《2019年高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第11章 交變電流 傳感器 第2講 變壓器 電能的輸送學(xué)案 新人教版》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2019年高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第11章 交變電流 傳感器 第2講 變壓器 電能的輸送學(xué)案 新人教版（12頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第二講　變壓器　電能的輸送 一 理想變壓器 1． 2．對于理想變壓器，原線圈與電源相連，副線圈不接負(fù)載時，副線圈兩端的電壓為零嗎？副線圈中的電流為零嗎？ 提示：不為零　為零 3．理想變壓器的副線圈有兩個，公式＝和＝還成立嗎？此時電流和匝數(shù)有何關(guān)系？ 提示：由于線圈中的磁通量相同，故＝＝成立；由能量守恒I1U1＝I2U2＋I3U3，I1n1＝I2n2＋I3n3，公式＝不成立. 二 電能的輸送 1． 2．在如圖所示的高壓輸電線路中寫出不同回路間各物理間的關(guān)系． ＝　　　　I2＝I3　　　　　 ＝ ＝　　　　P2＝P3＋IR線　　　 ＝ P1＝P2

2、　　　　U2＝U3＋ΔU P3＝P4 1．判斷正誤 (1)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．(　　) (2)理想變壓器能改變交變電壓、交變電流，但不改變功率，即輸入功率總等于輸出功率．(　　) (3)變壓器副線圈并聯(lián)更多的用電器時，原線圈的輸入電流隨之增大．(　　) (4)變壓器只對變化的電流起作用，對恒定電流不起作用．(　　) (5)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．(　　) 答案：(1)×　(2)√　(3)√　(4)√　(5)× 2．(人教版選修3－2P44第2題改編)有些機床為了安全，照明電燈用的電壓是36 V，這個電

3、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 答案：C 3．(人教版選修3－2P44第5題改編)如圖所示的電路中，變壓器為理想變壓器，a、b接在電壓有效值不變的交流電源兩端，R0為定值電阻，R為滑動變阻器．現(xiàn)將變阻器的滑片從一個位置滑動到另一位置，觀察到電流表A1的示數(shù)增大了0.2 A，電流表A2的示數(shù)增大了0.8 A，則下列說法正確的是(　　) A．電壓表V1示數(shù)增大 B．電壓表V2、V3示數(shù)均增大 C．該變壓器起升壓作用 D．變阻器滑片是沿c→d的方向滑

4、動 答案：D 4．(人教版選修3－2P50第3題改編)從發(fā)電站輸出的功率為220 kW，輸電線的總電阻為0.05 Ω，用100 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 答案：A 考點一 理想變壓器基本關(guān)系和動態(tài)分析 1．匝數(shù)比不變的情況 (1)U1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． (3)I2變化引起P2變化，P1＝P2，故P1發(fā)生

5、變化． 2．負(fù)載電阻不變的情況 (1)U1不變，發(fā)生變化，故U2變化． (2)R不變，U2變化，故I2發(fā)生變化． (3)根據(jù)P2＝，P2發(fā)生變化，再根據(jù)P1＝P2，故P1變化，P1＝U1I1，U1不變，故I1發(fā)生變化． 3．變壓器動態(tài)問題的分析流程 (2016·全國卷Ⅲ)(多選)如圖，理想變壓器原、副線圈分別接有額定電壓相同的燈泡a和b.當(dāng)輸入電壓U為燈泡額定電壓的10倍時，兩燈泡均能正常發(fā)光．下列說法正確的是(　　) A．原、副線圈匝數(shù)之比為9∶1 B．原、副線圈匝數(shù)之比為1∶9 C．此時a和b的電功率之比為9∶1 D．此時a和b的電功率之比為1∶9 解析：選

6、AD　設(shè)燈泡的額定電壓為U0，兩燈均能正常發(fā)光，所以原線圈輸出端電壓為U1＝9U0，副線圈兩端電壓為U2＝U0，故＝，根據(jù)＝＝，A正確B錯誤；根據(jù)公式＝可得＝，由于小燈泡兩端的電壓相等，所以根據(jù)公式P＝UI可得兩者的電功率之比為1∶9，C錯誤，D正確． 處理變壓器問題需要注意的細(xì)節(jié) (1)熟記兩個基本公式 ①＝，即對同一變壓器的任意兩個線圈，都有電壓和匝數(shù)成正比． ②P入＝P出，即無論有幾個副線圈在工作，變壓器的輸入功率總等于輸出功率之和． (2)原、副線圈中通過每匝線圈磁通量的變化率相等． (3)原、副線圈中電流變化規(guī)律一樣，電流的周期、頻率一樣. (2015·全國卷Ⅰ

7、)一理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)為3∶1，在原、副線圈的回路中分別接有阻值相同的電阻，原線圈一側(cè)接在電壓為220 V的正弦交流電源上，如圖所示．設(shè)副線圈回路中電阻兩端的電壓為U，原、副線圈回路中電阻消耗的功率的比值為k，則(　　) A．U＝66 V，k＝ B．U＝22 V，k＝ C．U＝66 V，k＝ D．U＝22 V，k＝ 解析：選A　設(shè)原線圈中電流為I，由＝知副線圈中的電流為3I，由題意知副線圈中電阻兩端的電壓U＝3IR，則原線圈回路中R兩端的電壓U′＝IR＝，原線圈兩端的電壓U1＝3U，由閉合電路中電壓關(guān)系可知U1＋U′＝220 V，即3U＋＝220 V，U＝66 V，原線圈回

8、路中電阻消耗的功率P1＝I2R，副線圈回路中電阻消耗的功率P2＝(3I)2R，＝k＝＝，選項A正確． (2016·全國卷Ⅰ)一含有理想變壓器的電路如圖所示，圖中電阻R1、R2和R3的阻值分別是3 Ω、1 Ω和4 Ω，○A為理想交流電流表，U為正弦交流電壓源，輸出電壓的有效值恒定．當(dāng)開關(guān)S斷開時，電流表的示數(shù)為I；當(dāng)S閉合時，電流表的示數(shù)為4I.該變壓器原、副線圈匝數(shù)比為(　　) A．2　　 B． 3 C．4　　 D．5 解析：選B　當(dāng)S斷開時，電路如圖所示 由閉合電路歐姆定律，原線圈兩端電壓U1＝U－IR1 得U1＝U－3I ① 根據(jù)變壓器原副線圈電壓關(guān)系：＝ ②

9、 副線圈中的電流：I2＝＝ ③ 聯(lián)立①②③得：2＝ ④ 當(dāng)S閉合時，電路如圖所示 由閉合電路歐姆定律，原線圈兩端電壓U1′＝U－4I·R1 得U1′＝U－12I ⑤ 根據(jù)變壓器原副線圈電壓關(guān)系：＝ ⑥ 副線圈中的電流得：I2′＝＝ ⑦ 聯(lián)立⑤⑥⑦得2＝ ⑧ 聯(lián)立④⑧解得＝3． 變壓器與電路動態(tài)分析相結(jié)合問題的分析方法 (1)分清不變量和變量； (2)弄清理想變壓器中電壓、電流、功率之間的聯(lián)系和相互制約關(guān)系； (3)利用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路特點進行分析判定． (2018·大連雙基測試)如圖甲所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為4∶1，b是原

10、線圈的中心抽頭，圖中電表均為理想的交流電表，定值電阻R＝10 Ω，其余電阻均不計．從某時刻開始在原線圈c、d兩端加上如圖乙所示的交變電壓，則下列說法正確的是(　　) A．當(dāng)單刀雙擲開關(guān)由a撥向b時，原線圈的輸入功率增大 B．當(dāng)單刀雙擲開關(guān)與a連接且t＝0.01 s時，電流表示數(shù)為零 C．當(dāng)單刀雙擲開關(guān)與a連接時，電壓表的示數(shù)為77．8 V D．當(dāng)單刀雙擲開關(guān)由a撥向b時，副線圈輸出電壓的頻率為25 Hz 解析：選A　當(dāng)單刀雙擲開關(guān)由a撥向b時，原線圈的匝數(shù)減小，由＝得U2＝，則副線圈電壓增大，副線圈功率增大，由P1＝P2可得原線圈的功率也增大，選項A正確；電流表顯示的是有效值，則

11、任意時刻都不是零，選項B錯誤；由乙圖可得原線圈輸入電壓的有效值為220 V，由U2＝可得副線圈的電壓為55 V，選項C錯誤；由乙圖可得交變電流的頻率為50 Hz，理想變壓器不改變電壓的頻率，則副線圈電壓的頻率也為50 Hz，選項D錯誤． 1．(2017·福建寧德一模)如圖所示，理想變壓器的副線圈接有一規(guī)格為“44 V　44 W”的燈泡和線圈電阻r＝1 Ω的電動機，原線圈接上u＝220sin 100πt(V)的正弦交流電后燈泡和電動機都正常工作，且原線圈中理想交流電流表的示數(shù)為1 A，下列說法正確的是(　　) A．理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為4∶1 B．電動機的輸出功率為176

12、W C．電動機的熱功率為6 W D．若電動機被卡住，燈泡仍正常工作，則電流表的示數(shù)變?yōu)? A 解析：選D　原線圈兩端的電壓有效值為U1＝220 V，燈泡和電動機都正常工作，所以燈泡兩端的電壓有效值為44 V，根據(jù)理想變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)成正比，得＝＝＝，故A錯誤；根據(jù)電流與匝數(shù)成反比有＝，得副線圈中的電流有效值I2＝5 A，燈泡中的電流IL＝＝ A＝1 A，因為I2＝IM＋IL，可得流過電動機的電流有效值IM＝4 A，電動機輸入功率為P入＝U2IM＝176 W，電動機的熱功率為P熱＝Ir＝16 W，所以電動機的輸出功率為P出＝P入－P熱＝160 W，故B、C錯誤；若電動機被卡住，燈

13、泡仍正常工作，IM′＝＝44 A，流過副線圈的電流I2′＝IL＋IM′＝45 A，根據(jù)電流與匝數(shù)成反比得I1′＝9 A，故D正確． 2．如圖甲所示的“火災(zāi)報警系統(tǒng)”電路中，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為10∶1，原線圈接入圖乙所示的電壓，電壓表和電流表均為理想電表，R0為半導(dǎo)體熱敏電阻，其阻值隨溫度的升高而減小，R1為變阻器．當(dāng)通過報警器的電流超過某值時，報警器將報警．下列說法正確的是(　　) A．電壓表V的示數(shù)為20 V B．R0處出現(xiàn)火警時，電流表A的示數(shù)減小 C．R0處出現(xiàn)火警時，變壓器的輸入功率增大 D．要使報警器的臨界溫度升高，可將R1的滑片P適當(dāng)向下移動 解析：選C

14、　由圖乙知，電壓的最大值為Um＝200 V，設(shè)電壓的有效值為U，則·＝T，得U＝100 V，變壓器原、副線圈中的電壓之比等于匝數(shù)之比，所以電壓表的示數(shù)為10 V，選項A錯誤；R0處溫度升高時阻值減小，副線圈電流增大，輸出功率增大，由于輸出功率與輸入功率相等，所以輸入功率增大，電流表示數(shù)增大，選項B錯誤，C正確；隨著溫度升高，熱敏電阻阻值減小，若R1滑片向下移動，并聯(lián)部分的總電阻增大，電壓增大，易達到報警器的報警電壓值，出現(xiàn)報警現(xiàn)象，故將R1的滑片P向下移動相當(dāng)于降低了報警器的臨界溫度，選項D錯誤. 考點二 變壓器和交變電流的綜合 (2018·河南校級模擬)(多選)如圖所示，50匝矩形閉

15、合導(dǎo)線框ABCD處于磁感應(yīng)強度大小B＝ T的水平勻強磁場中，線框面積S＝0.5 m2，線框電阻不計．線框繞垂直于磁場的軸OO′以角速度ω＝200 rad/s勻速轉(zhuǎn)動，并與理想變壓器原線圈相連，副線圈接入一只“220 V,60 W”燈泡，且燈泡正常發(fā)光，熔斷器允許通過的最大電流為10 A，下列說法正確的是(　　) A．圖示位置穿過線框的磁通量為零 B．線框中產(chǎn)生交變電壓的有效值為500 V C．變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為25∶11 D．允許變壓器輸出的最大功率為5 000 W 解析：選CD　由圖可知，此時線框平面和磁場垂直，此時穿過線框的磁通量最大，所以A錯誤．矩形閉合導(dǎo)線框ABC

16、D在磁場中轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的最大值為Em＝nBSω＝50××0.5×200 V＝500 V，由于最大值為有效值的倍，所以交變電壓的有效值為500 V，所以B錯誤．由于電壓與匝數(shù)成正比，所以變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為＝，所以C正確．由于熔斷器允許通過的最大電流為10 A，所以允許變壓器輸出的最大功率為P＝UI＝500×10 W＝5 000 W，所以D正確． 處理此類問題的方法 (1)首先觀察交變電流的圖象(或交變電流瞬時值表達式)，其縱坐標(biāo)表示的是電壓U還是電流I(或表達式表示的是電流還是電壓)． (2)其次觀察此交變電流是加在原線圈兩端還是副線圈兩端． (3)然后判斷原、副線

17、圈所組成的電路需要的物理量是最大值還是有效值． (4)最后根據(jù)變壓器規(guī)律和串并聯(lián)電路的特點進行解題． (多選)如圖所示，10匝矩形線框在磁感應(yīng)強度B＝ T的勻強磁場中，繞垂直磁場的軸OO′以角速度ω＝100 rad/s勻速轉(zhuǎn)動，線框電阻不計，面積為S＝0.3 m2，線框通過滑環(huán)與一理想變壓器的原線圈相連，副線圈接有兩只燈泡L1(0.3 W　30 Ω)和L2，開關(guān)閉合時兩燈泡均正常發(fā)光，且原線圈中電流表示數(shù)為0.04 A，則下列判斷正確的(　　) A．若從圖示線框位置開始計時，線框中感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式為e＝30sin 100t(V) B．理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為10∶1

18、 C．燈泡L2的額定功率為0.9 W D．若開關(guān)S斷開，電流表示數(shù)將增大 解析：選BC　變壓器的輸入電壓的最大值為：Um＝NBSω＝10××0.3×100 V＝30 V．從垂直中性面位置開始計時，故線框中感應(yīng)電動勢的瞬時值為：u＝Umcos ωt＝30cos 100t(V)，故A錯誤；變壓器輸入電壓的有效值為：U1＝＝30 V，開關(guān)閉合時兩燈泡均正常發(fā)光，所以U2＝＝ V＝3 V．所以：＝＝＝.故B正確；原線圈的輸入功率：P1＝U1I1＝30×0.04 W＝1．2 W．由于原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率，所以：PL2＝P1－PL1＝1．2－0.3＝0.9 W．故C正確；若開關(guān)S斷開，

19、輸出電壓不變，輸出端電阻增大，故輸出電流減小，故輸入電流也減小，電流表的示數(shù)減?。蔇錯誤． 3．(2017·南寧三市二模)如圖所示，有一矩形線圈的面積為S，匝數(shù)為N，電阻不計，繞OO′軸在水平方向的磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中以角速度ω做勻速轉(zhuǎn)動，從圖示位置開始計時．矩形線圈通過銅滑環(huán)接理想變壓器原線圈，副線圈接有固定電阻R0和滑動變阻器R，下列判斷正確的是(　　) A．矩形線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式為e＝NBSωsin ωt B．矩形線圈從圖示位置經(jīng)過時間內(nèi)，通過電流表A1的電荷量為0 C．當(dāng)滑動變阻器的滑片向上滑動過程中，電流表A1和A2示數(shù)都變小 D．當(dāng)滑動變阻

20、器的滑片向上滑動過程中，電壓表V1示數(shù)不變，V2和V3的示數(shù)都變小 解析：選C　初始位置是與中性面垂直的平面，則矩形線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式為e＝NBSωcos ωt，選項A錯誤；是四分之一個周期，由Q＝可得，通過電流表A1的電荷量不為零，選項B錯誤；當(dāng)滑動變阻器的滑片向上滑動過程中，滑動變阻器的阻值變大，電路總電阻變大，電流表A2示數(shù)變小，結(jié)合＝可得，電流表A1示數(shù)也變小，選項C正確；當(dāng)滑動變阻器的滑片向上滑動過程中，電壓表V1示數(shù)不變，結(jié)合＝，V2示數(shù)也不變，電壓表V3示數(shù)變大，選項D錯誤． 4．(2017·山東濰坊期末)如圖所示，邊長為L、匝數(shù)為N、電阻不計的正方形線圈ab

21、cd，在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中繞轉(zhuǎn)軸OO′以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，軸OO′垂直于磁感線，制成一臺交流發(fā)電機，它與理想變壓器的原線圈連接，變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比為1∶2．二極管的正向電阻為零，反向電阻無窮大，從正方形線圈處于圖示位置開始計時，下列判斷正確的是(　　) A．交流發(fā)電機的感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式為e＝NBωL2sin ωt B．變壓器的輸入功率與輸出功率之比為2∶1 C．電壓表V示數(shù)為NBωL2 D．若將滑動變阻器的滑片向下滑動，電流表和電壓表示數(shù)均減小 解析：選C　從圖示位置開始計時，e＝Emcos ωt＝NBL2ωcos ωt，A錯誤；變壓器的輸入功率等于輸出功

22、率，B錯誤；副線圈兩端電壓的最大值為2NBL2ω，電壓表的示數(shù)是R兩端電壓的有效值，設(shè)為U，·＝·T，解得U＝NBL2ω，C正確；若將滑動變阻器的滑片向下移動，電壓表的示數(shù)不變，電流表的示數(shù)減小，D錯誤. 考點三 遠(yuǎn)距離輸電問題 分析思路及常見的“三個誤區(qū)” 1．分析思路：對高壓輸電問題，應(yīng)按“發(fā)電機→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”的順序一步一步進行分析． 2．三個誤區(qū)：(1)不能正確地利用公式P損＝2R計算輸電線上的損耗功率導(dǎo)致錯誤；(2)不能正確理解升壓變壓器的輸出電壓U2、降壓變壓器的輸入電壓 U3和輸電線上損失的電壓ΔU的關(guān)系

23、導(dǎo)致錯誤，三者關(guān)系是U2＝ΔU＋U3；(3)不能正確理解升壓變壓器的輸入功率P1、降壓變壓器的輸出功率P4和輸電線上損失的功率P損的關(guān)系導(dǎo)致錯誤，三者關(guān)系是P1＝P損＋P4． (2018·揚州中學(xué)高三質(zhì)量監(jiān)測)(多選)圖甲為遠(yuǎn)距離輸電示意圖，變壓器均為理想變壓器．升壓變壓器原副線圈匝數(shù)比為1∶100，其輸入電壓如圖乙所示，遠(yuǎn)距離輸電線的總電阻為1000 Ω.降壓變壓器右側(cè)部分為一火警報警系統(tǒng)原理圖，其中R1為一定值電阻，R2為用半導(dǎo)體熱敏材料制成的傳感器，當(dāng)溫度升高時其阻值變?。妷罕鞻顯示加在報警器上的電壓(報警器未畫出)．未出現(xiàn)火警時，升壓變壓器的輸入功率為750 kW.下列說法正確的

24、是(　　) A．降壓變壓器副線圈輸出的交流電頻率為50 Hz B．遠(yuǎn)距離輸電線路損耗功率為180 kW C．當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火警時，電壓表V的示數(shù)變大 D．當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火警時，輸電線上的電流變大 解析：選AD　由圖乙知交流電的周期0.02 s，所以頻率為50 Hz，A正確；由圖乙知升壓變壓器輸入端電壓有效值為250 V，根據(jù)電壓與匝數(shù)成正比知副線圈電壓為25000 V，所以輸電線中的電流為：I＝＝30 A，輸電線損失的電壓為：ΔU＝IR＝30×100 V＝3000 V，輸電線路損耗功率為：ΔP＝ΔUI＝90 kW，B錯誤；當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火警時其阻值減小，副

25、線圈兩端電壓不變，副線圈中電流增大，定值電阻的分壓增大，所以電壓表V的示數(shù)變?。瓹錯誤；由C知副線圈電流增大，根據(jù)電流與匝數(shù)成反比知輸電線上的電流變大，D正確． 解決本題的關(guān)鍵 (1)輸送功率與輸送電壓、電流的關(guān)系； (2)變壓器原副線圈的電壓比與匝數(shù)比的關(guān)系； (3)升壓變壓器輸出電壓、降壓變壓器輸入電壓、電壓損失之間的關(guān)系． (2018·太原市高三模擬)(多選)如圖所示，(a)是遠(yuǎn)距離輸電線路的示意圖．(b)是用戶得到的電壓隨時間變化的圖象，已知降壓變壓器的匝數(shù)比為10∶1，不考慮降壓變壓器與用戶間導(dǎo)線的電阻．則(　　) A．發(fā)電機輸出交變電流的頻率是50 Hz B

26、．升壓變壓器的輸出電壓為2200 V C．輸電線的電流只由降壓變壓器原副線圈的匝數(shù)比決定 D．當(dāng)用戶用電器的總電阻增大時，輸電線上損失的功率減小 解析：選AD　變壓器不會改變交流電的頻率，由圖b可知周期為T＝0.02 s，故頻率為f＝＝50 Hz，故A正確；在降壓變壓器中，根據(jù)＝可得U3＝2200 V，由于輸電線路上有電阻，故損失一部分電壓，故升壓變壓器輸送的電壓大于2200 V，故B錯誤；輸電線的電流由輸送的功率與電壓決定的，與降壓變壓器原副線圈的匝數(shù)比無關(guān)，故C錯誤；當(dāng)用戶用電器的總電阻增大時，用戶的功率減小，降壓變壓器的輸出功率減小，則輸入的功率減小，輸入的電流減小，輸電線上損失的功率減小，故D正確． 12