2019年高考物理一輪復(fù)習(xí)第十一章交變電流傳感器第2講變壓器電能的輸送學(xué)案.doc
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第2講 變壓器、電能的輸送 一、理想變壓器基本關(guān)系 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(gè)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(jí)線圈． (2)副線圈：與負(fù)載連接的線圈，也叫次級(jí)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(gè)副線圈時(shí)＝. 由P入＝P出及P＝UI推出有多個(gè)副線圈時(shí)，U1I1＝U2I2＋U3I3＋…＋UnIn. [深度思考] 請(qǐng)你根據(jù)以上分析總結(jié)理想變壓器原、副線圈功率、電壓和電流的決定關(guān)系． 答案 (1)電壓：副線圈電壓U2由原線圈電壓U1和匝數(shù)比決定． (2)功率：原線圈的輸入功率P1由副線圈的輸出功率P2決定． (3)電流：原線圈電流I1由副線圈電流I2和匝數(shù)比決定． 二、遠(yuǎn)距離輸電問題 1．減少輸電電能損失的兩種方法 (1)理論依據(jù)：P損＝I2R. (2)減小輸電線的電阻：根據(jù)電阻定律R＝ρ，要減小輸電線的電阻R，在保證輸電距離情況下，可采用減小材料的電阻率、增大導(dǎo)線的橫截面積等方法． (3)減小輸電導(dǎo)線中的電流：在輸電功率一定的情況下，根據(jù)P＝UI，要減小電流，必須提高電壓． 2．遠(yuǎn)距離高壓輸電的幾個(gè)基本關(guān)系(以圖2為例) 圖2 (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)輸電線上損耗的電功率：P損＝I線ΔU＝IR線＝()2R線． 當(dāng)輸送功率一定時(shí)，輸電電壓增大到原來的n倍，輸電線上損耗的功率就減小到原來的. [深度思考] 根據(jù)以上分析，請(qǐng)你總結(jié)輸電線路功率損失的計(jì)算方法有哪些？ 答案 (1)P損＝P－P′，P為輸送的功率，P′為用戶所得功率． (2)P損＝IR線，I線為輸電線路上的電流，R線為線路電阻． (3)P損＝，ΔU為輸電線路上損失的電壓，R線為線路電阻． (4)P損＝ΔUI線，ΔU為輸電線路上損失的電壓，I線為輸電線路上的電流． 1．判斷下列說法是否正確． (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(shí)，原線圈的輸入電流隨之增大．( √ ) (4)變壓器只對(duì)變化的電流起作用，對(duì)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(shí)，副線圈兩端無(wú)電壓．( ) 2．(人教版選修3－2P44第2題改編)有些機(jī)床為了安全，照明電燈用的電壓是36V，這個(gè)電壓是把380V的電壓降壓后得到的．如果變壓器的原線圈是1140匝，副線圈是( ) A．1081匝B．1800匝C．108匝D．8010匝 答案 C 解析 由題意知U1＝380V，U2＝36V，n1＝1140 則＝得n2＝n1＝108. 3．(人教版選修3－2P44第5題改編)如圖3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(dòng)變阻器．現(xiàn)將變阻器的滑片從一個(gè)位置滑動(dòng)到另一位置，觀察到電流表A1的示數(shù)增大了0.2A，電流表A2的示數(shù)增大了0.8A，則下列說法正確的是( ) 圖3 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的方向滑動(dòng) 答案 D 解析 電壓表V1的示數(shù)和a、b間電壓的有效值相同，滑片滑動(dòng)時(shí)V1示數(shù)不變，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；電壓表V2測(cè)量的電壓為副線圈兩端的電壓，原、副線圈匝數(shù)不變，輸入電壓不變，故V2示數(shù)不變，V3示數(shù)為V2示數(shù)減去R0兩端電壓，兩線圈中電流增大，易知R0兩端電壓升高，故V3示數(shù)減小，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；理想變壓器U1I1＝U2I2，則U1ΔI1＝U2ΔI2，ΔI2＞ΔI1，故U2＜U1，變壓器為降壓變壓器，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；因I2增大，故知R減小，變阻器滑片是沿c→d的方向滑動(dòng)，選項(xiàng)D正確． 4．(人教版選修3－2P50第3題改編)從發(fā)電站輸出的功率為220kW，輸電線的總電阻為0.05Ω，用110V和11kV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∶1B．1∶100C．1∶10D．10∶1 答案 A 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A. 命題點(diǎn)一 理想變壓器基本關(guān)系和動(dòng)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(shí)，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(dòng)態(tài)問題的分析流程 例1 (xx天津理綜5)如圖4所示，理想變壓器原線圈接在交流電源上，圖中各電表均為理想電表．下列說法正確的是( ) 圖4 A．當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)時(shí)，R1消耗的功率變大 B．當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)時(shí)，電壓表V示數(shù)變大 C．當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)時(shí)，電流表A1示數(shù)變大 D．若閉合開關(guān)S，則電流表A1示數(shù)變大，A2示數(shù)變大 答案 B 解析 當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)時(shí)，接入電路的阻值變大，變壓器副線圈兩端電壓不變，副線圈中的電流減小，則R1消耗的功率及其兩端電壓均變小，故電壓表的示數(shù)變大，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)時(shí)，副線圈中的電流減小，則原線圈中的電流也減小，電流表A1示數(shù)變小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；若閉合開關(guān)S，副線圈電路中總電阻減小，副線圈中的電流變大，R1兩端電壓變大，R2兩端電壓減小，電流表A2示數(shù)減?。辉€圈中的電流也變大，電流表A1示數(shù)變大，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 例2 (xx全國(guó)Ⅰ卷16)一含有理想變壓器的電路如圖5所示，圖中電阻R1、R2和R3的阻值分別為3Ω、1Ω和4Ω，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(shí)，電流表的示數(shù)為I；當(dāng)S閉合時(shí)，電流表的示數(shù)為4I.該變壓器原、副線圈匝數(shù)比為( ) 圖5 A．2B．3C．4D．5 答案 B 解析 開關(guān)斷開時(shí)，電路如圖甲所示，原、副線圈的電流比＝，通過R2的電流I2＝，副線圈的輸出電壓U2＝I2(R2＋R3)＝，由＝可得原線圈兩端的電壓U1＝5I2，則U＝U1＋I(xiàn)R1＝5I2＋3I；開關(guān)閉合時(shí)，電路如圖乙所示，原、副線圈的電流比＝，通過R2的電流I2′＝，副線圈的輸出電壓U2′＝I2′R2＝，由＝可得原線圈兩端的電壓U1′＝4I2，則U＝U1′＋4IR1＝4I2＋12I，聯(lián)立解得＝3，選項(xiàng)B正確． 甲 乙 1．關(guān)于理想變壓器的四點(diǎn)說明 (1)變壓器不能改變直流電壓． (2)變壓器只能改變交變電流的電壓和電流，不能改變交變電流的頻率． (3)理想變壓器本身不消耗能量． (4)理想變壓器基本關(guān)系中的U1、U2、I1、I2均為有效值． 2．變壓器與電路動(dòng)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(diǎn)進(jìn)行分析判定． 1．如圖6所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2＝2∶1，和均為理想電表，燈泡電阻RL＝6Ω，AB端電壓u1＝12sin100πt(V)．下列說法正確的是( ) 圖6 A．電流頻率為100Hz B.的讀數(shù)為24V C.的讀數(shù)為0.5A D．變壓器輸入功率為6W 答案 D 解析 由ω＝100π＝2πf得f＝50Hz，A錯(cuò)；由題知：Um1＝12V，則有效值U1＝＝12V．由＝得U2＝6V，I2＝＝1A，B、C錯(cuò)；由能量守恒得P1＝P2＝U2I2＝6W，D對(duì)． 2．一自耦變壓器如圖7所示，環(huán)形鐵芯上只繞有一個(gè)線圈，將其接在a、b間作為原線圈．通過滑動(dòng)觸頭取該線圈的一部分，接在c、d間作為副線圈，在a、b間輸入電壓為U1的交變電流時(shí)，c、d間的輸出電壓為U2，在將滑動(dòng)觸頭從M點(diǎn)順時(shí)針轉(zhuǎn)到N點(diǎn)的過程中( ) 圖7 A．U2>U1，U2降低 B．U2>U1，U2升高 C．U2下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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- 2019 年高 物理 一輪 復(fù)習(xí) 第十一 章交變 電流傳感器 變壓器 電能 輸送
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