2020版高考物理一轮复习 第11章 第2节 变压器 电能的输送课件 新人教版

第十一章交变电流传感器第2节变压器电能的输送栏目导航知识点二知识点一0102知识点一理想变压器答案1．构造和原理(1)构造(如图所示)变压器由、和组成。(2)原理：电磁感应的互感现象。闭合铁芯原线圈副线圈答案2．基本关系(1)电压关系：U1U2＝_____。(2)功率关系：P入＝。(3)电流关系：①只有一个副线圈时：I1I2＝n2n1。②有多个副线圈时：n1I1＝。n2I2＋n3I3＋…＋nnInP出n1n2答案3．几种常见的变压器(1)自耦变压器——调压变压器。(2)互感器电压互感器：把变成。电流互感器：把变成________。自耦变压器原理如图所示：若AX为输入端，触头a向上移动时，副线圈匝数N2，输出电压。小电流高电压低电压大电流升高增加[判断正误](1)变压器能改变交变电流的电压，不能改变交变电流的频率。()(2)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。()(3)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。()√××考法1变压器的工作原理1．(2019·惠州模拟)如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为n1∶n2＝10∶1，a、b两点间的电压为u＝2202sin100πt(V)，R为可变电阻，P为用铅锑合金制成的保险丝，其电阻可忽略不计，熔断电流为2A。为使保险丝不熔断，可变电阻R连入电路的最小阻值应大于()A．11210ΩB．1.1ΩC．11ΩD．112Ω解析答案B[由a、b两点间的电压为u＝2202sin100πt(V)，可知变压器原线圈输入电压U1＝220V，根据变压器变压公式可得变压器输出电压U2＝n2n1U1＝22V，保险丝熔断电流为2A，原线圈中电流为I1＝2A时，由U1I1＝U2I2可得副线圈中电流为I2＝20A，此时保险丝会熔断。为保证保险丝不熔断，由欧姆定律可得可变电阻R连入电路的最小阻值应大于U2I2＝1.1Ω，选项B正确。]2.(2017·北京高考)如图所示，理想变压器的原线圈接在u＝2202sin100πt(V)的交流电源上，副线圈接有R＝55Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2∶1，电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是()A．原线圈的输入功率为2202WB．电流表的读数为1AC．电压表的读数为1102VD．副线圈输出交流电的周期为50s解析答案B[理想变压器原线圈两端电压的有效值为U1＝220V，由U1U2＝n1n2得U2＝n2U1n1＝110V，即电压表的读数为110V，通过负载电阻的电流I2＝U2R＝11055A＝2A，则副线圈的输出功率P＝U2I2＝110×2W＝220W，原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，为220W，故选项A、C错误。由n1I1＝n2I2得I1＝n2I2n1＝1A，即电流表的读数为1A，选项B正确。由u＝2202sin100πt(V)可知，角速度ω＝100πrad/s，原线圈所接交流电的周期T＝2πω＝0.02s，副线圈输出交流电的周期不变，仍为0.02s，选项D错误。]考法2原线圈中接有负载电路的分析3.(2019·莆田模拟)如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比为1∶4，a、b两端接到交流电源上，R1、R2为阻值相同的定值电阻，下列说法正确的是()A．副线圈两端电压是电源电压的14B．流过R1的电流是流过R2电流的4倍C．R1上的电功率是R2上电功率的116D．R1上的电功率是R2上电功率的16倍解析答案C[原线圈两端电压等于电源电压，根据电压之比等于匝数之比可得U2U1＝n2n1＝4∶1，A错误。流过R1的电流I1＝U1R1，流过R2电流I2＝U2R2＝4U1R1＝4I1，B错误。根据电功率P＝I2R可得R1上的电功率是R2上电功率的116，C正确，D错误。]4.(2019·南昌检测)一含有理想变压器的电路如图所示，变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝3∶1，图中电阻R1、R2和R3的阻值分别是4Ω、23Ω和103Ω，U为有效值恒定的正弦交流电源。当开关S断开时，理想电流表的示数为I。当S闭合时，电源电压增加到2U，则电流表的示数为()A．6IB．8IC．10ID．12I解析答案B[S断开时，由I1I2＝n2n1得I2＝3I，副线圈两端的电压U2＝I2(R2＋R3)＝12I，由U1U2＝n1n2得U1＝36I，故U＝U1＋IR1＝40I。S闭合时，电流表示数为I′，副线圈中电流I′2＝3I′，副线圈两端的电压U′2＝I′2R2＝2I′，原线圈两端的电压U′1＝6I′，故2U＝I′R1＋U′1＝10I′，联立解得I′＝8I，B正确。]考法3变压器电路的动态分析[考法指导]1．匝数比不变的情况(1)U1不变，根据U1U2＝n1n2，输入电压U1决定输出电压U2，不论负载电阻R如何变化，U2不变。(2)当负载电阻发生变化时，I2变化，输出电流I2决定输入电流I1，故I1发生变化。(3)I2变化引起P2变化，P1＝P2，故P1发生变化。2．负载电阻不变的情况(1)U1不变，n1n2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＝U22R，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。5．(2019·防城港模拟)如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为2∶1，原线圈两端所加电压如图乙所示，与副线圈相连的两个灯泡完全相同，闭合开关S后，下列说法正确的是()甲乙A．电流表示数减小B．电压表示数为1102VC．变压器的输入功率增大D．灯泡上的交流电每秒钟方向改变50次解析答案C[原线圈输入电压不变，线圈匝数不变，则副线圈电压不变，即电压表示数不变，灯泡电阻不变，则电流表示数不变，A错误。原线圈的输入电压U1＝22022V＝220V，根据变压器原理可得U2＝n2n1U1＝110V，所以电压表的示数为110V，B错误。当S接通后，两个灯泡并联，增加一个负载，则副线圈功率增大，所以变压器的输入功率增大，C正确。根据题图乙可知，周期T＝0.02s，则频率f＝50Hz，灯泡上的交流电每秒钟方向改变100次，D错误。]6.(2019·贵阳检测)如图是原、副线圈都有中心抽头(匝数一半处)的理想变压器，原线圈通过单刀双掷开关S1与电流表连接，副线圈通过另一单刀双掷开关S2与定值电阻R0相连接，通过S1、S2可以改变原、副线圈的匝数。现在原线圈加一电压有效值为U的正弦交流电，当S1接a，S2接c时，电流表的示数为I，下列说法正确的是()A．当S1接a，S2接d时，电流为2IB．当S1接a，S2接d时，电流为I2C．当S1接b，S2接c时，电流为4ID．当S1接b，S2接d时，电流为I2解析答案C[设S1、S2分别接a、c时，原、副线圈匝数比为n1∶n2，则输出电压U2＝n2n1U，功率P＝UI＝U22R0；在S1、S2分别接a、d时，输出电压U′2＝n2U2n1，功率P′＝UI′＝U′22R0，联立得I′＝14I，A、B项均错，同理可知，C项对，D项错。][考法指导]理想变压器制约问题的解题思路利用上述因果关系，可解决变压器动态变化问题。识点二电能的输送知1．输电过程(如图所示)2．电压损失(1)ΔU＝U－U′；(2)ΔU＝。3．功率损失(1)ΔP＝P－P′；(2)ΔP＝＝_______。4．输送电流(1)I＝PU；(2)I＝U－U′R。I2RIR答案ΔU2R5．减少输电线上电能损失的方法(1)减小输电导线的电阻R线。由R线＝ρlS知，可采用加大导线的__________、采用的材料做导线。(2)减小输电导线中的电流。在输电功率一定的情况下，根据P＝UI，要减小电流，必须提高。答案输电电压横截面积电阻率小[判断正误](1)增大输电导线的横截面积不利于减少输电过程中的电能损失。()(2)高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗。()(3)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大。()×√√1．理清三个回路在回路2中，U2＝ΔU＋U3，I2＝I线＝I3。2．抓住两个联系(1)理想的升压变压器联系着回路1和回路2，由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：U1U2＝n1n2，I1I2＝n2n1，P1＝P2。(2)理想的降压变压器联系着回路2和回路3，由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：U3U4＝n3n4，I3I4＝n4n3，P3＝P4。3．掌握一个守恒能量守恒关系式：P1＝P损＋P4。[典例](2019·南京模拟)如图所示为远距离输电的原理图，升压变压器的变压比为m，降压变压器的变压比为n，输电线的电阻为R，升压变压器和降压变压器均为一理想变压器，发电机输出的电压恒为U，若由于用户的负载变化，使电压表V2的示数减小了ΔU，则下列判断正确的是()A．电流表A2的示数增大了ΔURB．电流表A1的示数增大了nΔURC．电压表V1的示数减小了ΔUD．输电线损失的功率增加了nΔUR2R解析答案B[降压变压器原、副线圈两端的电压之比等于n，所以有ΔU3ΔU＝n，即降压变压器原线圈两端电压减小了nΔU，升压变压器副线圈两端电压不变，所以输电线上电压增大为nΔU，根据欧姆定律知，电流表A1示数增大了nΔUR，输电线上电流增大了nΔUR，根据电流与匝数成反比知，电流表A2示数增大了n·nΔUR＝n2ΔUR，A错误，B正确。根据题意知，发电厂的输出电压恒为U，升压变压器的变压比不变，所以电压表V1的示数不变，C错误。输电线上电流增大了nΔUR，但输电线损失的功率增加量一定不是P＝nΔUR2R，D错误。]考法1远距离输电原理1.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n1、n2，电压分别为U1、U2，电流分别为I1、I2，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．I1I2＝n1n2B．I2＝U2RC．I1U1＝I22RD．I1U1＝I2U2解析答案D[根据理想变压器的工作原理可知I1I2＝n2n1，所以选项A错误；因U2、I2、R不满足欧姆定律公式中物理量之间的对应关系，所以选项B错误；U1I1＝U2I2，但U2I2≠I22R，选项C错误，D正确。]2.(2015·福建高考)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()A．n1n2U2m4rB．n2n1U2m4rC．4n1n22PUm2rD．4n2n12PUm2r解析答案C[升压变压器T的原线圈两端电压的有效值为U1＝Um2；由变压关系可得U1U2＝n1n2，则U2＝n2Um2n1；因为输送电功率为P，输电线中的电流为I2＝PU2＝2n1Pn2Um，则输电线上损失的电功率为ΔP＝I22(2r)＝4n21P2rn22U2m，故选项C正确。][考法指导]输电线路功率损失的计算方法P损＝P1－P4P1为输送的功率，P4为用户得到的功率P损＝I2线R线I线为输电线路上的电流，R线为线路电阻P损＝ΔU2R线ΔU为输电线路上损失的电压，不要与U2、U3相混P损＝ΔU·I线注意：ΔU不要错代入U2或U3考法2远距离输电的动态分析3．(多选)如图所示为远距离输电示意图，其中T1、T2为理想变压器，r是输电电阻，灯L1、L2相同且阻值不变，现保持变压器T1的输入电压不变，滑片P位置不变，当开关S断开时，灯L1正常发光，则()A．仅闭合S，灯L1会变亮B．仅闭合S，r消耗的功率会变大C．仅将滑片P下移，r消耗的功率会变小D．仅将滑片P上移，电流表示数会变小解析答案BD[闭合S，负载电阻减小，变压器T2副线圈电流增大，根据电流规律知，T2原线圈电流增大，即输电线上电流增大，输电线上损耗的电压ΔU＝I