电压减小,则副线圈回路中电流变小,灯泡L消耗的功率减小,电压表V2的示数变小,C、D错误.答案 B突破训练2图9甲为理想变压器的示意图,其原、副线圈的匝数之比为4∶1,电压表和电流表均为理想电表.若发电机向原线圈输入图乙所示的正弦交流电,图中R t 为NTC 型热敏电阻(阻值随温度升高而变小),R 1为定值电阻.下列说法中正确的是( )图9A .交流电压u 的表达式为u =362sin 50πt VB .t =0.01 s 时,发电机线圈中穿过的磁通量最大C .R t 温度升高时,变压器的输入功率变小D .R t 温度升高时,电压表的示数不变、电流表的示数变大 答案 BD解析 原线圈接的是题图乙所示的正弦交流电,由题图知最大电压为36 2 V ,周期为0.02 s ,故角速度是ω=100π rad/s ,u =362sin 100πt V ,故A 错误.t =0.01 s 时,感应电动势为0,线圈处于中性面位置,发电机线圈中穿过的磁通量最大,B 正确.R t 温度升高时,副线圈中的电阻减小,由于原、副线圈电压均不变,故电压表示数不变,电流表的示数变大,故输出功率变大,理想变压器的输入、输出功率相等,故输入功率变大,C 错误,D 正确. 考点三 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. 2.远距离高压输电的几个基本关系(以图10为例)图10(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 3R 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)2R 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1n 2. 例4 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. 解析 (1)建立如图所示的远距离输电模型,要求变压器原、副线圈的匝数比,先要知道原、副线圈两端的电压之比.本题可以线路上损耗的功率为突破口,先求出输电线上的电流I 线,再根据输出功率求出U 2,然后再求出U 3.由线路损耗的功率P 损=I 2线R 线和P 损=4%P 出可得 I 线=P 损R 线= 9 000×4%10A =6 A 又因为P 输出=U 2I 线,所以 U 2=P 输出I 线=9 0006 V =1 500 VU 3=U 2-I 线R 线=(1 500-6×10) V =1 440 V 根据理想变压器规律 n 1n 2=U 1U 2=500 V 1 500 V =13 n 3n 4=U 3U 4=1 440 V 220 V =7211所以升压变压器和降压变压器原、副线圈的匝数比分别是1∶3和72∶11. (2)若不用变压器而由发电机直接输送(模型如图所示),由P 输出=UI 线′可得I 线′=P 输出U =9 000500 A =18 A所以线路损耗的功率P 线=I 线′2R 线=182×10 W =3 240 W用户得到的电压U 用户=U -I 线′R 线=(500-18×10) V =320 V 用户得到的功率P 用户=P 输出-P 线=(9 000-3 240) W =5 760 W. 答案 (1)1∶3 72∶11 (2)320 V 5 760 W输电线路功率损失的计算方法 (1)P 损=P -P ′,P 为输送的功率,P ′为用户所得功率. (2)P 损=I 2线R 线,I 线为输电线路上的电流,R 线为线路电阻. (3)P 损=ΔU 2R 线,ΔU 为输电线路上损失的电压,R 线为线路电阻.(4)P 损=ΔUI 线,ΔU 为输电线路上损失的电压,I 线为线路上的电流.特别提醒 在远距离输电问题中,计算线路功率损耗时一般用P 损=I 2线R 线,其原因是 I 线可以由公式P 输出=I 线U 输出求出,而P 损=ΔUI 线和P 损=ΔU 2R 线则不常用,其原因是在一般情况下,ΔU 不易求出,且易将ΔU 和U 输出相混而造成错误.突破训练3 随着社会经济的发展,人们对能源的需求也日益扩大,节能变得越来越重要.某发电厂采用升压变压器向某一特定用户供电,用户通过降压变压器用电,若发电厂输出电压为U 1,输电导线总电阻为R ,在某一时段用户需求的电功率为P 0,用户的用电器正常工作的电压为U 2.在满足用户正常用电的情况下,下列说法正确的是( ) A .输电线上损耗的功率为P 20RU 22B .输电线上损耗的功率为P 20RU 21C .若要减少输电线上损耗的功率可以采用更高的电压输电D .采用更高的电压输电会降低输电的效率 答案 C解析 设发电厂输出功率为P ,则输电线上损耗的功率P 损=P -P 0,P 损=I 2R =P 2RU 21,A 、B 项错误;采用更高的电压输电,可以减小输电线上的电流,故可以减少输电线上损耗的功率,C 项正确;采用更高的电压输电,输电线上损耗的功率减少,用户需求功率不变,则发电厂输电效率η=P 0P 0+P 损=增大,故可提高输电的效率,D 项错误.44.两种特殊的变压器模型1.自耦变压器自耦变压器又称为调压变压器,它只有一个线圈,把全部线圈作为原线圈或副线圈,线圈的一部分作为副线圈或原线圈.由此自耦变压器可以降压,也可以升压,变压器的基本规律对自耦变压器均适用.例5 如图11所示,接在照明电路中的自耦变压器的副线圈上通过输电线接有三个灯泡L 1、L 2和L 3,输电线的等效电阻为R .当滑动触头P 向上移动一段距离后,下列说法正确的是( )图11A .等效电阻R 上消耗的功率变大B .三个灯泡都变亮C .原线圈两端的输入电压减小D .原线圈中电流表示数减小解析 自耦变压器的原、副线圈是同一个线圈,只是匝数不同而己.由题意知原线圈是副线圈的一部分.U 2U 1=n 2n 1,当P 上移时,U 1、n 2不变,n 1变大,U 2变小,因负载电路结构不变,因此负载上的总电流I 2=U 2R 总应变小,R 上消耗的功率变小,由串、并联电路特点知三个灯泡都变暗,A 、B 都错误.由于原线圈的输入电压由外部电路决定,是不变的,C 错误;由P 入=P 出,U 1I 1=U 2I 2=U 22R 总知,P 出减小时,I 1一定减小,电流表示数减小,D 项正确. 答案 D 2.互感器互感器有电压互感器和电流互感器两种,比较如下:例6 通过电流互感器来连接,图12中电流互感器ab 一侧线圈的匝数较少,工作时电流为I ab ,cd 一侧线圈的匝数较多,工作时电流为I cd ,为了使电流表能正常工作,则( )图12A .ab 接MN 、cd 接PQ ,I ab <I cdB .ab 接MN 、cd 接PQ ,I ab >I cdC .ab 接PQ 、cd 接MN ,I ab <I cdD .ab 接PQ 、cd 接MN ,I ab >I cd解析 测电流时,需副线圈中的电流较小,由I 1I 2=n 2n 1可知:n 2较大,n 1较小,所以ab 接MN ,cd 接PQ ,I ab >I cd .选项B 正确.答案 B高考题组1.(2013·广东理综·16)如图13,理想变压器原、副线圈匝数比n 1∶n 2=2∶1,和均为理想电表,灯泡电阻R L =6 Ω,AB 端电压u 1=122sin 100πt (V),下列说法正确的是( )图13A .电流频率为100 HzB.的读数为24 VC.的读数为0.5 AD .变压器输入功率为6 W答案 D解析 由ω=2πf =100π rad/s 得:f =50 Hz ,A 错.有效值U 1=12 V ,又:U 2U 1=n 2n 1得:U 2=6 V ,I 2=U 2R L=1 A ,B 、C 项错.由能量守恒得P 1=P 2=U 2I 2=6 W ,D 对. 2.(2012·福建理综·14)如图14所示,理想变压器原线圈输入电压u =U m sin ωt ,副线圈电路中R 0为定值电阻,R 是滑动变阻器.和是理想交流电压表,示数分别用U 1和U 2表示;和是理想交流电流表,示数分别用I 1和I 2表示.下列说法正确的是( )图14A .I 1和I 2表示电流的瞬时值B .U 1和U 2表示电压的最大值C .滑片P 向下滑动过程中,U 2不变、I 1变大D .滑片P 向下滑动过程中,U 2变小、I 1变小答案 C解析 电路中交流电表的示数为有效值,故A 、B 项均错误;P 向下滑动过程中,R 变小,由于交流电源的输出电压和原、副线圈匝数不变,U 1、U 2均不变,所以I 2=U 2R 0+R变大,由I 1I 2=n 2n 1,得I 1=n 2n 1I 2变大,故C 项正确,D 项错误. 3.(2012·课标全国理综·17)自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈,原、副线圈都只取该线圈的某部分.一升压式自耦调压变压器的电路如图15所示,其副线圈匝数可调.已知变压器线圈总匝数为1 900匝;原线圈为1 100匝,接在有效值为220 V 的交流电源上.当变压器输出电压调至最大时,负载R 上的功率为2.0 kW.设此时原线圈中电流的有效值为I 1,负载两端电压的有效值为U 2,且变压器是理想的,则U 2和I 1分别约为( )图15A .380 V 和5.3 AB .380 V 和9.1 AC .240 V 和5.3 AD .240 V 和9.1 A答案 B解析 由题图并根据理想变压器电压比关系U 1U 2=n 1n 2,代入数据解得副线圈两端的电压有效值U 2=380 V ,因理想变压器原、副线圈输入和输出的功率相等,即P 入=P 出=U 1I 1,解得I 1=2.0×103220A ≈9.1 A ,选项B 正确,选项A 、C 、D 错误. 模拟题组4.图16甲中的变压器为理想变压器,原线圈匝数n 1与副线圈匝数n 2之比为10∶1,变压器的原线圈接如图乙所示的正弦式交流电,电阻R 1=R 2=R 3=20 Ω和电容器C 连接成如图甲所示的电路,其中,电容器的击穿电压为8 V ,电压表为理想交流电表,开关S 处于断开状态,则( )图16A .电压表的读数约为7.07 VB .电流表的读数约为0.05 AC .电阻R 2上消耗的功率为2.5 WD .若闭合开关S ,电容器会被击穿答案 AC 解析 由变压器变压公式,副线圈输出电压最大值为20 V ,电压表的读数为U R 2=202×2020+20 V ≈7.07 V ,选项A 正确;变压器输出功率为P 2=U 2I 2=U 22R 1+R 2=(102)240 W =5 W ,U 1=2002V =100 2 V ,由P 1=U 1I 1=5 W 可得电流表的读数为240 A ≈0.035 A ,选项B 错误;电阻R 2上消耗的功率为P 22=2.5 W ,选项C 正确;若闭合开关S ,R 1和R 3并联部分电压最大值为203V<8 V ,电容器不会被击穿,选项D 错误. 5.中国已投产运行的1 000 kV 特高压输电项目,是目前世界上输电电压最高的输电工程.假设甲、乙两地原来用500 kV 的超高压输电,在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下,现改用1 000 kV 特高压输电,不考虑其他因素的影响.则( )A .输电电流变为原来的2倍B .输电线上降落的电压将变为原来的2倍C .输电线上降落的电压将变为原来的12D .输电线上损耗的电功率将变为原来的12答案 C解析 由P =UI 可知,电压加倍,电流减半,A 、B 错误;输电线上的功率损失ΔP =I 2r 变为原来的14,D 错误;输电线上降落的电压ΔU =Ir 变为原来的12,C 正确.(限时:30分钟)►题组1 对理想变压器基本规律的考查1.如图1所示,半径为L =1 m 的金属圆环,其半径Oa 是铜棒,两者电阻均不计且接触良好.今让Oa 以圆心O 为轴,以角速度ω=10 rad/s 匀速转动,圆环处于垂直于环面、磁感应强度为B =2 T 的匀强磁场中.从圆心O 引出导线,从圆环上接出导线,并接到匝数比为n 1∶n 2=1∶4的理想变压器原线圈两端.则接在副线圈两端的理想电压表的示数为( )图1A .40 VB .20 VC .80 VD .0答案 D解析 由于Oa 以圆心O 为轴,以角速度ω=10 rad/s 匀速转动,产生恒定的感应电动势,变压器铁芯中磁通量不变,接在副线圈两端的理想电压表的示数为0,选项D 正确.2.如图2甲所示,一理想变压器原、副线圈匝数比n 1∶n 2=11∶5,原线圈与正弦交变电源连接,输入电压u 随时间t 的变化规律如图乙所示,副线圈仅接入一个10 Ω的电阻.则( )图2A .变压器的输入电压最大值是220 2 VB .正弦交变电流的周期是1×10-3 s C .变压器的输入功率是1×103 WD .电压表的示数是100 2 V答案 AC解析 由题图乙可知,输入电压最大值为220 2 V ,有效值为220 V ,周期为2×10-2 s ,故A 正确,B 错误;根据变压器原、副线圈电压关系得出输出电压有效值为U 2=100 V ,则电压表的示数为100 V ,D 错误;变压器的输入功率等于输出功率,为P 入=P 出=U 22R=1×103 W ,C 正确.3.如图3所示,50匝矩形闭合导线框ABCD 处于磁感应强度大小为B =210T 的水平匀强磁场中,线框面积S =0.5 m 2,线框电阻不计.线框绕垂直于磁场的轴OO ′以角速度ω=200 rad/s 匀速转动,并与理想变压器原线圈相连,副线圈接入一只额定电压为220 V 、额定功率未知的灯泡,且灯泡正常发光,交流电流表的量程为0.6 A ,读数为0.11 A .下列说法正确的是( )图3A .灯泡的额定功率为22.4 WB .线框中产生交变电压的有效值为500 VC .变压器原、副线圈匝数之比为25∶11D .变压器输出端最多能并联6只这样的灯泡答案 BC解析 由E m =nBSω可求出线框中产生交变电压的最大值为500 2 V ,故有效值为500 V ,B 正确.灯泡的额定功率等于原线圈的输入功率为55 W ,A 错误.变压器原、副线圈匝数跟电压成正比,故C 正确.副线圈接一只灯泡时,电流表示数是0.11 A ,又电流表量程为0.6 A ,故变压器输出端最多能并联5只这样的灯泡,D 错误.4.如图4甲所示为一个小型电风扇的电路简图,其中理想变压器的原、副线圈匝数之比n 1∶n 2=10∶1,接线柱a 、b 接上一个正弦交变电源,电压随时间变化规律如图乙所示,输出端接有额定电压均为12 V 的灯泡和风扇电动机,电动机线圈电阻r =2 Ω.接通电源后,灯泡正常发光,风扇正常工作,则( )图4A.电阻R两端的电压是10 VB.通过风扇电动机的电流是6 AC.通过灯泡的交流电频率是100 HzD.风扇突然卡住的瞬间,灯泡变暗答案AD解析据题图乙可知原线圈电压的有效值为220 V,周期为0.02 s,故其频率为50 Hz.由于理想变压器原、副线圈的电压跟匝数成正比,故副线圈两端的电压为22 V,又额定电压为12 V的灯泡正常发光,故电阻R两端的电压是10 V,A正确.风扇电动机不是纯电阻用电器,故风扇电动机线圈两端的电压小于12 V,通过风扇电动机的电流小于6 A,B错误.变压器不改变交流电的频率,故通过灯泡的交流电频率是50 Hz,C 错误.风扇突然卡住的瞬间,风扇电动机线圈两端的电压增大,通过风扇的电流增大,则副线圈干路电流增大,R两端的电压增大,由于原、副线圈匝数不变,故副线圈两端的电压不变,加在灯泡两端的电压减小,灯泡变暗,D正确.►题组2对变压器动态分析的考查5.如图5甲所示,T为理想变压器,原、副线圈匝数比为10∶1,副线圈所接电路中,电压表V1、V2和电流表A1、A2都为理想电表,电阻R1=4 Ω,R2=6 Ω,R3的最大阻值为12 Ω,原线圈两端加上如图乙所示的电压.在R3的滑片自最下端滑动到最上端的过程中,以下说法正确的是()图5A.电压表V1的示数增大B.电压表V2的示数为20 2 VC.电流表A1、A2的示数都增大D.电压表V1的示数与电流表A1的示数的乘积一直减小答案 D解析当R3的滑片向上移动时,R2、R3的总电阻减小,分压减小,所以电压表V1的示数减小,A 错误.由变压比公式220 V U 2=101得U 2=22 V ,B 错误.根据“串反并同”得电流表A 1的示数增大,电流表A 2的示数减小,C 错误.电压表V 1的示数与电流表A 1的示数的乘积为电阻R 2、R 3消耗的功率之和,把变压器输出端当作电源,R 1当作内阻,可知:当R 2、R 3的总电阻等于R 1时电阻R 2、R 3消耗的功率之和最大,R 3的滑片在最下端时R 23=R 1,所以当滑片上移时,R 23减小,D 正确.6.如图6所示,电路中理想变压器原、副线圈接入电路的匝数可通过单刀双掷开关改变,为交流电流表.在变压器原线圈a 、b 两端加上一峰值不变的正弦交变电压,下列分析正确的是( )图6A .只将S 1从1拨向2时,电流表示数变小B .只将S 2从3拨向4时,电流表示数变大C .只将R 的滑片上移,R 2的电功率变大D .只将R 的滑片上移,R 2的电功率变小答案 D解析 只将S 1从1拨向2时,会使副线圈两端电压增大,输出功率增大,电流表示数会变大,所以A 错;只将S 2从3拨向4时,会使副线圈两端电压变小,输出功率变小,电流表示数会变小,所以B 错;只将R 的滑片上移,使得变阻器R 阻值变大,变阻器R 两端的电压增大,所以R 2两端的电压会减小,R 2的电功率变小,所以C 错,D 对.7.如图7甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为22∶1,b 是原线圈的中心抽头,图中电表均为理想的交流电表,定值电阻R =10 Ω,其余电阻均不计,从某时刻开始在原线圈c 、d 两端加上如图乙所示的正弦交变电压,则下列说法中正确的是( )甲 乙图7A .当单刀双掷开关与a 连接时,电压表的示数为14.14 VB .当单刀双掷开关与a 连接且t =0.02 s 时,电流表示数为零C .当单刀双掷开关由a 拨向b 后,原线圈的输入功率变大D .当单刀双掷开关由a 拨向b 后,副线圈输出电压的频率不变。

物理:5.5《电能的输送》(人教版选修3-2)ppt课件

物理:5.5《电能的输送》(人教版选修3-2)ppt课件

降压变压器
;
16
二、远距离输电原理图
I1
P1
F
U 1 n1
I 2
P2
n2
U 2
I3 r
线
P3
U n3 3
I4
P4
n4
U 4
R 用
升压变压器 功率关系:
降压变压器
P1=P2,P3=P4,P2=Pr+P3
;
17
I1
P1
F
U
n1
1
I 2
P2 n2 U
2
I3
r
线
P3
U n3 3
I4 P4 n4 U
4
R 用
A、
B、
C、
D、
A
U
2 1
(U 1 - U 2 )2
R
R
I 2R
I(U1 -U2)
;
20
远距离输电示意图
;
21
远距离输电
我国常用的远距离输电采用的电压有110 kV、220 kV、330 kV,输电干线 采用500 kV的超高压,西北电网达到750kV。
是不是输电电压越高越好?
思考
电压越高,对输电线路和变压器的要求越高,建设费用越高。
升压变压器 电压关系:
降压变压器
U 1
U 2
n
U
1,
3
n
U
2
4
n 3 ,U
U
+U
n
2
r
3
4
;
18
I1
P1
F
U 1 n1
I 2
P2
n2
U 2
I3 r

高中物理一轮复习课件:变压器 电能的输送(共24张PPT)

高中物理一轮复习课件:变压器 电能的输送(共24张PPT)

线圈电压、电流的关系,将原线圈接到电压有效值不
变的正弦交流电源上,副线圈连接相同的灯泡L1、L2,
电路中分别接了理想交流电压表V1、V2和理想交流电
流表A1、A2,导线电阻不计,如图所示.当开关S闭
合后(
AD)
A.A1示数变大,A1与A2示数的比值不变 B.A1示数变大,A1与A2示数的比值变大 C.V2示数变小,V1与V2示数的比值变大 D.V2示数不变,V1与V2示数的比值不变
率一定时,采用高压输电可以减小输电电流,从而减 小线路上的功率损失.
17
三. 高压输电问题的分析 1.先后顺序: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”这样 的顺序,或从“用电器”倒推到“发电机”一步一步 进行分析. 2.远距离高压输电的几个基本关系(以图为例)
)
A.输电电流为 3I
B.输电电流为AD9I
C.输电电压为 3U
D. 输电电压为 1/3U
20
15
【例与练】如图为理想变压器,其原、副线圈的匝数比 为2∶1,原线圈接有交流电压u=220sin 100πt (V);图 中电压表和电流表均为理想交流电表,Rt为负温度系数 的热敏电阻(即当温度升高时,阻值减小),R1为定值电 阻,C为电容器,下列说法正确的是( D ) A.电压表示数是110 V B.交流电的频率为100 Hz C.通过R1的电流始终为零 D.当Rt处温度升高时,电压表示数不变,电流表示数 变大
11
【例与练】如图所示,P为一理想自耦变压器的滑片, Q为滑动变阻器的滑动触头。在输入交变电压一定的条 件下,下列说法正确的是( BC ) A.Q不动,P向下移动,电流表示数减小,电压表示数增大 B.Q不动,P向上移动,电流表示数减小,电压表示数减小 C.P不动,Q向上移动,电流表示数增大,电压表示数不变 D.P不动,Q向下移动,电流表示数增大,电压表示数不变

【原创】高考物理总复习 第2课时 变压器 电能的输送(002)

【原创】高考物理总复习  第2课时 变压器 电能的输送(002)

第2课时 变压器 电能的输送【备考建议】 1.理想变压器的原理,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.考点一 理想变压器的原理和基本关系1.变压器的原理教材再现 现象是变压器工作的基础.电流通过原线圈时在铁芯中激发 ,由于电流的大小、方向在不断变化,铁芯中的磁场也在不断 ,变化的磁场在副线圈中产生 电动势.在输入电压一定时,原、副线圈取不同的匝数,副线圈输出的电压也不一样.互感磁场变化感应2.理想变压器的基本关系(1)功率关系: .P 入=P 出降压升压3.几种常见的变压器(1)自耦变压器——调压变压器() , ()2 , ().⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎩电压互感器:把高变成低其原线圈匝数填“多于”或“少于”副线圈匝数.互感器电流互感器:把大变成小其原线圈匝数填“多于”或“少于”副线圈匝数电压 电压 多于电流电流少于(2)电流决定关系:输出电流I2决定输入电流I1.(3)功率决定关系:输出功率P出决定输入功率P入,也可简记为“用决定供”【典例1】 (2016·全国Ⅲ卷,19)(多选)如图,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、副线圈匝数之比为9∶1B.原、副线圈匝数之比为1∶9C.此时a和b的电功率之比为9∶1D.此时a和b的电功率之比为1∶9AD(2)输入电压U等于灯a与变压器原线圈两端电压之和.反思总结 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)变压器只能改变交流的电压和电流,不能改变交流的频率.(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.【即时训练1】 (2018·贵州黔东南州模拟)(多选)如图,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132 WB.通过原线圈的电流的有效值为0.6 AC.通过副线圈的电流的最大值为2.2 AD.变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=11∶3ABD【即时训练2】 如图所示,接在理想变压器回路中的四个规格相同的灯泡都正常发光,那么,理想变压器的匝数比n1∶n2∶n3为( )A.1∶1∶1B.3∶2∶1C.6∶2∶1D.2∶2∶1B考点二 理想变压器的动态分析1.匝数比不变、负载发生变化的情况(如图)(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、匝数发生变化的情况(如图)(2)R不变,U 2改变,故I 2发生变化.【典例2】 (2018·福建南平检测)(多选)如图所示,由于理想变压器原线圈的输入电压降低,使电灯L变暗,下列哪些措施可以使电灯L重新变亮( )A.其他条件不变,P 1上移,同时P 2下移B.其他条件不变,P 1下移,同时P 2上移C.其他条件不变,断开开关SD.其他条件不变,将滑动变阻器滑动片P向下移动BC 〚思路点拨〛 (1)P 1,P 2移动影响原、副线圈匝数.(2)开关S、滑片P的变化影响负载变化.题后反思 理想变压器动态分析的两点注意(1)弄清理想变压器中各物理量之间的联系和相互制约关系——U2由U1和匝数比决定;I2由U2和负载电阻决定;I1由I2和匝数比决定.(2)要明确“不变量”和“变化量”,从主动变化量开始,根据制约关系从前到后或从后到前逐一分析各物理量的变化情况.【即时训练3】 (2018·西安市长安区联考)如图(甲)所示的电路中,理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1, 、 均为理想电表,R为光敏电阻(其阻值随光强增大而减小),L1和L2是两个完全相同的灯泡.原线圈接入如图(乙)所示的正弦交流电压u,下列说法正确的是( ) A.灯L1两端电压的频率为100 HzB.电压表V的示数为22 VC.当光强增大时,变压器的输入功率变大D.当L1的灯丝烧断后,电压表V示数变小C【即时训练4】 有一种调压变压器的构造如图所示.线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上,C,D之间加上输入电压,转动滑动触头P就可以调节输出电压.图中A为交流电流表,V为交流电压表,R1,R2为定值电阻,R3为滑动变阻器,C,D两端接正弦交流电源,变压器可视为理想变压器,则下列说法正确的是( )A.当R3不变,滑动触头P顺时针转动时,电流表读数变小,电压表读数变小B.当R3不变,滑动触头P逆时针转动时,电流表读数变小,电压表读数变小C.当P不动,滑动变阻器滑动触头向上滑动时,电流表读数变小,电压表读数变小D.当P不动,滑动变阻器滑动触头向下滑动时,电流表读数变大,电压表读数变大A考点三 远距离输电横截面积输电电压(2)减小输电导线中的输电电流:由P=UI可知,当输送功率一定时,提高 ,可以减小输电电流.2.远距离输电(1)输电过程(如图所示):升压变压器 降压变压器(2)远距离高压输电的几个基本关系①功率关系:P1=P2,P3=P4,P2= +P3.P损ΔU 23U U R 线AC题后反思 远距离输电问题应注意以下几点(1)画出输电线路图.(2)将输电线路划分为几个独立回路.(3)升压变压器副线圈中的电流与降压变压器原线圈中的电流相等.(4)输电线长度等于距离的2倍,计算线路功率损失一般用P损=I2R线.BD【即时训练6】 图为远距离输电示意图,两变压器均为理想变压器,升压变压器T的原、副线圈匝数分别为n1,n2,在T的原线圈两端接入一电压u=Umsinωt的交流电源,若输送电功率为P,输电线的总电阻为2r,不考虑其他因素的影响,则输电线上损失的电功率为( )C知能拓展回顾 高考模拟增分【课时小结】【高考模拟】B2.(变压器基本原理)(2016·全国Ⅰ卷,16)一含有理想变压器的电路如图所示,图中电阻R1,R2和R3的阻值分别为3 Ω,1 Ω和4 Ω. 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( )A.2B.3C.4D.5B3.(远距离输电)(2014·浙江卷,15)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I1,其末端的电压为U1.在输电线与用户间连有一理想变压器,流入用户端的电流为I2.则( )A4.(变压器的动态分析)(2016·天津卷,5)如图所示,理想变压器原线圈接在交流电源上,图中各电表均为理想电表.下列说法正确的是( )A.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,R1消耗的功率变大B.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,电压表V示数变大C.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,电流表A1示数变大D.若闭合开关S,则电流表A1示数变大,A2示数变大B【拓展增分】用等效法处理变压器问题在只有一个副线圈的变压器电路中,用等效负载电阻公式进行计算,能降低难度,使问题简单明了化.下面就变压器等效负载电阻公式的推导做以下分析.如图(a)中的变压器为理想变压器,原、副线圈的匝数之比为n1∶n2,副线圈与阻值为R的电阻接成闭合电路,虚线框内部分可等效看成一个电阻R′.当变压器原线圈、电阻R′两端[如图(b)所示]都接到电压为U1的交流电源上,且R 与R′消耗的电功率相等时,R′即为虚线框内的等效电阻.【示例1】 (多选)如图所示,变压器为理想变压器,交流电源电压恒定,灯泡L 1串联在原线圈回路中,灯泡L2,L3为副线圈的负载,开关S断开时,灯泡L1,L2的亮度与断开前相比( ) A.L1亮度不变B.L1的亮度减弱C.L2亮度不变D.L2亮度增强BD【示例2】 (多选)如图为理想变压器,原副线圈的匝数比为n1∶n2=3∶1,且分别接有阻值相同的电阻R1和R2,交流电源电压恒为U,则此时( )AD练。

2014年《步步高》高三物理一轮复习课件(江苏专用)第十章 第2讲 理想变压器 电能的输送 传感器

2014年《步步高》高三物理一轮复习课件(江苏专用)第十章 第2讲 理想变压器 电能的输送 传感器

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4.几种常用的变压器 (1)自耦变压器——调压变压器
高电压 低电压 电压互感器:用来把__________变成_________. (2)互感器 电流互感器:用来把_________变成_________. 大电流 小电流
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答案
B
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【知识存盘】
闭合铁芯 1.构造:如图10-2-2所示,变压器是由________和绕 两个线圈 在铁芯上的________ 组成的.
图10-2-2
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初级 (1)原线圈:与交流电源连接的线圈,也叫____线圈. 负载 次级 (2)副线圈:与____ 连接的线圈,也叫____线圈. 电磁感应 2.原理:电流磁效应、________. 3.基本关系式
第2讲 理想变压器 电能的输送 传感器
理想变压器 【思维驱动】
Ⅱ(考纲要求)
(单选)一输入电压为220 V, 输 出电压为36 V的变压器副线圈烧 坏.为获知此变压器原、副线圈 匝数,某同学拆下烧坏的副线 圈,用绝缘导线在铁芯上新
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图10-2-1
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绕了5匝线圈,如图10-2-1所示,然后将原线圈接到220 V
答案
D
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【变式跟踪1】 (单选)如图10-2-6所 示为一理想变压器,原副线圈的匝 数之比为1∶n,副线圈接一定值电 阻R ( ). 图10-2-6

变压器和电能的输送总结

变压器和电能的输送总结

、变压器的原理1构造:由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成.2•电压关系I L n⑴百n :,无论副线圈一端是空载还是有负载,都是适用的.U n⑵ 据一=二知当n 2>n 1时L 2>Ui ,这种变压器称为升压变压器,当L 2 n 2器称为降压变压器.3.电流关系:根据p= U 1,由功率关系得:皿=Ul1,所以卜再由Uh2得,电流关系为:n =和n1l1=m.若有多个副线圈时,有 R = R+R+…,即 Ul i = U 2I 2 + Ul 3 +… 将 U : U 2 : U 3 :…=n i : n 2: n 3 :…代入得n i l 1 = rul 2 + ml 3 +…4. 功率关系:理想变压器不计铜损、铁损及漏磁,所以输入功率等于输出功率.当副线圈为断路时,原线圈输入功率为零. 对有多个副线圈输出时, 输入功率等于副线圈上输出功率 之和.变压器和电能的输送(1)原线圈:与交流电源相连的线圈. (2)副线圈:与负载相连的线圈.2. 原理:变压器工作的基础是电磁感应现象.3. 作用:改变交流电流的电压.三、常用的变压器一一互感器1•分类:电压互感器(如图甲)和电流互感器(如图乙). 2•电压互感器:如图甲所示 ,原线圈并联在高压电路中,副线圈接电压表.互感器将高压变为低压,通过电压表测 低电压,结合匝数比可计算出高压电路的电压.3.电流互感器:如图乙所示,原线圈串联在待测高电流电路中,副线圈接电流表.互感器将大电流变成小电流,通过电流表测出小电流,结合匝数比可计算出大电流电路的电流. 四、理想变压器中的几个关系: 1•电动势关系:由于互感现象,没有漏磁,原、副线圈中具有相同 的磁通量的变化率△①■jp.如图根据法拉第电磁感应定律,原线圈中△①E n 1,副线圈中6= n 2■△匸,所以有-=-n ><n i 时,U 2<Ui ,这种变压L 2UJ5•频率关系:变压器不能改变交变电流的频率•在原线圈中接上周期性变化的电流在副线圈中激发出同频率的交流电.特别提醒:(1)变压器只能改变交流电压, 若初级线圈加直流电压则次级线圈输出电压为零.(2)变压器的电动势关系、电压关系和电流关系是有效值间的关系,对最大值也适用,但对某时刻的瞬时值其关系并不成立. 五、变压器工作时的制约关系1电压制约:输出电压 U 2由输入电压 U 决定,即 U= rbU /n i .2•电流制约:原线圈中的电流 11由副线圈中的输出电流 |2决定,即I i= el 2/n i . 3.负载制约:(1)变压器副线圈中的功率 P 2由用户负载决定,F 2 = P 负i+ P 负2+…;⑵ 变压器副线圈中的电流 12由用户负载及电压 U 确定,12= R/U ;即变压器的输入功率是由输出功率决定的. 练习题:圈接入“220 V,60 W ”灯泡一只,且灯泡正常发光. A.电流表的示数为1. 理想变压器的原、副线圈中一定相同的物理量有( A. 交流电的频率 B .磁通量的变化率 功率D •交流电的峰值2. 对理想变压器,下列说法中正确的是 ( ) A. 原线圈的输入功率,随着副线圈的输出功率增大而增大B .原线圈的输入电流,随副线圈的输出电流增大而增大C . 原线圈的电流,不随副线圈的输出电流变化而变化D . 当副线圈的电流为零时,原线圈的电压也为零 3.如图所示的理想变压器,原副线圈的匝数比 n 1 : n 2= 1 :2, U = 220/2S in w t V, 6= 1100匝,以下说法中正确的是 () A. 穿过原、副线圈磁通量的变化率之比为 1 : 2 B .穿过原、副线圈磁通量的变化率的最大值相等,均为 C . 原、副线圈每一匝产生的电动势有效值相等,均为:b'ni 氐&D .原、副线圈电动势的瞬时值之比为 1 : 2 4. 如图所示,理想变压器原、畐y 线圈匝数之比为 20 : 1, 原线圈接正弦式交流电源,副线(3)理想变压器将电能由原线圈传给副线圈时总是“量出为入” ,即用户消耗多少,原线圈就提供多少,因而输出功率决定输入功率,P l= P 2;B .电源输出功率为 1200 WC . 电流表的示数为220 AD . 原线圈两端电压为 11 V 5.(变压器的动态分析高考天津卷 )为探究理想变压器原、 副线圈电压、电流的关系,将原线 圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上,副线圈连接相同的灯泡 L i 、L 2,电路中分别接了 理想交流电压表 V 1、V 2和理想交流电流表 A 、A 2,导线电阻不计,如图所示•当开关 S 闭合 A. A i 示数变大,A 与A 示数的比值不变B . A i 示数变大, A 与A 示数的比值变大C . V 2示数变小,V 与V2示数的比值变大 D .V 与V 2示数的比值不变 6. V 2示数不变, 有一理想变压器的原线圈连接一只交流电流表,副线圈接入电路的匝数可以通过滑动触 头Q 调节,如图所示,在副线圈两输出端连接了定值电阻 R )和滑动变阻器R,在原线圈上加一电压为 U 的交流电,则( ) A. 保持 Q 的位置不动,将 P 向上滑动时, 电流表的读数变大 B .保持 Q 的位置不动,将 P 向上滑动时, 电流表的读数变小 C . 保持 P 的位置不动,将 Q 向上滑动时, 电流表的读数变大 D . 保持 P 的位置不动,将 Q 向上滑动时, 电流表的读数变小 7.如图 5-4- 16,电路中有四个完全相同的灯泡,额定电压 均为U, 变压器为理想变压器,现在四个灯泡都正常发光,则 变压器的匝数比 n 1 : n 2和电源电压 U 分别为( ) niA. 1 : 2 2U B . 1 : 2 4U C. 2 : 1 4U D . 2 : 1 2U &如图5 — 4- 18甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为 10 : 1, R1= 20 Q, R2= 30 Q,C 为电容器.已知通过 R1的正弦式交流电如图乙所示,则 ( A. 交流电的频率为 Hz B .原线圈输入电压的最大值为 200边 V C . 电阻R 的电功率约为WD . 通过F 3的电流始终为零电能的输送、降低输电损耗的两个途径1由于输电导线有电阻,在输电过程中必有一部分电能要转化成热能而损失掉,设输电导线中电流为I ,输电导线的电阻为 R,则输电导线上的功率损失为△P = I 2R2.减小输电导线上的功率损失的两种方法 (1)减小输电导线上的电阻:由电阻定律R= PQ 可知,距离一定,选用电阻率 P 小的金属做S导线,增大导线横截面积 S 可减小电阻.⑵ 减小输电导线的电流:由 P = UI 可知,当传输功率 P 一定时,升高电压可以减小电流3.远距离输电基本原理:在发电站内用升压变压器升压,然后进行远距离输电,在用电区域通过降压变压器降到所需的电压. 二、输电线上的电压损失和功率损失1电压损失:输电线始端电压 U 与输电线末端电压 U'的差值.△ U= U- U = IR .2.功率损失:远距离输电时,输电线有电阻,电流的热效应引起功率损失,损失的电功率 A U 2⑶ A P=-R-I 为输电电流,R 为输电线的电阻,△ U 为输电线上损失的电压. 特别提醒:(1)输电电压是指加在高压输电线始端的电压U,损失电压是指降落在输电线路上的电压A U=IR .(2)输送功率是指高压输电线始端输出的电功率,损失功率是输电线上消耗的功率.二、远距离输电的几个基本关系电路(如图所示)Pl2(1) A P = I R (2) A P = I A U;升压变压器降压变压器1.功率关系:R = R , p3= R, R= P 线+ P a若改用5 kV 电压输电,则输电线上损失的功率为 9 X 108 kW3.中国已投产运行的1000 kV 特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程.假设甲、乙两地原来用500 kV 的超高压输电,输电线上损耗的电功率为P.在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下,现改用 1000 kV 特高压输电,若不考虑其他因素的影响,则输电线上损 耗的电功率将变为()U n 1 I 2 U 3 n a I 42.电压、电流的关系: U 2= n 2— h ,Ur n^= hU 2=A U+ U, 12 = 13 = I 线.P 2 P 3 U 2 - Ufe3.输电电流: I 线=77=77=—;=;-P 2 24.输电导线上损耗的电功率: P 线=12线R 线,P 线=(订)"R 线.U E练习题:1. 在远距离输电中,当输电线的电阻和输送的电功率不变时,那么 A. 输电线路上损失的电压与输送的电流成正比 B. 输电的电压越高,输电线路上损失的电压越大 C. 输电线路上损失的功率跟输送电压的平方成反比 D. 输电线路上损失的功率跟输电线上的电流成正比2.某变电站用11 kV 交变电压输电,输送功率一定,输电线的电阻为R 现若用变压器将电压升高到220 kV 送电,下面选项正确的是A.I =R 所以输电线上的电流增为原来的20倍 B.U ,所以输电线上的电流减为原来的 1 20C.P =U,所以输电线上损失的功率增为原来的400倍D. 若要使输电线上损失的功率不变,可将输电线的直径减为原来的4003.某水电站,用总电阻为 Q 的输电线输电给 500 km 外的用户,其输出电功率是 3 X 106 kW.现用500 kV 电压输电,则下列说法正确的是( )A. 输电线上输送的电流大小为2 X 105 AB. 输电线上由电阻造成的损失电压为15 kVC. D. 输电线上损失的功率为AP = U / r , U 为输电电压,r 为输电线的电阻.4P4•如图3甲为某水电站的电能输送示意图,升压变压器原、副线圈匝数比为变压器的副线圈接有负载R,升压、降压变压器之间的输电线路的电阻不能忽略,变压器均为理想变压器,升压变压器左侧输入如图乙所示的正弦式电压,下列说法正确的是A .交变电流的频率为 100 HzC.增加升压变压器副线圈匝数可减少输电损失D.当R 减小时,发电机的输出功率减小正确的是TV电 厂A . U < U 2, L 3 > U 4B . U = 220返 VD.用户得到的交变电流频率为25 Hz1 : 10,降压升Em 器降器甲B .升压变压器副线圈输出电压为22 V5.如图7为远距离输电的示意图,若电厂输出电压u i = 22^/2sin( 100 n t )V ,则下列表述C.若L t 提高为原来的1 10倍,输电线上损失的功率为原来的100( )X 10 ^8 )。

《变压器电能的输送》课件

《变压器电能的输送》课件
电能经过升压变压器升压后,通 过输电线路传输到降压变压器, 再通过降压变压器降压后传输到 用户端。
高压输电的优势
减少线路损耗
由于电流在导线上产生的损耗 与电流的平方成正比,采用高 压输电可以降低电流,从而减
少线路损耗。
提高输送容量
电压越高,电流越小,因此采 用高压输电可以减小导线的截 面积,从而提高输送容量。
1 2
高压输电线路的特点
具有较高的电压等级,能够远距离传输大量电能 。
建设过程
需要跨越复杂的地形和环境,进行基础施工、线 路架设和设备安装等工作。
3
维护工作
定期巡检、维修和更换受损部件,确保线路正常 运行。
城市电网的变压器配置
城市电网的特点
负荷密集、供电可靠性要 求高。
变压器配置方式
根据城市规划和负荷分布 ,合理配置变压器的位置 和容量。
电缆线路
电缆线路是将导线埋设在地下或水下,具有不影响城市景观、不占 地面空间等优点,常用于城市和工业区等地区。
选择输电线路的原则
在选择输电线路时,应综合考虑电压等级、输送容量、建设成本、 环境因素等因素,选择合适的输电线路类型。
03
变压器在电能输送中的 作用
变压器的功能
电压变换
变压器能够将发电站发出的高电 压转换成适合输送的低电压,到 达目的地后再还原为高电压供用
04
变压器电能输送的案例 分析
大型水电站的电能输送
01
02
03
大型水电站的特点
利用水力资源进行发电, 具有较大的发电规模和较 低的碳排放。
电能输送方式
通过高压输电线路将水电 站的电能输送到负荷中心 。
变压器的作用
在水电站和高压输电线路 之间,变压器起到升压或 降压的作用,确保电能的 安全传输。

2014高三物理专项训练步步高课时复习:变压器 电能的输送

   2014高三物理专项训练步步高课时复习:变压器 电能的输送

2014高三物理专项训练步步高课时复习:变压器 电能的输送1.将输入电压为220 V ,输出电压为6 V ,副线圈有30匝的理想变压器改绕成输出电压为30 V 的变压器,原线圈匝数不变,则副线圈新增绕的匝数为( )A . 120匝B .150匝C .180匝D .220匝2.如图所示,理想变压器原线圈接入交流电u =U m sin ωt ,副线圈接有一电压表和电阻为R 的负载,电压表的示数为10 V .在t =T4时(T为交变电流的周期),原线圈两端电压的瞬时值为100 2 V .由此可知变压器原、副线圈的匝数比为( )A .102∶1B .1∶10 2C .10∶1D .1∶103.如图所示,图(a)中的变压器为理想变压器,其原线圈接到U 1=220 V 的交流电源上,副线圈与阻值为R 1的电阻接成闭合电路;图(b)中阻值为R 2的电阻直接接到电压为U 1=220 V 的交流电源上,结果发现R 1与R 2消耗的电功率恰好相等,则变压器原、副线圈的匝数之比为( )A .R 1/R 2B .R 2/R 1 C.R 2/R 1D.R 1/R 24.如图一理想自耦变压器的原线圈接有正弦交变电压,其最大值保持不变,副线圈接有可调电阻R ,触头P 与线圈始终接触良好,下列判断正确的是( )A .若通过电路中A 、C 两处的电流分别为I A 、I C ,则I A >I CB .若仅将触头P 向A 端滑动,则电阻R 消耗的电功率增大C .若仅使电阻R 增大,则原线圈的输入电功率增大D .若在使电阻R 减小的同时,将触头P 向A 端滑动,则通过A 处的电流增大5.(2013·湖南模拟)如图所示,一理想变压器原线圈接入一交流电源,副线圈电路中R 1、R 2、R 3和R 4均为固定电阻,开关S 是闭合的.V 1和V 2为理想电压表,读数分别为U 1和U 2;A 1、A 2和A 3为理想电流表,读数分别为I 1、I 2和I 3.现断开S ,U 1数值不变,下列推断中正确的是( )A.U2变小、I3变小B.U2不变、I3变大C.I1变小、I2变小D.I1变大、I2变大6.(2013·湖南省长沙一中月考)为了减少输电线路中电力损失,发电厂发出的电通常是经过升压变电站升压后通过远距离输送,再经降压变电站将高压变为低压.某降压变电站将电压u0=11 0002sin (100πt) V的交流电降为220 V供居民小区用电,则变电站变压器( )A.原、副线圈匝数比为50∶1B.副线圈中电流的频率是50 HzC.原线圈的导线比副线圈的要粗D.输入原线圈的电流等于居民小区各用电器电流的总和7.(2012·江苏单科)某同学设计的家庭电路保护装置如图所示,铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成.当右侧线圈L2中产生电流时,电流经放大器放大后,使电磁铁吸起铁质开关K,从而切断家庭电路.仅考虑L1在铁芯中产生的磁场,下列说法正确的有( )A.家庭电路正常工作时,L2中的磁通量为零B.家庭电路中使用的电器增多时,L2中的磁通量不变C.家庭电路发生短路时,开关K将被电磁铁吸起D.地面上的人接触火线发生触电时,开关K将被电磁铁吸起8.(2013·大连四校联考)正弦式电流经过匝数比为n1n2=101的变压器与电阻R、交流电压表V、交流电流表A按如图甲所示方式连接,R=10 Ω.图乙所示是R两端电压U随时间变化的图象,U m=10 2 V,则下列说法中正确的是( )A .通过R 的电流i R 随时间t 变化的规律是i R =2cos 100πt (A)B .电流表A 的读数为0.1 AC .电流表A 的读数为10 2 AD .电压表的读数为10 2 V9.图甲中的变压器为理想变压器,原线圈的匝数n1与副线圈的匝数n 2之比为10∶1.变压器的原线圈接如图乙所示的正弦式交流电,两个20Ω的定值电阻串联接在副线圈两端,电压表为理想电表.则( )A .若原线圈电阻阻值为10 Ω,则原线圈上电流表的示数为10 AB .若原线圈电阻阻值为20 Ω,则原线圈上电流表的示数约为7.07 AC .电压表的读数为5.0 VD .电压表的读数约为3.6 V10.(2012·山东理综)图甲是某燃气炉点火装置的原理图.转换器将直流电压转换为图乙所示的正弦交变电压,并加在一理想变压器的原线圈上,变压器原、副线圈的匝数分别为n 1、n 2,为交流电压表.当变压器副线圈电压的瞬时值大于5 000 V 时,就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体.以下判断正确的是( )A .电压表的示数等于5 VB .电压表的示数等于52 VC .实现点火的条件是n 2n 1>1 000D .实现点火的条件是n 2n 1<1 00011.生活中处处用电,而我们需要的电都是通过变压器进行转换的,为了测一个已知额定电压为100 V 的灯泡的额定功率,如图所示,理想变压器的原、副线圈分别接有理想电流表A 和灯泡L ,滑动变阻器的阻值范围为0~100 Ω,不考虑温度对灯泡电阻的影响,原、副线圈的匝数比为2∶1,交流电源的电压为U 0=440 V ,适当调节滑动变阻器的触片位置,当灯泡在额定电压下正常工作时,测得电流表A 的示数为1.2 A ,则( )A .灯泡的额定功率为50 WB .灯泡的额定电流为2.4 AC .滑动变阻器上部分接入的电阻值为50 ΩD .滑动变阻器消耗的电功率为240 W12.1897年,举世闻名的“尼亚加拉”水电站在美丽的尼亚加拉瀑布(如图)建成.现已使用100多年.当时世界各地都在使用着费用高昂的直流电(因为使用直流电时必须每隔一公里建设一套发电机组).而尼亚加拉水电站采用了特斯拉发明的交流电供、输电技术,用高压电实现了远距离供电.若其中某一发电机组设计为:发电机最大输出功率为P =100 kW ,输出电压为U 1=250 V ,用户需要的电压为U 2=220 V ,输电线电阻为R =10 Ω,若输电线中因生热而损失的功率为输送功率的4%.(1)画出此输电线路的示意图.(2)求在输电线路中设置的升压变压器的原、副线圈匝数比 (3)求降压变压器的最大输出电流I 2.(保留整数) 答案1.A 由U 1U 2=n 1n 2得n 1=n 2U 1U 2=30×2206匝=1 100匝;改变匝数后,n 2′=n 1U 2′U 1=1100×30220匝=150匝,新增匝数Δn =n 2′-n 2=120匝,A 正确.2.C 由于原线圈中14T 时电压瞬时值即最大值为100 2 V ,则有效值为100 V ,副线圈两端电压的有效值为10 V ,由n 1n 2=U 1U 2可求得原、副线圈匝数之比为10∶1,故选项C 正确.3.C 对图(a),U 1U 2=n 1n 2,P R 1=U 22R 1,对图(b),P R 2=U 21R 2,根据题意有P R 1=P R 2,联立以上各式解得:n 1/n 2=R 2/R 1.4.BD 由经过变压器的原线圈电流I A 与副线圈的电流I C 之比等于原、副线圈的匝数的反比,原副线圈的匝数比等于AB 与BP 的比值,故I A ∶I C =BP ∶AB ,可知I A <I C ,A 错;若仅将触头P 向A 端滑动,则副线圈电压增大,电阻消耗的电功率增大,B 对;若仅使电阻R 增大,因电压不变,故电功率减小,原线圈的输入功率等于电阻消耗的电功率,故C 错;若电阻R 减小,且触头P 向A 端滑动,则电压增大,电阻减小,消耗功率必定增大,原线圈消耗功率增大,通过原线圈上A 处的电流也增大,D 对.5.BC 因为变压器的匝数与U 1不变,所以U 2不变.当S 断开时,因为负载电阻增大,故副线圈中的电流I 2减小,由于输入功率等于输出功率,所以I 1也将减小,C 正确;因为R 1的电压减小,故R 2、R 3两端的电压将增大,I 3变大,B 正确.6.AB 本题考查理想变压器.由u 0=11 0002sin (100πt ) V 可知交流电压的有效值为11 000 V ,根据理想变压器工作原理可知n 1n 2=U 1U 2,可得原、副线圈匝数比为50∶1,选项A 正确;由于2πf =100 π,所以原线圈中交流电的频率是50 Hz ,因变压器不改变交流电的频率,所以选项B 正确;理想变压器的输入功率与输出功率相等,则原线圈中电流小于副线圈中的电流,故原线圈的导线比副线圈的要细,选项C 错误;根据并联电路的特点可知居民小区各用电器电流的总和应等于副线圈中的电流,选项D 错误.7.ABD 由于零线、火线中电流方向相反,产生磁场方向相反,所以家庭电路正常工作时,L 2中的磁通量为零,选项A 正确;家庭电路短路和用电器增多时均不会引起L 2的磁通量的变化,选项B 正确,C 错误;地面上的人接触火线发生触电时,线圈L 1中磁场变化引起L 2中磁通量的变化,产生感应电流,吸起K ,切断家庭电路,选项D 正确.8.AB 由题图乙所示图象知T =2×10-2s ,f =50 Hz ,ω=2πf =100π rad/s ,I m =U m R= 2 A ,故i R =2cos 100πt (A),A 正确.再根据I 1I 2=n 2n 1,I 2=I m2=1 A 知,I 1 的有效值为0.1 A ,B 正确,C 错误.电压表读数应为副线圈电压的有效值,U =U m2=10 V ,故D 错误.9.D 加在原线圈两端电压的有效值U 1=1002 V ,副线圈输出电压U 2=n 2n 1U 1=110×1002V =5 2 V ,输出电流I 2=U 22R =522×20 A≈0.18 A,故原线圈上电流表的示数I 1=n 2n 1I 2=110×0.18 A=0.018 A ,选项A 、B 均错误;电压表的示数等于电阻R 两端的电压值,即I 2R =0.18×20 V=3.6 V ,故选项C 错误、D 正确.10.BC 由题u -t 图象知,交流电压的最大值U m =5 V ,所以电压表的示数U =U m2=52V ,故选项A 错误,选项B 正确;根据U 1U 2=n 1n 2得n 2n 1=U 2U 1,变压器副线圈电压的最大值U 2m =5 000 V时,有效值U 2=U 2m2=5 0002V ,所以点火的条件n 2n 1>5 0002V52V =1 000,故选项C 正确,选项D错误.11.C 依题意,副线圈电流为2.4 A ,电压为220 V ,由于滑动变阻器上部分的并联电路电压为100 V ,则下部分电阻两端电压为120 V ,由串联知识,上、下部分功率分配比为100∶120=5∶6,故下部分电阻电功率P 下=611P 总,P 总=1.2×440=528 W ,则P 下=288 W ,下部分电阻R 下=288/2.42=50 Ω,则上部分电阻为50 Ω,上部分电路消耗功率P 上=P 总-P下=240 W,故容易计算出灯泡的额定电流为0.4 A ,额定功率为40 W ,综上知C 正确. 12.解析: (1)电路示意图如图所示.(2)输电过程中损失的功率:P 损=ηP 通过R 的电流:I 2=P 损R 发电机的输出电流:I 1=P U 1升压变压器的原、副线圈匝数比:n 1n 2=I 2I 1=ηP R ·U 1P =250100×103× 100×103×0.0410=120. (3)用户得到的最大功率:P 用=P (1-η),降压变压器的输出最大电流I 2=P 用U 2=P -ηU 2=100×103-220A =436 A.答案: (1)见解析 (2)120 (3)436 A。

变压器 电能的输送第二讲高三物理3-2选修教材(必考内容)新课标 人教版

变压器 电能的输送第二讲高三物理3-2选修教材(必考内容)新课标 人教版

变压器 电能的输送第二讲高三物理3-2选修教材(必考内容)教学目标:1.了解变压器的工作原理,掌握理想变压器的电流、电压与匝数的关系2.理解远距离输电的原理3.能够讨论负载变化时电流、电压等相关物理量的变化情况本讲重点:理想变压器的电流、电压与匝数的关系 本讲难点:变压规律和变流规律的应用考点点拨:1.理想变压器的理想化条件及其规律2.解决变压器问题的常用方法 3.远距离输电 一、考点扫描 (一)知识整合 1.理想变压器的P输入和P输出之间的关系为__________________,变压比是根据__________________定律推导出来的,电流比是根据____________________相等导出的。

如果有两个副线圈n 2和n 3,其电流分别为I 1和I 2,则n 1I 1和它们的关系为_______________。

2.远距离输电过程中,在输电线上的损耗的电能由___________、_______________、______________决定。

当输送功率一定时可改变___________、___________、____________来减少电能的损耗,而最有效的办法是__________________。

(二)重难点阐释1.理想变压器各物理量的决定因素输入电压U 1决定输出电压U 2,输出电流I 2决定输入电流I 1,输入功率随输出功率的变化而变化直到达到变压器的最大功率(负载电阻减小,输入功率增大;负载电阻增大,输入功率减小)。

2.一个原线圈多个副线圈的理想变压器的电压、电流的关系U 1:U 2:U 3:…=n 1:n 2:n 3:… I 1n 1=I 2n 2+I 3n 3+…3.电压互感器和电流互感器电压互感器是将高电压变为低电压,故其原线圈并联在待测高压电路中;电流互感器是将大电流变为小电流,故其原线圈串联在待测的高电流电路中。

4.变压器原、副线圈的磁通量的变化率是相等的(“日”字形变压器除外)。

人教版高中物理选修3-2变压器 电能的输送.docx

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高中物理学习材料桑水制作变压器 电能的输送不定项选择题(共54分)完全选对得6分,选对但不全的得3分,有选错的得零分。

1.如图,理想变压器原、副线圈匝数比n 1:n 2=2:1,○V 和○A 均为理想电表,灯泡电阻R 1=6 Ω,原线圈的输入电压u 1=212sin 100πt (V )。

下列说法正确的是【 】A .电流频率为100 HzB .○V 的读数为24 VC .○A 的读数为0.5 AD .变压器输入功率为6 W2.钳形电流表的外形和结构如图(a )所示。

图(a )中电流表的读数为 1.2 A 。

图(b )中用同一电缆线绕了3匝,则【 】A .这种电流表能测直流电流,图(b )的读数为2.4 AB .这种电流表能测交流电流,图(b )的读数为0.4 AC .这种电流表能测交流电流,图(b )的读数为3.6 AD .这种电流表既能测直流电流,又能测交流电流,图(b )的读数为3.6 A3.用电压U 和kU 分别输送相同的功率,输电线的长度,材料相同。

若输电线上的功率损失相同,则两种情况下,输电导线的横截面积之比为【 】 A.k ∶1 B .1∶k C .k 2∶1 D .1∶k 24.有理想变压器给负载供电,变压器输入电压不变,如图所示,如果负载电阻的滑动片向上移动,则图中所有交流电表的读数及输入功率变化情况正确的是【 】A .U 1、U 2不变,A 1增大,A 2减小,P 增大B .U 1、U 2不变,A 1、A 2增大,P 增大C .U 1、U 2不变,A 1、A 2减小,P 减小D .U 1不变、U 2增大,A 1减小,A 2增大,P 减小5.(多选)正常工作的理想变压器的原、副线圈中,下列物理量中数值上不一定相等的是【 】A .电流的频率B .端电压的峰值A 1 A 2 V 2 V 1C .电流的有效值D .电功率6.(多选)如图所示为一理想变压器和负载电阻R ,下列哪些做法可增加变压器的输入功率【 】 A .只减少副线圈匝数 B .只减少原线圈匝数C .只增加副线圈匝数D .只减少R 的阻值7.(多选)输送功率为P ,输送电压为U ,输电线电阻为R ,用户得到的电压为U /,则下列结论正确的是【 】A .输电导线损失的功率为R U P 2)/(B .输电导线损失的功率为R U U /)(2'C .用户的到的功率为R U /2'D .用户的到的功率为U PU /'8.(多选)图甲是某燃气炉点火装置的原理图。

20版:变压器、电能的输送(步步高)

20版:变压器、电能的输送(步步高)

第2讲变压器、电能的输送一、理想变压器1.构造如图1所示,变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的.图1(1)原线圈:与交流电源连接的线圈,也叫初级线圈.(2)副线圈:与负载连接的线圈,也叫次级线圈.2.原理电流磁效应、电磁感应.3.理想变压器原、副线圈基本量的关系理想变压器(1)没有能量损失(绕线无电阻、铁芯无涡流)(2)没有磁通量损失(磁通量全部集中在铁芯中)基本关系功率关系根据能量守恒可得:原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率,即P入=P出电压关系原、副线圈的电压之比等于其匝数之比,公式:U1U2=n1n2,与负载、副线圈的个数无关电流关系(1)只有一个副线圈时:I1I2=n2n1(2)有多个副线圈时:由P入=P出得I1U1=I2U2+I3U3+…+I n U n或I1n1=I2n2+I3n3+…+I n n n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.图2(2)互感器⎩⎪⎨⎪⎧电压互感器(n 1>n 2):把高电压变成低电压,如图丙所示.电流互感器(n 1<n 2):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 D.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 答案 A 二、电能的输送如图3所示,若发电站输出电功率为P ,输电电压为U ,用户得到的电功率为P ′,用户的电压为U ′,输电线总电阻为R .图31.输出电流I =P U =P ′U ′=U -U ′R . 2.电压损失 (1)ΔU =U -U ′ (2)ΔU =IR 3.功率损失(1)ΔP =P -P ′ (2)ΔP =I 2R =(PU)2R4.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 =ρlS 知,可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.自测2 教材P50第3题改编 从发电站输出的功率为220 kW ,输电线的总电阻为0.05 Ω,用110 V 和11 kV 两种电压输电.两种情况下输电线上由电阻造成的电压损失之比为( ) A.100∶1 B.1∶100 C.1∶10 D.10∶1 答案 A解析 由题意知输电线上的电流I =P U ,则输电线的总电阻造成的电压损失ΔU =Ir =PrU ,故ΔU 1ΔU 2=U 2U 1=11×103110=1001,故选A.命题点一 理想变压器原理的应用例1 (2016·全国卷Ⅰ·16)一含有理想变压器的电路如图4所示,图中电阻R 1、R 2和R 3的阻值分别为3 Ω、1 Ω和4 Ω,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( )图4A.2B.3C.4D.5 答案 B解析 开关断开时,电路如图甲所示,原、副线圈的电流比I I 2=n 2n 1,通过R 2的电流I 2=In 1n 2,副线圈的输出电压U 2=I 2(R 2+R 3)=5In 1n 2,由U 1U 2=n 1n 2可得原线圈两端的电压U 1=5I ⎝⎛⎭⎫n 1n 22,则U =U 1+IR 1=5I ⎝⎛⎭⎫n 1n 22+3I ;开关闭合时,电路如图乙所示,原、副线圈的电流比4I I 2′=n 2n 1,通过R 2的电流I 2′=4In 1n 2,副线圈的输出电压U 2′=I 2′R 2=4In 1n 2,由U 1′U 2′=n 1n 2可得原线圈两端的电压U 1′=4I ⎝⎛⎭⎫n 1n 22,则U =U 1′+4IR 1=4I ⎝⎛⎭⎫n 1n 22+12I ,联立解得n 1n 2=3,选项B 正确.变式1 (多选)(2016·全国卷Ⅲ·19)如图5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( )图5A.原、副线圈匝数比为9∶1B.原、副线圈匝数比为1∶9C.此时a 和b 的电功率之比为9∶1D.此时a 和b 的电功率之比为1∶9 答案 AD解析 设灯泡的额定电压为U 0,两灯泡均能正常发光,所以原线圈输入端电压为U 1=9U 0,副线圈两端电压为U 2=U 0,故U 1U 2=91,n 1n 2=U 1U 2=91,A 正确,B 错误;根据公式I 1I 2=n 2n 1可得,I 1I 2=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2 (2018·河南省中原名校第六次模拟)如图6所示,一理想变压器,左右两边共接有额定电压均为U 的6盏完全相同的灯泡(额定功率均为P ),左端接在一电压恒为U 0的交流电源两端.此时6盏灯刚好正常发光.下列说法中不正确的是( )图6A.该变压器的原、副线圈匝数比为1∶2B.此时交流电源输出的功率为6PC.U 0=6UD.如果灯L 6突然烧断,灯L 1和L 2将变暗,而其余3盏灯将变得更亮 答案 A解析 由于各盏灯相同且均正常发光,所以流过每盏灯的电流均相同,原线圈中的电流I 1等于灯泡的额定电流I ,而副线圈中的总电流为I 2=4I ,故n 1∶n 2=I 2∶I 1=4∶1,A 错误;由于理想变压器本身不消耗能量,所以交流电源输出功率为6盏灯的总功率6P ,B 正确;设原、副线圈两端的电压分别为U 1、U 2,则U 2=U ,U 0=U 1+2U ,而U 1∶U 2=n 1∶n 2=4∶1,代入得U 0=6U ,C 正确;当灯L 6突然烧断,变压器输出的功率将减小,所以输入功率也将减小,由P 1=U 1I 1得I 1减小,所以灯L 1和L 2将变暗,同时因L 1和L 2分得的电压减小,变压器输入端的电压U 1将增大,所以变压器输出的电压也将增大,使其余3盏灯变得更亮,D 正确.命题点二 理想变压器的动态分析1.匝数比不变的情况(如图7)图7(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8)图8(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 22R,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.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(内阻可忽略)通过理想变压器向定值电阻R 供电,电路如图9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( )图9A.R 消耗的功率变为12PB.电压表V 的读数变为12UC.电流表A 的读数变为2ID.通过R 的交变电流频率不变 答案 B解析 发电机线圈的转速变为原来的12,由E =nBSω2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U 1U 2=n 1n 2,知U 2变为原来的12,即U 2=12U ,则通过R 的电流变为原来的12,R 消耗的功率P 2=U 22R =14P ,根据I 1I 2=n 2n 1,原线圈上的电流也变为原来的12,即电流表A 的读数变为12I ,故选B.变式3 (多选)(2018·山东省临沂市一模)如图10甲所示的电路中,理想变压器原、副线圈匝数比为20∶1,图中电表均为理想电表,R 为光敏电阻(其阻值随光强增大而减小),L 1和L 2是两个完全相同的灯泡.原线圈接入如图乙所示的正弦交流电压u ,下列说法正确的是( )图10A.交流电压的频率为50 HzB.电压表的示数为11 VC.当照射R 的光强增大时,电流表的示数变大D.若L 1的灯丝烧断后,电压表的示数会变小 答案 ABC解析 由题图乙可知交流电压周期T =0.02 s ,所以频率为f =1T =50 Hz ,故A 正确;原线圈接入电压的最大值是220 2 V ,所以原线圈接入电压的有效值是U =220 V ,理想变压器原、副线圈匝数比为20∶1,所以副线圈两端电压是11 V ,所以电压表的示数为11 V ,故B 正确;R 阻值随光强增大而减小,根据I =UR 知副线圈电流增加,副线圈输出功率增加,根据能量守恒定律,可知原线圈输入功率也增加,原线圈电流增加,所以电流表的示数变大,故C 正确;当L 1的灯丝烧断后,变压器的输入电压不变,根据变压比公式,输出电压也不变,故电压表读数不变,故D 错误.变式4 (2018·山西省重点中学协作体期末)如图11甲为理想变压器的示意图,其原、副线圈的匝数比为4∶1,电压表和电流表均为理想电表,R t 为阻值随温度升高而变小的热敏电阻,R 1为定值电阻.若发电机向原线圈输入如图乙所示的正弦交流电.下列说法中正确的是( )图11A.输入变压器原线圈的交流电压的瞬时值表达式为u =362sin 50πt VB.变压器原、副线圈中的电流之比为4∶1C.t =0.01 s 时,发电机的线圈平面位于中性面D.R t 温度升高时,变压器的输入功率变小 答案 C解析 由题图乙可知交流电压最大值U =36 2 V ,周期T =0.02 s ,可由周期求出角速度的值为2π0.02 rad /s =100π rad/s ,则可得交流电压u 的瞬时值表达式u =362sin 100πt V ,故A错误;根据I 1I 2=n 2n 1可知变压器原、副线圈中的电流之比为1∶4,故B 错误;t =0.01 s 时,瞬时值为零,发电机的线圈平面与磁场方向垂直,发电机的线圈平面位于中性面,故C 正确;R t 处温度升高时,阻值减小,电流表的示数变大,变压器的输入功率变大,故D 错误.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.图122.抓住两个物理量的联系(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n 1)和线圈2(匝数为n 2)中各个量间的关系是U 1U 2=n 1n 2,P 1=P 2,I 1n 1=I 2n 2.(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n 3)和线圈4(匝数为n 4)中各个量间的关系是U 3U 4=n 3n 4,P 3=P 4,I 3n 3=I 4n 4.3.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P 1=P 线损+P 用户.例3 (2019·安徽省马鞍山市质检)图13甲为远距离输电示意图,理想升压变压器原、副线圈匝数比为1∶1 000,理想降压变压器原、副线圈匝数比为1 000∶1,输电线的总电阻为1 000 Ω,若升压变压器的输入电压如图乙所示,用户端电压为220 V.下列说法正确的是( )图13A.输电线中的电流为3 AB.电站输出的功率为7 500 kWC.输电线路损耗功率为90 kWD.用户端交变电流的频率为100 Hz 答案 B解析 由题图乙知升压变压器输入端电压的最大值为U m =250 2 V ,有效值为U 1=U m 2=250 V ,根据U 1U 2=n 1n 2,得副线圈两端的电压U 2=n 2n 1U 1=1 0001×250 V =2.5×105 V ;用户端电压为220 V ,根据U 3U 4=n 3n 4,得降压变压器原线圈两端的电压U 3=n 3n 4U 4=1 0001×220 V =2.2×105 V ,故输电线上损失的电压为ΔU =U 2-U 3=3×104V ,则输电线上的电流为I =ΔU R =3×1041 000A =30 A ,电站的输出功率为P 1=P 2=U 2I =7 500 kW ,输电线路损耗功率为ΔP =I 2R =900 kW ,由题图乙可知,原线圈交变电流的周期为T =0.02 s ,则频率为f =1T =50 Hz ,变压器不会改变交流电的频率,故用户端交变电流的频率为50 Hz ,故B 正确,A 、C 、D 错误.变式5 (多选)(2018·广东省潮州市下学期综合测试)远距离输电线路简化如图14所示,电厂输送电功率不变,变压器均为理想变压器,图中标示了电压和电流,其中输电线总电阻为R ,则( )图14A.I 2<U 2RB.输电线损失的电功率为U 22RC.提高输送电压U 2,则输电线电流I 2增大D.电厂输送电功率为U 2I 2 答案 AD解析 在输电线路上:U 2=I 2R +U 3,所以I 2<U 2R ,故A 正确;由于U 2不是R 两端的电压,所以输电线损失的电功率不是U 22R ,故B 错误;因为输送功率不变,根据P 2=U 2I 2,可知提高输送电压U 2,则输电线电流I 2减小,故C 错误;因变压器为理想变压器,所以有P 1=P 2=U 2I 2,故D 正确.命题点四 两种特殊的变压器模型1.自耦变压器自耦变压器(又称调压器),它只有一个线圈,其中的一部分作为另一个线圈,当交流电源接不同的端点时,它可以升压也可以降压,变压器的基本关系对自耦变压器均适用,如图15所示.图152.互感器分为电压互感器和电流互感器,两者比较如下:电压互感器 电流互感器原理图原线圈 的连接 并联在高压电路中串联在交流电路中副线圈 的连接 连接电压表 连接电流表互感器 的作用 将高电压变为低电压将大电流变为小电流利用的 公式U 1U 2=n 1n 2I 1n 1=I 2n 2例4 (2018·山东省菏泽市上学期期末)如图16所示的调压器,滑动触头P 和Q 都可以调节,在输入交变电压一定的条件下,要使输出电压增大,输入电流增大,下列做法正确的是( )图16A.Q 不动,P 向下移动B.Q 不动,P 向上移动C.P 不动,Q 向上移动D.P 不动,Q 向下移动 答案 A解析 Q 不动,变阻器的有效电阻不变,P 向下移动,原线圈匝数n 1减小,输入电压U 1不变,副线圈匝数n 2不变,根据变压器的变压规律U 1U 2=n 1n 2知,副线圈的电压增大,即输出电压增大,根据欧姆定律可知输出电流增大,输入电流随之增大,故A 正确;Q 不动,变阻器的有效电阻不变,P 向上移动,原线圈匝数n 1增大,输入电压U 1不变,副线圈匝数n 2不变,根据变压器的变压规律U 1U 2=n 1n 2知,副线圈的电压变小,即输出电压变小,根据欧姆定律可知输出电流减小,输入电流随之减小,故B 错误;若P 不动,则原线圈的匝数不变,根据变压器的变压规律U 1U 2=n 1n 2知,副线圈的电压不变,输出电压不变,Q 向上移动,接入电路的电阻变小,输出电流变大,则输入电流随之变大,故C 错误;若P 不动,则原线圈的匝数不变,根据变压器的变压规律U 1U 2=n 1n 2知,副线圈的电压不变,输出电压不变,Q 向下移动,接入电路的电阻变大,输出电流减小,则输入电流随之减小,故D 错误.例5 (多选)(2018·山西省太原市三模)某50 Hz 的钳形电流表的工作原理如图17所示.当通有交流电的导线从环形铁芯的中间穿过时,与绕在铁芯上的线圈相连的电表指针会发生偏转.不考虑铁芯的漏磁及各种能量损耗,已知n 2=1 000 匝,当用该表测50 Hz 交流电时( )图17A.电流表G 中通过的是交变电流B.若G 中通过的电流为50 mA ,则导线中的被测电流为50 AC.若导线中通过的是10 A 矩形脉冲交流电,G 中通过的电流是10 mAD.当用该表测量400 Hz 的电流时,测量值比真实值偏小答案 AB解析 变压器只改变交流电电压,不改变交流电的频率,电流表G 中通过的仍是交变电流,A 正确;根据变压器原副线圈电流与匝数成反比:I 1I 2=n 2n 1,I 1=n 2n 1I 2=1 0001×0.05 A =50 A ,B 正确;若导线中通过的是10 A 矩形脉冲交流电,当电流方向不发生改变时,电流大小不变,副线圈中无感应电流,C 错误;根据法拉第电磁感应定律和变压器互感原理,改变交流电的频率,不影响测量值的准确性,D 错误.。

步步高高考物理大一轮复习变压器电能的输送

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10.2 变压器 电能的输送1. 如图10-2-1所示,理想变压器的原、副线圈匝数之比为10∶1,R 1=20 Ω,R 2=10 Ω,C 为电容器,原线圈所加电压u =2202sin (100πt ) V .下列说法正确的是( ).A .通过电阻R 3的电流始终为零B .副线圈两端交变电压的频率为50 HzC .电阻R 2的电功率为48.4 WD .原副线圈铁芯中磁通量变化率之比为10∶1解析 在交流电路中电容器能够通交流,所以A 错误;变压器能够改变交流电压,但是 不能变频,因此B 正确;根据U 1U 2=n 1n 2得到U 2=22 V ,所以电阻R 2的电功率为P 2=U 22R 2= 48.4 W ,C 正确;根据法拉第电磁感应定律得到原、副线圈铁芯中磁通量变化率之比为 1∶1,D 错误.答案 BC2.如图10-2-2所示,一理想变压器原线圈匝数n 1=1 100匝,副线圈匝数n 2=220匝,交流电源的电压u =2202sin 100πt (V),电阻R =44 Ω,电压表、电流表为理想电表,则下列说法错误的是( ).图10-2-2A .交流电的频率为50 Hz图10-2-1B .电流表的示数为0.2 A C .电流表 的示数为 2 A D .电压表的示数为44 V 解析 由交流电源的电压瞬时值表达式可知,ω=100π rad/s,所以频率f =1T =ω2π=50 Hz ,A 项说法正确;理想变压器的电压比等于线圈匝数比,即n 1n 2=U 1U 2,其中原线圈电压的有 效值U 1=220 V ,U 2=n 2n 1U 1=44 V ,故D 项说法正确;I 2=U 2R =1 A ,故C 项说法错误; 由电流比与线圈匝数成反比,即I 1I 2=n 2n 1,所以I 1=n 2n 1I 2=0.2 A ,故B 项说法正确.综上所述,说法错误的是C 项.答案 C3.如图10-2-3所示,50匝矩形闭合导线框ABCD 处于磁感应强度大小B =210 T 的水平匀强磁场中,线框面积S =0.5 m 2,线框电阻不计.线框绕垂直于磁场的轴OO ′以角速度ω=200 rad/s 匀速转动,并与理想变压器原线圈相连,副线圈接入一只“220 V,60 W”灯泡,且灯泡正常发光,熔断器允许通过的最大电流为10 A ,下列说法正确的是( ).图10-2-3A .图示位置穿过线框的磁通量变化率不为零B .线框中产生交变电压的表达式为u =5002sin (200t ) VC .变压器原、副线圈匝数之比为50∶11D .允许变压器输出的最大功率为2 200 W解析 图示位置穿过线框的磁通量最大,但由于没有边切割磁感线,所以无感应电动势 磁通量的变化率为零,A 选项错误;线框中交变电压u =NBSωsin ωt =5002sin (200t ) V ,B 选项正确;变压器原、副线圈匝数之比n 1n 2=U 1U 2=500220=2511,C 选项错误;变压器输出的 最大功率等于输入的最大功率P =UI =500×10 W=5 000 W ,D 选项错误.答案 B4.如图10-2-4所示,导体棒ab 两个端点分别搭接在两个竖直放置、电阻不计、半径相等的金属圆环上,圆环通过电刷与导线c 、d 相接.c 、d 两个端点接在匝数比n 1∶n 2=10∶1的变压器原线圈两端,变压器副线圈接一滑动变阻器R 0.匀强磁场的磁感应强度为B ,方向竖直向下,导体棒ab 长为l (电阻不计),绕与ab 平行的水平轴(也是两圆环的中心轴)OO ′以角速度ω匀速转动.如果滑动变阻器的阻值为R 时,通过电流表的电流为I ,则 ( ).图10-2-4A .滑动变阻器上消耗的功率为P =10I 2RB .变压器原线圈两端的电压U 1=10IRC .取ab 在环的最低端时t =0,则导体棒ab 中感应电流的表达式是i =2I sin ωtD .ab 沿环转动过程中受到的最大安培力F =2BIl解析 由于电流表示数为有效值,由I I 2=n 2n 1可知I 2=10I ,故P =100I 2R ,选项A 错误; 变压器原线圈两端电压为U 1=n 1n 2×10IR =100IR ,选项B 错误;从最低点开始计时,则导体棒中感应电流的瞬时值的表达式为i =2I cos ωt ,选项C 错误;导体棒中电流最大值为2I ,所以F =2BIl ,选项D 正确.答案 D5.如图10-2-5甲所示,原线圈所加交流电压按图10-2-5乙所示规律变化,通过一台降压变压器给照明电路供电,照明电路连接导线的总电阻R =0.5 Ω,若用户端能使55盏“220 V,40 W”的电灯正常发光.则( ).图10-2-5A .副线圈中的电流为10 AB .原线圈两端电压的瞬时值表达式为u 1=1 000sin (100πt ) VC .原线圈输入的总功率为2 200 WD .降压变压器的匝数比为n 1∶n 2=40∶9解析 每盏灯泡正常发光时的电流I 0=P U =211A ,灯泡正常发光时,副线圈电流I 2=NI 0 =10 A ,A 项正确;根据图像,原线圈两端电压的瞬时值表达式为u 1=1 414sin (100πt ) V ,B 项错误;照明电路连接导线损失的功率为50 W ,所以原线圈输入的总功率为2 250 W ,C 项错误;副线圈两端电压U 2=U 0+I 2R =225 V ,所以n 1n 2=U 1U 2=1 000225=409,D 项正确. 答案 AD6. 如图10-2-6所示,一理想自耦变压器线圈AB 绕在一个圆环形的闭合铁芯上,输入端AB 间加一正弦式交流电压,在输出端BP间连接了理想交流电流表、灯泡和滑动变阻器,移动滑动触头P的位置,可改变副线圈的匝数,变阻器的滑动触头标记为Q,则( ).A.只将Q向下移动时,灯泡的亮度变大B.只将Q向下移动时,电流表的读数变大C.只将P沿顺时针方向移动时,电流表的读数变大D.只提高输入端的电压U时,电流表的读数变大解析将Q向下移动时,R阻值增大.电路中电阻增大,电流减小,故B项错误;由于副线圈上电压不变,电灯两端的电压不变,功率不变,亮度不变,故A项错.将P沿顺时针方向移动时副线圈匝数减少,电压减小,电流减小,故C项错.提高输入端的电压时,副线圈上电压增大,电流增大,故D项正确.答案 D7.如图10-2-7所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,b是原线圈的中心轴头,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=2202sin 100πt(V),则( ).图10-2-7A.当单刀双掷开关与a连接时,电压表的示数为22 VB.当t=1600s时,c、d间的电压瞬时值为110 VC.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,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小解析 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22 V ,电压表的示数为22 V ,选项A 正确;当t =1600 s 时,c 、d 间的电压 瞬时值为u 1=2202sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫100π×1600 V =2202sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫π6 V =110 2 V ,选项B 错误;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,电压表示数不变,电流表 的示数变小,选项C 错误;当单刀双掷开关由a 扳向b 时,理想变压器原、副线圈的匝 数比为5∶1,电压表示数变为44 V ,电压表和电流表的示数均变大,选项D 错误. 答案 A8.如图10-2-8甲所示,M 是一个小型理想变压器,原副线圈匝数之比n 1∶n 2=10∶1,接线柱a ,b 接上一个正弦交变电源,电压随时间变化规律如图10-2-8乙所示.变压器右侧部分为一火灾报警系统原理图,其中R 2为用半导体热敏材料(电阻随温度升高而减小)制成的传感器,R 1为一定值电阻.下列说法中正确的是 ( ).图10-2-8A.电压表示数为22 VB.当传感器R2所在处出现火灾时,电压表的示数减小C.当传感器R2所在处出现火灾时,电流表的示数减小D.当传感器R2所在处出现火灾时,电阻R1的功率变小解析本题考查交变电流和变压器原理.由图像可知交变电流的电压有效值为220 V,因为原副线圈的匝数比为10∶1,故变压器副线圈的输出电压为22 V,而电压表测的是R2两端的电压,所以小于22 V,故A错误;当传感器R2处出现火灾时,热敏电阻R2的阻值随温度升高而减小,变压器的输出电压不变,热敏电阻与定值电阻R1分压,故R2 的分压减小,电压表示数变小,B正确;R2减小时,变压器的负载电阻减小,电流增大,则原线圈的电流也增大,所以电流表的示数增大,C错误;由于负载电路的电流增大,电阻R1消耗的功率也增大,故D也错误.答案 B9.图10-2-9是远距离输电的示意图,下列说法正确的是 ( ).图10-2-9A.a是升压变压器,b是降压变压器B.a是降压变压器,b是升压变压器C.a的输出电压等于b的输入电压D.a的输出电压等于输电线上损失的电压解析远距离输电先升压,再降压,选项A正确而B错误;由电线有电压损失,故a的输出电压等于b的输入电压与损失的电压之和,选项C、D均错.答案 A10.如图10-2-10为远距离高压输电的示意图.关于远距离输电,下列表述正确的是( ).图10-2-10A.增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失B .高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗的C .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小D .高压输电必须综合考虑各种因素,不一定是电压越高越好解析 依据输电原理,电路中的功率损耗ΔP =I 2R 线,而R 线=ρl S,增大输电线的横截面积,可减小输电线的电阻,则能够减小输电线上的功率损耗,A 项正确;由P =UI 来看 在输送功率一定的情况下,输送电压U 越大,则输电电流越小,则功率损耗越小,B 项 正确;若输电电压一定,输送功率越大,则电流I 越大,电路中损耗的电功率越大,C 项错误;输电电压并不是电压越高越好,因为电压越高,对于安全和技术的要求越高, D 项正确.答案 ABD11.某小型水电站的电能输送示意图如图10-2-11所示,发电机通过升压变压器T 1和降压变压器T 2向用户供电.已知输电线的总电阻为R ,降压变压器T 2的原、副线圈匝数之比为4∶1,降压变压器副线圈两端交变电压u =2202sin (100πt ) V ,降压变压器的副线圈与阻值R 0=11 Ω的电阻组成闭合电路.若将变压器视为理想变压器,则下列说法中正确的是( ).图10-2-11A .通过R 0电流的有效值是20 AB .降压变压器T 2原、副线圈的电压比为4∶1C .升压变压器T 1的输出电压等于降压变压器T 2的输入电压D .升压变压器T 1的输出功率大于降压变压器T 2的输入功率解析 降压变压器副线圈两端交变电压有效值为220 V ,负载电阻为11 Ω,所以通过R 0电流的有效值是20 A ,选项A 正确;降压变压器T 2的原、副线圈匝数之比为4∶1,所 以降压变压器T 2原、副线圈的电压比为4∶1,选项B 正确;升压变压器T 1的输出电压 等于降压变压器T 2的输入电压加上输电线上损失的电压,选项C 错误;升压变压器T 1 的输出功率等于降压变压器T 2的输入功率加上输电线上的功率,选项D 正确. 答案 ABD12.图10-2-12甲为一理想变压器,ab 为原线圈,ce 为副线圈,d 为副线圈引出的一个接头,原线圈输入正弦式交变电压的u -t 图像如图10-2-12乙所示,若只在ce 间接一只R ce =400 Ω的电阻,或只在de 间接一只R de =225 Ω的电阻,两种情况下电阻消耗的功率均为80 W.图10-2-12(1)请写出原线圈输入电压瞬时值u ab 的表达式;(2)求只在ce 间接400 Ω电阻时,原线圈中的电流I 1;(3)求ce 和de 间线圈的匝数比n ce n de. 解析 (1)由题图乙知ω=200π rad/s,电压瞬时值u ab =400sin(200 πt )V.(2)电压有效值U 1=200 2 V ,理想变压器P 1=P 2,原线圈中的电流I 1=P 1U 1,【步步高】2014高考物理大一轮复习 10.2 变压器 电能的输送 11 / 11 解得I 1≈0.28 A ⎝ ⎛⎭⎪⎫或25 A .(3)设ab 间匝数为n 1,则U 1n 1=U cen ce,同理U 1n 1=U den de,由题意知U ce 2R ce =U de 2R de,解得n ce n de =R ceR de, 代入数据得n cen de=43.答案 (1)u ab =400sin(200πt )V(2)0.28 A 或25 A(3)43。

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变压器、电能的输送1.关于理想变压器的工作原理,以下说法正确的是 ( )A .通过正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变B .穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都相等C .穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势D .原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈2.一理想变压器的原线圈匝数n 1=1 000匝,副线圈匝数n 2=200匝,交流电源的电动势e =311sin 100πt V(不考虑其内阻),电阻R =88 Ω,电压表和电流表对电路的影响可忽略不计,则 ( )A .电压表的示数为62.2 VB .电流表的示数为2.5 AC .通过R 的电流最大值为0.5 AD .变压器的输入电功率为22 W3.在远距离输电中,当输电线的电阻和输送的电功率不变时,那么( ) A .输电线路上损失的电压与输送电流成正比 B .输电的电压越高,输电线路上损失的电压越大C .输电线路上损失的功率跟输送电压的平方成反比D .输电线路上损失的功率跟输电线上的电流成正比4.一理想自耦变压器线圈AB 绕在一个圆环形的闭合铁芯上,输入端AB 间加一正弦式交流电压,在输出端BP 间连接了理想交流电流表、灯泡和滑动变阻器,移动P 的位置,可改变副线圈的匝数,变阻器的滑动触头标记为Q ,则 ( )A .只将Q 向下移动时,灯泡的亮度变大B .只将Q 向下移动时,电流表的读数变大C .只将P 沿顺时针方向移动时,电流表的读数变大D .只提高输入端的电压U 时,电流表的读数变大5.中国已投产运行的1 000 kV 特高压输电,是目前世界上电压最高的输电工程.假设甲、乙两地原来用500 kV 的超高压输电,在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下,现改用1 000 kV 特高压输电,不考虑其他因素的影响.( )A .送电电流变为原来的2倍B .输电线上降落的电压将变为原来的2倍C .输电线上降落的电压将变为原来的12D .输电线上损耗的电功率将变为原来的12 6.(2012·课标)自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈,原、副线圈都只取该线圈的某部分.一升压式自耦调压变压器的电路如图4所示,其副线圈匝数可调.已知变压器线圈总匝数为1 900匝;原线圈为1 100匝,接在有效值为220 V 的交流电源上.当变压器输出电压调至最大时,负载R 上的功率为2.0 kW.设此时原线圈中电流的有效值为I 1,负载两端电压的有效值为U 2,且变压器是理想的,则U 2和I 1分别约为 ( )A .380 V 和5.3 AB .380 V 和9.1 AC.240 V和5.3 A D.240 V和9.1 A7(2010·海南)一理想变压器原、副线圈匝数之比为4∶1,原线圈两端接入一正弦交流电源;副线圈电路中R为负载电阻,交流电压表和交流电流表都是理想电表.下列结论正确的是()A.若电压表读数为6 V,则输入电压的最大值为24 2 VB.若输入电压不变,副线圈匝数增加到原来的2倍,则电流表的读数减小到原来的一半C.若输入电压不变,负载电阻的阻值增加到原来的2倍,则输入功率也增加到原来的2倍D.若保持负载电阻的阻值不变,输入电压增加到原来的2倍,则输出功率增加到原来的4倍8(2012)理想变压器原线圈输入电压u=U max sin ωt,副线圈电路中R0为定值电阻,R是滑动变阻器.和是理想交流电压表,示数分别用U1和U2表示;和是理想交流电流表,示数分别用I1和I2表示.下列正确的是()A.I1和I2表示电流的瞬时值B.U1和U2表示电压的最大值C.滑片P向下滑动过程中,U2不变、I1变大D.滑片P向下滑动过程中,U2变小、I1变小9.如图所示的电路中,有一自耦变压器,左侧并联一只理想电压表V1后接在稳定的交流电源上;右侧串联灯泡L和滑动变阻器R,R上并联一只理想电压表V2.下列说法中正确的是()A.若F不动,滑片P向下滑动时,V1示数变大,V2示数变小B.若F不动,滑片P向下滑动时,灯泡消耗的功率变小C.若P不动,滑片F向下移动时,V1、V2的示数均变小D.若P不动,滑片F向下移动时,灯泡消耗的功率变大10.如图理想变压器原线圈的匝数n1=1 100匝,副线圈的匝数n2=110匝,R0、R1、R2均为定值电阻,且R0=R1=R2,电流表、电压表均为理想电表.原线圈接u=2202sin (314t) (V)的交流电源.起初开关S处于断开状态.下列说法中正确的是()A.电压表示数为22 V B.当开关S闭合后,电压表示数变小C.当开关S闭合后,电流表示数变大D.当开关S闭合后,变压器的输出功率增大11.(2012)通过一理想变压器,经同一线路输送相同的电功率P,原线圈的电压U保持不变,输电线路的总电阻为R.当副线圈与原线圈的匝数比为k时,线路损耗的电功率为P1,若将副线圈与原线圈的匝数比提高到nk,线路损耗的电功率为P 2,则P 1和P 2P 1分别为 ( ) A.PR kU ,1n B .(P kU )2R ,1n C.PR kU ,1n 2 D .(P kU )2R ,1n 2 12.(2010)某水电站,用总电阻为2.5 Ω的输电线输电给500 km 外的用户,其输出电功率是3×106 kW ,现用500 kV电压输电,则下列说法正确的是( )A .输电线上输送的电流大小为2.0×105 AB .输电线上由电阻造成的损失电压为15 kVC .若改用5 kV 电压输电,则输电线上损失的功率为9×108 kWD .输电线上损失的功率为ΔP =U 2/r ,U 为输电电压,r 为输电线的电阻13.如图,接在照明电路中的自耦变压器的副线圈上通过输电线接有三个灯泡L 1、L 2和L 3,输电线的等效电阻为R .当滑动触头P 向上移动一段距离后,下列说法正确的是( ) A .等效电阻R 上消耗的功率变大B .三个灯泡都变亮C .原线圈两端的输入电压减小D .原线圈中电流表示数减小13 1414.电流互感器和电压互感器如图.其中n 1、n 2、n 3、n 4分别为四组线圈的匝数,a 、b 为两只交流电表,则( )A .A 为电流互感器,且n 1<n 2,a 是电流表B .A 为电压互感器,且n 1>n 2,a 是电压表C .B 为电流互感器,且n 3<n 4,b 是电流表D .B 为电压互感器,且n 3>n 4,b 是电压表 高考题组1.(2012·海南)理想变压器原、副线圈匝数比为20∶1,两个标有“12 V ,6 W ”的小灯泡并联在副线圈的两端.当两灯泡都正常工作时,原线圈电路中电压表和电流表(可视为理想的)的示数分别是 ( )A .120 V,0.10 AB .240 V ,0.025 AC .120 V ,0.05 AD .240 V,0.05 A1 22.(2012)如图,理想变压器的原线圈接入u =11 000·2sin 100πt (V)的交变电压,副线圈通过电阻r =6 Ω的导线对“220 V 880 W ”的电器R L 供电,该电器正常工作.由此可知( ) A .原、副线圈的匝数比为50∶1B .交变电压的频率为100 HzC .副线圈中电流的有效值为4 AD .变压器的输入功率为880 W3.(2012)图甲是某燃气炉点火装置的原理图.转换器将直流电压转换为图乙所示的正弦交变电压,并加在一理想变压器的原线圈上,变压器原、副线圈的匝数分别为n 1、n 2,为交流电压表.当变压器副线圈电压的瞬时值大于5 000 V 时,就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体.以下判断正确的是 ( )A .电压表的示数等于5 VB .电压表的示数等于52 VC .实现点火的条件是n 2n 1>1 000D .实现点火的条件是n 2n 1<1 000 4.(2011·山东为保证用户电压稳定在220 V ,变电所需适时进行调压,图甲为调压变压器示意图.保持输入电压u 1不变,当滑动接头P 上下移动时可改变输出电压.某次检测得到用户电压u 2随时间t 变化的曲线如图乙所示.以下正确的是 ( )甲 乙 A .u 2=1902sin (50πt ) V B .u 2=1902sin (100πt ) VC .为使用户电压稳定在220 V ,应将P 适当下移D .为使用户电压稳定在220 V ,应将P 适当上移5.如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数分别是n 1、n 2,b 是原线圈的中心抽头,图中电表均为理想的交流电表,副线圈接定值电阻R ,其余电阻不计.从某时刻开始在原线圈c 、d 两端加上如图乙所示的交变电压.当单刀双掷开关由a 拨向b 后,下列说法正确的是 ( )甲 乙A .副线圈输出电压的频率变小B .电压表的示数变大C .电流表的示数变小D .原线圈的输入功率变大6.正弦交流电经过匝数比为n 1n 2=101的变压器与电阻R 、交流电压表V 、交流电流表A 按如图17甲所示方式连接,R =10 Ω.图乙是R 两端电压u 随时间变化的图像,U max =10 2 V ,则下列说法中正确的是 ( )A .通过R 的电流i R 随时间t 变化的规律是i R =2sin 100πt (A)B .电流表A 的读数为0.1 AC .电流表A 的读数为210A D .电压表的读数为U max =10 2 V 检测卷1. (2011·课标)如图,一理想变压器原、副线圈的匝数比为1∶2,副线圈电路中接有灯泡,灯泡的额定电压为220 V,额定功率为22 W;原线圈电路中接有电压表和电流表.现闭合开关,灯泡正常发光.若用U和I分别表示此时电压表和电流表的读数,则()A.U=110 V,I=0.2 A B.U=110 V,I=0.05 AC.U=110 2 V,I=0.2 A D.U=110 2 V,I=0.2 2 A2.理想变压器如图所示,原线圈输入电流的i-t图像如图所示,第1 s内电流方向在图甲中已标出,则()A.灯泡中的电流变化周期为2 s B.输入电流的有效值小于22 AC.前2 s内灯泡中电流方向从b到a D.前2 s内铁芯中磁通量的变化率恒定3.如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,电阻R=22 Ω,各电表均为理想电表,副线圈输出电压的变化规律如图所示.下列说法正确的是()A.输入电压的频率为100 Hz B.电压表的示数为220 VC.电流表的示数为1 A D.电阻R消耗的电功率是22 W4.如图甲所示,一理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=11∶5,原线圈与正弦交变电源连接,输入电压u随时间t的变化规律如图乙所示,副线圈仅接入一个10 Ω的电阻.则()A.变压器的输入电压最大值是220 2 V B.正弦交变电流的周期是1×10-3 sC.变压器的输入功率是1×103 W D.电压表的示数是100 2 V5.如甲所示,T为理想变压器,原、副线圈匝数比为10∶1,副线圈所接电路中,电压表V1、V2和电流表A1、A2都为理想电表,电阻R1=4 Ω,R2=6 Ω,R3的最大阻值为12 Ω,原线圈两端加上如图乙所示规律变化的电压.在R3的滑片自最下端滑动到最上端的过程中,以下说法正确的是()A .电压表V 1的示数增大B .电压表V 2的示数为20 2 VC .电流表A 1、A 2的示数都增大D .电压表V 1的示数与电流表A 1的示数的乘积一直减小6.(2011·福建理综·15)图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n 1∶n 2=5∶1,电阻R =20 Ω,L 1、L 2为规格相同的两只小灯泡,S 1为单刀双掷开关.原线圈接正弦交变电源,输入电压u 随时间t 的变化关系如图乙所示.现将S 1接1,S 2闭合,此时L 2正常发光.下列说法正确的是 ( )A .输入电压u 的表达式u =202sin (50πt ) VB .只断开S 2后,L 1、L 2均正常发光C .只断开S 2后,原线圈的输入功率增大D .若S 1换接到2后,R 消耗的电功率为0.8 W7.如图所示,某理想变压器的原线圈接一交流电,副线圈接如图所示电路,开关S 原来闭合,且R 1=R 2.现将S 断开,那么交流电压表的示数U 、交流电流表的示数I 、电阻R 1上的功率P 1及该变压器原线圈的输入功率P 的变化情况正确的是 ( )A .U 增大B .I 增大C .P 1减小D .P 减小8.调压变压器就是一种自耦变压器,它的构造如图甲所示.线圈AB 绕在一个圆环形的铁芯上,CD 之间输入交变电压,转动滑动触头P 就可以调节输出电压.图甲中两电表均为理想交流电表,R 1、R 2为定值电阻,R 3为滑动变阻器.现在CD 两端输入图乙所示正弦式交流电,变压器视为理想变压器,那么 ( )A .由乙图可知CD 两端输入交流电压u 的表达式为u =362sin 100t (V)B .当滑动触头P 逆时针转动时,MN 之间输出交流电压的频率变大C .当滑动变阻器滑动触头向下滑动时,电流表读数变大,电压表读数也变大D .当滑动变阻器滑动触头向下滑动时,电阻R 2消耗的电功率变小9.在远距离输电时,输送的电功率为P ,输电电压为U ,所用导线电阻率为ρ,横截面积为S ,总长度为l ,输电线损失的电功率为P ′,用户得到的电功率为P 用,则下列关系式中正确的是 ( )A .P ′=U 2S ρlB .P ′=P 2ρl U 2SC .P 用=P -U 2S ρlD .P 用=P (1-Pρl U 2S )10.如图所示为重庆某中学教学区供电示意图,供电部门通过理想变压器原线圈A 、B 端送电,虚线框内表示教学区内各教室的照明电路.已知变压器副线圈C 、D 两端距教学区输入端E 、F 距离较远,之间输电线电阻不能忽略,设定A 、B 端输入电压一定,则以下说法正确的是 ( )A .如果教学区同时使用的电灯减少,A 、B 端输入功率仍不变 B .C 、D 端电压一定为220 VC .E 、F 端电压一定为220 VD .教学区内同时使用的电灯越多,E 、F 端输入电压越低11.某小型水电站的电能输送示意图如图甲所示,发电机的输出电压变化规律如图乙.输电线总电阻为r ,升压变压器原、副线圈匝数分别为n 1、n 2.降压变压器原、副线圈匝数分别为n 3、n 4(变压器均为理想变压器).要使额定电压为220 V 的用电器正常工作,( )A .乙图中电压的瞬时值表达式为u =2202sin 100πt VB .乙图中电压的有效值和用电器的额定电压都是220 V ,所以n 1n 2=n 4n 3C .通过升压变压器的电流频率比通过降压变压器的电流频率大D .升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率12.某小型实验水电站输出功率是20 kW ,输电线总电阻为6 Ω.(1)若采用380 V 输电,求输电线路损耗的功率; (2)若改用5 000 V 高压输电,用户端利用n 1∶n 2=22∶1的变压器降压,求用户得到的电压.13.一台发电机最大输出功率为4000kw ,电压为4000v ,经变压器T 1升压后向远处输电,输电线路上的总电阻r=1K Ω.,输送到目的地经变压器T 2降压,负载为多个正常发光的灯泡(220V ,60W )若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%,变压器T 1和T 2的耗损可忽略,发电机处于满负荷工作状态,则:(1)T 1副线圈两端电压为多少?(2)T 1和T 2的变压比分别为多少?(3)有多少盏灯泡正常发光?。

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