（浙江選考）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第10章 交變電流 第2講 變壓器 電能的輸送學(xué)案

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1、第2講　變壓器　電能的輸送 知識排查 理想變壓器 1.構(gòu)造：如圖1所示，變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個線圈組成的。 圖1 (1)原線圈：與交流電源連接的線圈，也叫初級線圈。 (2)副線圈：與負(fù)載連接的線圈，也叫次級線圈。 2.原理：電流磁效應(yīng)、電磁感應(yīng)。 3.基本關(guān)系式 (1)功率關(guān)系：P入＝P出。 (2)電壓關(guān)系：＝。 (3)電流關(guān)系：只有一個副線圈時＝。 (4)頻率關(guān)系：f入＝f出。 遠(yuǎn)距離輸電 圖2 1.電壓損失：(1)ΔU＝U2－U3。(2)ΔU＝I2R線。 2.功率損失：(1)ΔP＝P2－P3。(2)ΔP＝IR線＝。 3.功率關(guān)系：

2、P1＝P2，P3＝P4，P2＝P損＋P3。 4.電壓、電流關(guān)系：＝＝，＝＝，U2＝ΔU＋U3， I2＝I3＝I線。 5.輸電電流：I線＝＝＝。 6.輸電線上損耗的電功率：P損＝I線ΔU＝IR線＝R線。 小題速練 1.思考判斷 (1)理想變壓器的基本關(guān)系式中，電壓和電流均為有效值(　　) (2)變壓器不但能改變交變電流的電壓，還能改變交變電流的頻率(　　) (3)正常工作的變壓器當(dāng)副線圈與用電器斷開時，副線圈兩端無電壓(　　) (4)變壓器副線圈并聯(lián)更多的用電器時，原線圈輸入的電流隨之減小(　　) (5)增大輸電導(dǎo)線的橫截面積有利于減少輸電過程中的電能損失(　　) (6)

3、高壓輸電是通過減小輸電電流來減少電路的發(fā)熱損耗(　　) 答案　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)√ 2.[人教版選修3－2·P44·T2改編]有些機(jī)床為了安全，照明電燈用的電壓是36 V，這個電壓是把380 V的電壓降壓后得到的。如果變壓器的原線圈是1 140匝，副線圈是(　　) A.1 081匝　　 　B.1 800匝 C.108匝 D.8 010匝 解析　由題意知U1＝380 V，U2＝36 V，n1＝1 140，則＝得n2＝n1＝108。選項C正確。 答案　C 3.[人教版選修3－2·P50·T3改編]從發(fā)電站輸出的功率為220 kW，輸電線的

4、總電阻為0.05 Ω，用110 V和11 kV 兩種電壓輸電。兩種情況下輸電線上由電阻造成的電壓損失之比為(　　) A.100∶1　　 　B.1∶100 C.1∶10 D.10∶1 解析　由題意知輸電線上的電流I＝，則輸電線的總電阻造成的電壓損失ΔU＝Ir＝，故＝＝＝＝，故選項A正確。 答案　A 　變壓器的原理和基本關(guān)系的應(yīng)用 1.理想變壓器的制約關(guān)系 制約關(guān)系 電壓 副線圈電壓U2由原線圈電壓U1和匝數(shù)比決定U2＝U1 功率 原線圈的輸入功率P入由副線圈的輸出功率P出決定　P入＝P出 電流 原線圈電流I1由副線圈電流I2和匝數(shù)比決定I1＝I2 2.幾種

5、常用的變壓器 (1)自耦變壓器——調(diào)壓變壓器，如圖A、B所示。 (2)互感器 3.兩類理想變壓器的動態(tài)分析問題 (1)匝數(shù)比不變的情況(如圖甲所示) ①U1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，I2變化，輸出電流I2決定輸入電流I1，故I1發(fā)生變化。 ③I2變化引起P2變化，由P1＝P2知P1發(fā)生變化。 (2)負(fù)載電阻不變的情況(如圖乙所示) ①U1不變，發(fā)生變化，U2變化。 ②R不變，U2變化，I2發(fā)生變化。 ③根據(jù)P2＝和P1＝P2，可以判斷P2變化時，P1發(fā)生變化，U1不變時，I1發(fā)生變

6、化。 【典例】　(多選)如圖3所示，理想變壓器原線圈的匝數(shù)為n1，副線圈的匝數(shù)為n2，原線圈的兩端a、b接正弦交流電源，電壓表V的示數(shù)為220 V，負(fù)載電阻R＝44 Ω，電流表A1的示數(shù)為0.2 A。下列判斷正確的是(　　) 圖3 A.原線圈和副線圈的匝數(shù)比為2∶1 B.原線圈和副線圈的匝數(shù)比為5∶1 C.電流表A2的示數(shù)為1 A D.電流表A2的示數(shù)為0.4 A 解析　由電壓表V示數(shù)和電流表A1的示數(shù)可得原線圈中的功率P1＝U1I1，P1＝P2＝IR，所以電流表A2的示數(shù)為I2＝＝ A＝1 A，C正確，D錯誤；原線圈和副線圈的匝數(shù)比＝＝，A錯誤，B正確。 答案　BC

7、 1.(多選)如圖4所示，某理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)均可調(diào)節(jié)，原線圈兩端電壓為一峰值不變的正弦交變電壓，副線圈接一可變電阻R。在其他條件不變的情況下，為使變壓器輸入功率增大，下列措施正確的是(　　) 圖4 A.僅增加原線圈匝數(shù)n1 B.僅增加副線圈匝數(shù)n2 C.僅減小電阻R的阻值 D.僅增大電阻R的阻值 解析　為使變壓器輸入功率增大，需增大輸出功率，由P＝知僅減小電阻R的阻值或僅增加副線圈匝數(shù)n2，都可以增大輸出功率，B、C正確；僅增加原線圈匝數(shù)n1或僅增大電阻R的阻值時，輸出功率減小，A、D錯誤。 答案　BC 2.(多選)如圖5所示，一理想自耦變壓器線圈AB繞

8、在一個圓環(huán)形的閉合鐵芯上，輸入端AB間加一正弦式交流電壓，在輸出端BP間連接了理想交流電流表、燈泡和滑動變阻器，移動P的位置，可改變副線圈的匝數(shù)，變阻器的滑動觸頭標(biāo)記為Q，則(　　) 圖5 A.只將Q向下移動時，燈泡的亮度不變 B.只將Q向下移動時，電流表的讀數(shù)變大 C.只將P沿順時針方向移動時，電流表的讀數(shù)變大 D.只提高輸入端的電壓U時，電流表的讀數(shù)變大 解析　只將Q向下移動時，R阻值增大，電路中電阻增大，電流減小，故B項錯誤；由于副線圈上電壓不變，電燈兩端的電壓不變，功率不變，亮度不變，故A項正確；只將P沿順時針方向移動時副線圈匝數(shù)減少，副線圈兩端電壓減小，流過副線圈的電

9、流減小，故C項錯誤；只提高輸入端的電壓時，副線圈上電壓增大，電流增大，故D項正確。 答案　AD 3.(多選)如圖6所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為2∶1，電池和交變電源的電動勢都為6 V，內(nèi)阻均不計。下列說法正確的是(　　) 圖6 A.S與a接通的瞬間，R中無感應(yīng)電流 B.S與a接通穩(wěn)定后，R兩端的電壓為0 C.S與b接通穩(wěn)定后，R兩端的電壓為3 V D.S與b接通穩(wěn)定后，原、副線圈中電流的頻率之比為2∶1 解析　S與a接通的瞬間，副線圈有瞬間的感應(yīng)電流，A錯誤；S與a接通穩(wěn)定后，理想變壓器的原線圈電流穩(wěn)定不變，副線圈電壓為零，B正確；S與b接通穩(wěn)定后，根據(jù)U1∶U2＝n

10、1∶n2，可得R兩端的電壓為3 V，C正確；原、副線圈的頻率相同，D錯誤。 答案　BC 　遠(yuǎn)距離輸電 1.遠(yuǎn)距離輸電的處理思路 對高壓輸電問題，應(yīng)按“發(fā)電機(jī)→升壓變壓器→遠(yuǎn)距離輸電線→降壓變壓器→用電器”，或按從“用電器”倒推到“發(fā)電機(jī)”的順序一步一步進(jìn)行分析。 2.遠(yuǎn)距離高壓輸電的幾個基本關(guān)系(以圖7為例) 圖7 (1)功率關(guān)系：P1＝P2，P3＝P4，P2＝P損＋P3。 (2)電壓、電流關(guān)系：＝＝，＝＝，U2＝ΔU＋U3，I2＝I3＝I線。 (3)輸電電流：I線＝＝＝。 (4)輸電線上損耗的功率：P損＝I線ΔU＝IR線＝()2R線。 當(dāng)輸送功率一定時，輸電電壓增大

11、到原來的n倍，輸電線上損耗的功率就減小到原來的。 【典例】　(多選)某水電站通過總電阻為2.5 Ω的輸電線輸電給 500 km 外的用戶，其輸出電功率是3×106 kW。現(xiàn)用500 kV 電壓輸電，則下列說法正確的是(　　) A.輸電線上輸送的電流大小為2.0×105 A B.輸電線上由電阻造成的電壓損失為15 kV C.若改用5 kV電壓輸電，則輸電線上損失的功率為9×108 kW D.輸電線上損失的功率為ΔP＝，U為輸電線上損失的電壓，r為輸電線的電阻 解析　輸電線上輸送的電流為I輸＝＝ A＝6 000 A，選項A錯誤；輸電線上由電阻造成的電壓損失U損＝I輸R線＝6 000×2

12、.5 V＝1.5×104 V，選項B正確；若輸電電壓為5 kV，則輸電線上損失的功率不可能大于輸出總功率3×106 kW，選項C錯誤；由ΔP＝求損失功率時，U應(yīng)當(dāng)為輸電線上損失的電壓，選項D正確。 答案　BD 1.(多選)在遠(yuǎn)距離輸電時，輸送的電功率為P，輸電電壓為U，所用導(dǎo)線電阻率為ρ，橫截面積為S，總長度為L，輸電線損失的電功率為P損，用戶得到的電功率為P用，則P損、P用的關(guān)系式正確的是(　　) A.P損＝ B.P損＝ C.P用＝P－ D.P用＝P 解析　輸電線電阻R＝ρ，輸電電流I＝，故輸電線上損失的電功率為：P損＝I2R＝·ρ＝；用戶得到的電功率為P用＝P－P

13、損＝P。 答案　BD 2.遠(yuǎn)距離輸電中，發(fā)電廠輸送的電功率相同，如果分別采用輸電電壓為U1＝110 kV輸電和輸電電壓為U2＝330 kV輸電。則兩種情況中，輸電線上通過的電流之比I1∶I2等于(　　) A.1∶1 B.3∶1 C.1∶3 D.9∶1 解析　輸送功率相同，根據(jù)P＝UI得，輸電電流與輸電電壓成反比，所以＝＝。故B正確。 答案　B 活頁作業(yè) (時間：30分鐘) A組　基礎(chǔ)過關(guān) 1.如圖1所示為一種變壓器的實物圖，根據(jù)其銘牌上所提供的信息，以下判斷正確的是(　　) 圖1 A.這是一個升壓變壓器 B.原線圈的匝數(shù)比副線圈的匝數(shù)多 C.當(dāng)原線圈輸

14、入交流電壓220 V時，副線圈輸出直流電壓12 V D.當(dāng)原線圈輸入交流電壓220 V、副線圈接負(fù)載時，副線圈中電流比原線圈中電流小 解析　根據(jù)銘牌上所提供的信息可知：變壓器的輸入電壓為220 V，輸出電壓為12 V，該變壓器為降壓變壓器，故選項A錯誤，B正確；變壓器的工作原理是電磁感應(yīng)，故變壓器的原、副線圈上的電壓都為交流電壓，選項C錯誤；由理想變壓器的輸出功率等于輸入功率，且原線圈的電壓大于副線圈的電壓，故副線圈接負(fù)載時，副線圈中電流比原線圈中電流大，選項D錯誤。 答案　B 2.如圖2所示，一只理想變壓器的原線圈有55匝，副線圈有1 100匝，若把原線圈接到10 V的電池組上，則副

15、線圈的輸出電壓是(　　) 圖2 A.200 V B.20 V C.0.5 V D.0 答案　D 3.(2018·寧夏中衛(wèi)一模)在如圖3所示的電路中，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2＝22∶1，原線圈接u1＝220sin 100πt (V)的交變電流，電阻R＝10 Ω，電流表、電壓表均為理想電表，則(　　) 圖3 A.電壓表的讀數(shù)為10 V B.電流表的讀數(shù)為22 A C.電阻R消耗的功率為10 W D.變壓器的輸出功率為10 W 解析　輸入電壓的有效值為U1＝＝220 V，根據(jù)＝得U2＝U1＝10 V，故選項A錯誤；電流表的示數(shù)為I2＝＝1 A，故

16、選項B錯誤；電阻消耗的功率為P2＝U2I2＝10 W，故選項C錯誤；理想變壓器的輸入電功率等于副線圈回路負(fù)載消耗功率，故選項D正確。 答案　D 4.遠(yuǎn)距離輸送一定功率的交流電，若輸送電壓升高為原來的n倍，關(guān)于輸電線上的電壓損失和功率損失正確的是(　　) A.輸電線上的電功率損失是原來的 B.輸電線上的電功率損失是原來的 C.輸電線上的電壓損失是原來的 D.輸電線上的電壓損失是原來的 解析　設(shè)輸送的電功率一定為P，輸送電壓為U，輸電線上功率損失為ΔP，電壓損失為ΔU，電流為I，輸電線總電阻為R。由P＝UI知，I＝，則得ΔP＝I2R＝，ΔU＝IR＝，可知輸送電壓增為原來的n倍，則輸電

17、線上電功率損失變?yōu)樵瓉淼?，損失的電壓變?yōu)樵瓉淼摹９蔄正確，B、C、D錯誤。 答案　A 5.如圖4所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為n1∶n2＝4∶1，當(dāng)導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場中向左做勻速直線運動切割磁感線時，電流表A1的示數(shù)是12 mA，則電流表A2的示數(shù)為(　　) 圖4 A.3 mA B.0 mA C.48 mA D.與負(fù)載R的值有關(guān) 解析　本題考查了變壓器的工作原理。關(guān)鍵要清楚交流電能通過變壓器，而恒定電流不能通過變壓器。導(dǎo)體棒向左勻速切割磁感線時，在線圈n1中通過的是恒定電流，不能引起穿過線圈n2的磁通量變化，在副線圈n2上無感應(yīng)電動勢出現(xiàn)，所以A2中無電流通過。

18、 答案　B 6.(2018·杭州模擬)(多選)如圖5所示，一臺理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為n1∶n2＝40∶1，在副線圈兩端接有“6 V　40 W”的電燈泡。若燈泡正常發(fā)光，則下列說法中正確的是(　　) 圖5 A.在原、副線圈中，通過每匝線圈的磁通量時時刻刻都相同 B.通過原、副線圈的交變電流的頻率相同 C.變壓器輸入電壓的最大值為240 V D.變壓器的輸入功率為40 W 解析　由變壓器基本原理可知，理想變壓器原、副線圈中通過每匝線圈的磁通量都相等，通過原、副線圈的交變電流的頻率相同，所以選項A、B正確；因為燈泡正常發(fā)光，所以變壓器輸出電壓的有效值為6 V，由電壓關(guān)系

19、可知，原線圈輸入電壓的有效值為240 V，不是最大值，所以選項C錯誤；理想變壓器的輸入功率與輸出功率相等，所以變壓器的輸入功率為40 W，選項D正確。 答案　ABD B組　能力提升 7.(多選)一理想變壓器，原、副線圈的匝數(shù)比為4∶1，原線圈接在一個交流電源上，交流電的變化規(guī)律如圖6所示。副線圈所接的負(fù)載電阻是11 Ω。則(　　) 圖6 A.副線圈輸出交流電的周期為0.02 s B.副線圈輸出電壓為55 V C.流過副線圈的電流是5 A D.變壓器輸入、輸出功率之比為4∶1 解析　由圖象可知，交流電的周期為0.02 s，變壓器不會改變交流電的頻率和周期，所以副線圈輸出交變

20、電流的周期也為0.02 s，所以A正確；由圖象可知，交流電的電壓的最大值為311 V，所以輸入的電壓的有效值為U1＝ V≈220 V，根據(jù)電壓與匝數(shù)成正比可知，＝，所以副線圈輸出電壓U2為55 V，所以B正確；根據(jù)I＝可得電流I＝ A＝5 A，所以C正確；理想變壓器的輸入功率和輸出功率相等，所以D錯誤。 答案　ABC 8.如圖7所示，理想變壓器的原線圈接有交變電壓U，副線圈接有光敏電阻R1(光敏電阻隨光照強(qiáng)度增大而減小)、定值電阻R2。則(　　) 圖7 A.僅增強(qiáng)光照時，原線圈的輸入功率減小 B.僅向下滑動P時，R2兩端的電壓增大 C.僅向下滑動P時，R2消耗的功率減小 D.

21、僅增大U時，R2消耗的功率減小 解析　當(dāng)光照增強(qiáng)時，光敏電阻的電阻值減小，故變壓器的輸出功率增加，故輸入功率也增加，故A錯誤；當(dāng)滑動觸頭P向下滑動時，原線圈匝數(shù)減小，根據(jù)電壓與匝數(shù)成正比知變壓器的輸出電壓增大；根據(jù)功率表達(dá)式P＝知，R2消耗的功率增大，故B正確，C錯誤；當(dāng)U增大時，根據(jù)電壓與匝數(shù)成正比知變壓器的輸出電壓增大；根據(jù)功率表達(dá)式P＝知，用電器消耗的功率增大，故D錯誤。 答案　B 9.(多選)如圖8所示，單匝矩形閉合導(dǎo)線框abcd全部處于垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中，線框面積為S，電阻為R。線框繞與cd重合的豎直固定轉(zhuǎn)軸以角速度ω從中性面開始勻速轉(zhuǎn)動，線框轉(zhuǎn)過時的感應(yīng)電流為I，下列說

22、法不正確的是(　　) 圖8 A.線框中感應(yīng)電流的有效值為2I B.轉(zhuǎn)動過程中穿過線框的磁通量的最大值為 C.從中性面開始轉(zhuǎn)過的過程中，通過導(dǎo)線某橫截面的電荷量為 D.線框轉(zhuǎn)一周的過程中，產(chǎn)生的熱量為 解析　從中性面開始計時，電流瞬時值表達(dá)式為：i＝Imsin ωt，據(jù)題ωt＝時，i＝I，代入得電流的最大值為：Im＝2I，有效值為：I有＝Im＝I，故A錯誤；感應(yīng)電動勢最大值為：Em＝ImR＝2IR，由Em＝BSω，則穿過線框的磁通量的最大值為：Φm＝BS＝，故B正確；中性面開始轉(zhuǎn)過的過程中，通過導(dǎo)線橫截面的電荷量為：q＝＝＝，故C正確；電流的有效值為：I有＝I，則線框轉(zhuǎn)一周的過程中，產(chǎn)生的熱量為：Q＝IRT＝，故D錯誤。 答案　AD 11