（江蘇專(zhuān)版）2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十章 第2節(jié) 變壓器 電能的輸送講義（含解析）

（江蘇專(zhuān)版）2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十章 第2節(jié) 變壓器 電能的輸送講義（含解析）(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(kāi)時(shí)，副線圈兩端無(wú)電壓。(×)(4)變壓器副線圈并聯(lián)更多的用電器時(shí)，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(guò)程中的電能損失。 ()(6)高壓輸電是通過(guò)減小輸電電流來(lái)減少電路的發(fā)熱損耗。()(7)在輸送電壓一定時(shí)，輸送的電功率越大，輸電過(guò)程中的電能損失越大。()突破點(diǎn)(一)理想變壓器1變壓器的工作原理2理想變壓器的基本關(guān)系基本關(guān)系功率關(guān)系P入P出電壓關(guān)系原、副線圈的電壓比等于匝數(shù)比：電流關(guān)系只有一個(gè)副線圈時(shí)，電流和匝數(shù)成反比：頻率關(guān)系原、副線圈中電流的頻率相等制約關(guān)系電壓原線圈電壓U1和匝數(shù)比決定副線圈電壓U2功率副線圈的輸出功率P出決定原線圈的輸入功率P入電流副線圈電流I2和匝數(shù)比決定原線圈電流I1題點(diǎn)全練1(2019·南京、鹽城一模)變壓器線圈中的電流越大，所用的導(dǎo)線應(yīng)當(dāng)越粗。如圖所示，是降壓變壓器，假設(shè)它只有一個(gè)原線圈和一個(gè)副線圈，匝數(shù)分別為n1和n2。下列說(shuō)法正確的是()An1>n2，原線圈比副線圈的導(dǎo)線粗Bn1>n2，原線圈比副線圈的導(dǎo)線細(xì)Cn1<n2，原線圈比副線圈的導(dǎo)線粗Dn1<n2，原線圈比副線圈的導(dǎo)線細(xì)解析：選B由于是降壓變壓器，所以原線圈匝數(shù)要比副線圈匝數(shù)多，即n1>n2，故C、D錯(cuò)誤，輸入功率等于輸出功率，所以副線圈的電流大于原線圈的電流，則較粗導(dǎo)線的線圈應(yīng)該作為副線圈，故B正確，A錯(cuò)誤。2.多選(2019·蘇州一模)如圖所示的電路中，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1n241，電阻R25 ，C為電容器。原線圈接u1200sin(100t)V的交流電。則()A該交流電的頻率為50 HzB交流電流表的讀數(shù)為0C電阻R的功率為200 WD電容器的耐壓值應(yīng)大于50 V解析：選AD由2f可知該交流電的頻率為f50 Hz，故A正確；電容器通交流隔直流，則交流電流表的讀數(shù)不為0，故B錯(cuò)誤；由可知，副線圈的電壓為U250 V，電阻R的功率為P100 W，故C錯(cuò)誤；由于副線圈的電壓有效值為50 V，最大值為50 V，所以電容器的耐壓值應(yīng)大于50 V，故D正確。突破點(diǎn)(二)理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析常見(jiàn)的理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題一般有兩種：匝數(shù)比不變的情況和負(fù)載電阻不變的情況。匝數(shù)比不變的情況負(fù)載電阻不變的情況(1)U1不變，根據(jù)，輸入電壓U1決定輸出電壓U2，可以得出不論負(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，根據(jù)輸出電流I2決定輸入電流I1，可以判斷I1的變化。(3)I2變化引起P2變化，根據(jù)P1P2，可以判斷P1的變化。(1)U1不變，發(fā)生變化，U2變化。(2)R不變，U2變化，I2發(fā)生變化。(3)根據(jù)P2和P1P2，可以判斷P2變化時(shí)，P1發(fā)生變化，U1不變時(shí)，I1發(fā)生變化。典例(2016·天津高考)如圖所示，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(shuō)法正確的是()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(kāi)關(guān)S，則電流表A1示數(shù)變大，A2示數(shù)變大思路點(diǎn)撥解答本題時(shí)應(yīng)從以下三點(diǎn)進(jìn)行分析：(1)變壓器中次級(jí)線圈電流決定初級(jí)線圈電流。(2)變壓器中次級(jí)線圈功率決定初級(jí)線圈功率。(3)變壓器中初級(jí)線圈電壓決定次級(jí)線圈電壓。解析當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)變阻器連入電路的電阻R變大，則副線圈所在電路的總電阻R總變大，因原、副線圈兩端的電壓U1、U2不變，則通過(guò)R1的電流I2變小，R1消耗的功率PR1I22R1變小，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；R1兩端的電壓UR1I2R1變小，則電壓表V的示數(shù)UVU2UR1變大，選項(xiàng)B正確；因通過(guò)原、副線圈的電流關(guān)系，I2變小，則I1變小，即電流表A1的示數(shù)變小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；若閉合開(kāi)關(guān)S，則副線圈所在電路的總電阻R總變小，通過(guò)副線圈的電流I2變大，則通過(guò)原線圈的電流I1變大，電流表A1的示數(shù)變大，R1兩端的電壓UR1I2R1變大，則R2兩端的電壓UR2U2UR1變小，電流表A2的示數(shù)變小，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案B集訓(xùn)沖關(guān)1.多選如圖所示，M是一個(gè)小型理想變壓器，原、副線圈匝數(shù)之比n1n2101，接線柱a、b接上一個(gè)正弦交變電源，電壓u220sin(100t)V。變壓器右側(cè)部分為一火警報(bào)警系統(tǒng)原理圖，其中R2為用半導(dǎo)體熱敏材料(電阻隨溫度升高而減小)制成的傳感器，R1為一定值電阻。下列說(shuō)法中正確的是()A電壓表V示數(shù)為22 VB當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火警時(shí)，電壓表V的示數(shù)減小C當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火警時(shí)，電流表A的示數(shù)減小D當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火警時(shí)，電阻R1的功率變大解析：選BD由題意可知，輸入的電壓為220 V，變壓器的電壓與匝數(shù)成正比，由此可得副線圈的電壓為22 V，電壓表測(cè)的是半導(dǎo)體熱敏材料的電壓，R1和R2的總電壓為22 V，所以電壓表的示數(shù)小于22 V，故A錯(cuò)誤；當(dāng)出現(xiàn)火警時(shí)，溫度升高，電阻R2減小，副線圈的電流變大，所以R1的電壓增大，由于副線圈的總電壓不變，所以R2的電壓減小，故B正確；由B分析可知，副線圈的電阻減小，副線圈的電流變大，所以原線圈的電流也就要增大，故C錯(cuò)誤；由B分析可知，副線圈的電阻減小，副線圈的電流變大，由于R1的電阻不變，由PI2R1可知，電阻R1的功率變大，故D正確。2.多選(2019·南通一模)如圖所示，理想變壓器原線圈接電壓為220 V的正弦交流電，開(kāi)關(guān)S接1時(shí)，原副線圈的匝數(shù)比為111，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為10 ，電壓表和電流表均為理想電表。下列說(shuō)法正確的是()A變壓器輸入功率與輸出功率之比為11B1 min內(nèi)滑動(dòng)變阻器產(chǎn)生的熱量為40 JC僅將S從1撥到2，電流表示數(shù)減小D僅將滑動(dòng)變阻器的滑片向下滑動(dòng)，兩電表示數(shù)均減小解析：選AC根據(jù)理想變壓器的特點(diǎn)可知，變壓器的輸入功率與輸出功率之比為11，故A正確；原、副線圈的電壓與匝數(shù)成正比，所以副線圈兩端電壓為U2U1×220 V20 V，則1 min內(nèi)滑動(dòng)變阻器產(chǎn)生的熱量為Qt×60 J2 400 J，故B錯(cuò)誤；若只將S從1撥到2，副線圈的電壓減小，副線圈電流減小，原線圈電流即電流表示數(shù)減小，故C正確；將滑動(dòng)變阻器滑片向下滑動(dòng)，接入電路中的阻值變大，副線圈電流減小，原線圈電流即電流表的示數(shù)減小，但對(duì)原、副線圈兩端的電壓無(wú)影響，即電壓表的讀數(shù)不變，故D錯(cuò)誤。突破點(diǎn)(三)遠(yuǎn)距離輸電1理清三個(gè)回路在回路2中，U2UU3，I2I線I3。2抓住兩個(gè)聯(lián)系(1)理想的升壓變壓器聯(lián)系著回路1和回路2，由變壓器原理可得：線圈1(匝數(shù)為n1)和線圈2(匝數(shù)為n2)中各個(gè)量間的關(guān)系是，P1P2。(2)理想的降壓變壓器聯(lián)系著回路2和回路3，由變壓器原理可得：線圈3(匝數(shù)為n3)和線圈4(匝數(shù)為n4)中各個(gè)量間的關(guān)系是，P3P4。3掌握一個(gè)守恒能量守恒關(guān)系式P1P損P4。遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題的“三 二 一”典例如圖為遠(yuǎn)距離輸電示意圖，兩變壓器均為理想變壓器，升壓變壓器T的原、副線圈匝數(shù)分別為n1、n2，在T的原線圈兩端接入一電壓uUmsin t的交流電源，若輸送電功率為P，輸電線的總電阻為2r，不考慮其他因素的影響，則輸電線上損失的電功率為()A.B.C422r D422r解析升壓變壓器T的原線圈兩端電壓的有效值為U1；由變壓關(guān)系可得，則U2；因?yàn)檩斔碗姽β蕿镻，輸電線中的電流為I2，則輸電線上損失的電功率為PI22(2r)，故選項(xiàng)C正確。答案C方法規(guī)律輸電線路功率損失的計(jì)算方法P損P1P4P1為輸送的功率，P4為用戶得到的功率P損I線2R線I線為輸電線路上的電流，R線為線路電阻P損U為輸電線路上損失的電壓，不要與U2、U3相混P損U·I線注意：U不要錯(cuò)代入U(xiǎn)2或U3集訓(xùn)沖關(guān)1(2019·蘇州模擬)發(fā)電廠的輸出電壓為U1，發(fā)電廠至用戶間輸電導(dǎo)線的總電阻為R，通過(guò)導(dǎo)線的電流為I，用戶得到的電壓為U2。下列輸電導(dǎo)線上損耗功率的表達(dá)式中錯(cuò)誤的是()A(U1U2)IBI2RC. D.解析：選C發(fā)電廠的輸出電壓為U1，用戶得到的電壓為U2，則輸電線上的電壓損失UU1U2，輸電線上損失的功率為P損UII(U1U2)或P損，則A、D正確；因?yàn)檩旊娋€上的電流為I，則輸電線上損失的功率P損I2R，故B正確，C錯(cuò)誤。2多選(2018·宿遷期末)如圖甲所示，在遠(yuǎn)距離輸電電路中，升壓、降壓變壓器均為理想變壓器，電表均為理想電表，發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)線圈匝數(shù)為100匝，線圈的磁通量隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖乙所示。則()A原線圈中電壓表示數(shù)為500 VB用戶端交流電的頻率是50 HzC當(dāng)用戶端的負(fù)載電阻增大時(shí)，原線圈中電流表示數(shù)增大D當(dāng)用戶端的負(fù)載電阻增大時(shí)，輸電線上損失的功率減小解析：選BD發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)的最大值為Emnm100××102× V500 V，原線圈中電壓表示數(shù)等于發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)的有效值 V，故A錯(cuò)誤；由線圈的磁通量隨時(shí)間變化的關(guān)系圖，可知周期T0.02 s，頻率f50 Hz，故B正確；當(dāng)用戶端的負(fù)載電阻增大時(shí)，用戶端的功率減小，降壓變壓器的輸入功率減小，輸電線上的電流減小，則輸電線上損失的功率減小，用戶端功率減小，則升壓變壓器原線圈輸入功率減小，原線圈電流減小，故C錯(cuò)誤，D正確。突破點(diǎn)(四)兩種特殊的變壓器模型一自耦變壓器高中物理中研究的變壓器本身就是一種忽略了能量損失的理想模型，自耦變壓器(又稱調(diào)壓器)，它只有一個(gè)線圈，其中的一部分作為另一個(gè)線圈，當(dāng)交流電源接不同的端點(diǎn)時(shí)，它可以升壓也可以降壓，變壓器的基本關(guān)系對(duì)自耦變壓器均適用，如圖所示。例1(2016·江蘇高考)一自耦變壓器如圖所示，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(guò)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)針旋轉(zhuǎn)到N點(diǎn)的過(guò)程中()AU2U1，U2降低BU2U1，U2升高CU2U1，U2降低 DU2U1，U2升高解析a、b間原線圈的匝數(shù)大于c、d間副線圈的匝數(shù)，在滑動(dòng)觸頭由M點(diǎn)移動(dòng)到N點(diǎn)的過(guò)程中，副線圈的匝數(shù)進(jìn)一步減小，由變壓器工作原理知，U2U1，且U2降低，選項(xiàng)C正確。答案C模型二互感器分為電壓互感器和電流互感器，比較如下：電壓互感器電流互感器原理圖原線圈的連接并聯(lián)在高壓電路中串聯(lián)在交流電路中副線圈的連接連接電壓表連接電流表互感器的作用將高電壓變?yōu)榈碗妷簩⒋箅娏髯兂尚‰娏骼玫墓絀1n1I2n2例2(2019·合肥六校聯(lián)考)如圖所示，L1和L2是不計(jì)電阻的輸電線，甲是電壓互感器，乙是電流互感器。若已知甲的變壓比為5001，乙的變流比為2001，并且已知加在電壓表兩端的電壓為220 V，通過(guò)電流表的電流為5 A，則輸電線的輸送功率為()A1.1×108 W B1.1×106 WC1.1×104 W D1.1×102 W解析已知變壓比為5001，電壓表示數(shù)為220 V，故傳輸電壓為：U220×500 V1.1×105 V；已知變流比為2001，電流表示數(shù)為5 A，故傳輸電流為：I5×200 A1 000 A；故輸送功率為：PUI1.1×105 V×1 000 A1.1×108 W，故選項(xiàng)A正確。答案A例3鉗形電流測(cè)量?jī)x的結(jié)構(gòu)圖如圖所示，其鐵芯在捏緊扳手時(shí)會(huì)張開(kāi)，可以在不切斷被測(cè)載流導(dǎo)線的情況下，通過(guò)內(nèi)置線圈中的電流值I和匝數(shù)n獲知載流導(dǎo)線中的電流大小I0，則關(guān)于該鉗形電流測(cè)量?jī)x的說(shuō)法正確的是()A該測(cè)量?jī)x可測(cè)量直流電的電流B載流導(dǎo)線中電流大小I0C若鉗形部分鐵芯沒(méi)有完全閉合，測(cè)量出的電流將小于實(shí)際電流D若將載流導(dǎo)線在鐵芯上多繞幾匝，鉗形電流測(cè)量?jī)x的示數(shù)將變小解析鉗形電流測(cè)量?jī)x實(shí)質(zhì)上是一個(gè)升壓變壓器，只能測(cè)量交流電的電流，故A錯(cuò)誤；根據(jù)，得載流導(dǎo)線中電流大小I0nI，故B錯(cuò)誤；若鉗形部分鐵芯沒(méi)有完全閉合，載流導(dǎo)線中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)減弱，磁通量變化率減小，在內(nèi)置線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)減小，感應(yīng)電流減小，則測(cè)量出的電流將小于實(shí)際電流，故C正確；根據(jù)n1I1n2I2，知若將載流導(dǎo)線在鐵芯上多繞幾匝，即n1變大，I1、n2不變，I2I1，I2變大，D錯(cuò)誤。答案C含二極管的變壓器問(wèn)題在理想變壓器問(wèn)題中，偶爾在副線圈的電路中存在二極管，該類(lèi)問(wèn)題在高考中也時(shí)有出現(xiàn)，應(yīng)加以重視。1多選(2018·江陰模擬)一臺(tái)理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比是51，原線圈接入電壓為220 V的正弦交流電，一只理想二極管和一個(gè)滑動(dòng)變阻器R串聯(lián)接在副線圈上，如圖所示。電壓表和電流表均為理想交流電表，則下列說(shuō)法正確的是()A原、副線圈電流之比為15B電壓表的讀數(shù)小于44 VC若滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為20 ，則1 min內(nèi)產(chǎn)生的熱量為2 904 JD若將滑動(dòng)變阻器滑片向上滑動(dòng)，兩電表讀數(shù)均減小解析：選ABC原線圈接入電壓為220 V的正弦交流電，原、副線圈的匝數(shù)比是51，則副線圈電壓為44 V，原、副線圈中的電流與匝數(shù)成反比，所以電流之比為15，由于副線圈接著二極管，它具有單向?qū)щ娦?，而電表均是交流電的有效值，電壓表的讀數(shù)小于44 V，故A、B正確；原、副線圈的電壓與匝數(shù)成正比，所以副線圈兩端電壓為44 V，但二極管具有單向?qū)щ娦?，根?jù)有效值的定義有××T，從而求得電壓表兩端電壓有效值為U有效22 V，則1 min內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q×T2 904 J，故C正確；將滑動(dòng)變阻器滑片向上滑動(dòng)，接入電路中的阻值變小，但對(duì)原、副線圈兩端的電壓無(wú)影響，即電壓表的讀數(shù)不變，電流表的讀數(shù)變大，所以D錯(cuò)誤。2(2018·淮安聯(lián)考)如圖所示的電路中，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1n2225，電阻R1R225 ，D為理想二極管，原線圈接u220sin 100t(V)的交流電，則()A交流電的頻率為100 HzB通過(guò)R2的電流為1 AC通過(guò)R2的電流為 AD變壓器的輸入功率為200 W解析：選C由原線圈交流電瞬時(shí)值表達(dá)式可知，交變電流的頻率f50 Hz，A項(xiàng)錯(cuò)；由理想變壓器變壓規(guī)律可知，輸出電壓U250 V，由理想二極管單向?qū)щ娦钥芍?，交變電流每個(gè)周期只有一半時(shí)間有電流通過(guò)R2，由交變電流的熱效應(yīng)可知，··TUU225 V，由歐姆定律可知，通過(guò)R2的電流為 A，B項(xiàng)錯(cuò)，C項(xiàng)正確；其功率P2UI50 W，而電阻R1的電功率P1100 W，由理想變壓器輸入功率等于輸出功率可知，變壓器的輸入功率為PP1P2150 W，D項(xiàng)錯(cuò)。把握三點(diǎn)，解決該類(lèi)問(wèn)題(1)二極管具有單向?qū)щ娦裕赫驅(qū)?，反向截止?2)先假設(shè)二極管不存在，分析副線圈的電流，再利用二極管的單向?qū)щ娦詫?duì)副線圈的電流進(jìn)行修正。(3)結(jié)合能量守恒定律進(jìn)行分析。