目錄
TOC \ "1-3" \h \u \l "_Tc16639" 一 講核心素養(yǎng) PAGEREF _Tc16639 \h 1
\l "_Tc27207" 二 講必備知識(shí) PAGEREF _Tc27207 \h 1
\l "_Tc12597" 【知識(shí)點(diǎn)一】理想變壓器基本規(guī)律的應(yīng)用 PAGEREF _Tc12597 \h 1
\l "_Tc23307" 【知識(shí)點(diǎn)二】理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題 PAGEREF _Tc23307 \h 3
\l "_Tc19669" 【知識(shí)點(diǎn)三】遠(yuǎn)距離輸電 PAGEREF _Tc19669 \h 6
\l "_Tc10241" 三．講關(guān)鍵能力 PAGEREF _Tc10241 \h 13
\l "_Tc18833" 【能力點(diǎn)一】會(huì)分析兩種特殊的變壓器模型 PAGEREF _Tc18833 \h 13
\l "_Tc15766" 【能力點(diǎn)二】會(huì)分析遠(yuǎn)距離輸電電路兩類動(dòng)態(tài)電路問(wèn)題 PAGEREF _Tc15766 \h 15
\l "_Tc16794" 類型1 發(fā)電功率一定的動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題 PAGEREF _Tc16794 \h 15
\l "_Tc5831" 類型2 發(fā)電電壓一定的動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題 PAGEREF _Tc5831 \h 16
一 講核心素養(yǎng)
物理觀念：變壓器、遠(yuǎn)距離輸電。
1.知道變壓器的工作原理，掌握變壓器的特點(diǎn)，并能分析、解決實(shí)際問(wèn)題.
2.理解遠(yuǎn)距離輸電的原理并會(huì)計(jì)算線路損失的電壓和功率.
科學(xué)思維：“動(dòng)態(tài)分析方法” “極值法”。
科學(xué)探究：傳感器的特性及使用。
科學(xué)態(tài)度：發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)、電能的輸送、生活中各種變壓器的應(yīng)用、傳感器的使用。
二 講必備知識(shí)
【知識(shí)點(diǎn)一】理想變壓器基本規(guī)律的應(yīng)用
理想變壓器以及原、副線圈基本量的關(guān)系
【例1】(2020·山東卷，5)圖甲中的理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2＝22∶3，輸入端a、b所接電壓u隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖乙所示。燈泡L的電阻恒為15 Ω，額定電壓為24 V。定值電阻R1＝10 Ω、R2＝5 Ω，滑動(dòng)變阻器R的最大阻值為10 Ω。為使燈泡正常工作，滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻應(yīng)調(diào)節(jié)為( )
A.1 Ω B.5 Ω
C.6 Ω D.8 Ω
【答案】 A
【解析】 由圖乙可知理想變壓器輸入電壓U1＝220 V，應(yīng)用理想變壓器變壓公式eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)＝eq \f(22,3)，可得副線圈輸出電壓U2＝30 V。燈泡正常工作時(shí)，燈泡兩端電壓為UL＝24 V，電流IL＝eq \f(UL,RL)＝1.6 A。設(shè)R1兩端電壓為U，由U2＝UL＋U，可得U＝6 V。由eq \f(U,R1)＋eq \f(U,R2＋R)＝IL，解得R＝1 Ω，選項(xiàng)A正確。
【素養(yǎng)升華】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是物理觀念和科學(xué)思維。
【技巧總結(jié)】關(guān)于理想變壓器的四點(diǎn)說(shuō)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。
【變式訓(xùn)練1】如圖所示，理想變壓器的原線圈接在u＝220eq \r(2)sin 100πt(V)的交流電源上，副線圈接有R＝55 Ω的負(fù)載電阻，原、副線圈匝數(shù)之比為2∶1，電流表、電壓表均為理想電表。下列說(shuō)法正確的是( )
A．原線圈的輸入功率為220eq \r(2) W
B．電流表的讀數(shù)為1 A
C．電壓表的讀數(shù)為110eq \r(2) V
D．副線圈輸出交流電的周期為50 s
【答案】B
【解析】理想變壓器原線圈兩端電壓的有效值為U1＝220 V，由eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)得U2＝eq \f(n2U1,n1)＝110 V，即電壓表的讀數(shù)為110 V，通過(guò)負(fù)載電阻的電流I2＝eq \f(U2,R)＝eq \f(110,55) A＝2 A，則副線圈的輸出功率P＝U2I2＝110×2 W＝220 W，原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率，為220 W，故選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤；由n1I1＝n2I2得I1＝eq \f(n2I2,n1)＝1 A，即電流表的讀數(shù)為1 A，選項(xiàng)B正確；由u＝220eq \r(2)sin 100πt(V)可知，角速度ω＝100π rad/s，原線圈所接交流電的周期T＝eq \f(2π,ω)＝0.02 s，副線圈輸出交流電的周期不變，仍為0.02 s，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
【變式訓(xùn)練2】．如圖所示的電路中，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2＝22∶5，電阻R1＝R2＝25 Ω，D為理想二極管，原線圈接u＝220eq \r(2)sin(100πt)V的交流電，則( )
A．交流電的頻率為100 Hz
B．通過(guò)R2的電流為1 A
C．通過(guò)R2的電流為eq \r(2) A
D．變壓器的輸入功率為200 W
【答案】C
【解析】由原線圈交流電瞬時(shí)值表達(dá)式可知，交變電流的頻率f＝eq \f(1,T)＝eq \f(ω,2π)＝50 Hz，A項(xiàng)錯(cuò)誤；由理想變壓器變壓規(guī)律eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)可知，輸出電壓U2＝50 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，eq \f(U\\al(2,2),R)·eq \f(T,2)＝eq \f(U2,R)·T，解得U＝eq \f(\r(2),2)U2＝25eq \r(2) V，由歐姆定律可知，通過(guò)R2的電流為eq \r(2) A，B項(xiàng)錯(cuò)誤，C項(xiàng)正確；電阻R2的功率P2＝UI＝50 W，而電阻R1的電功率P1＝eq \f(U\\al(2,2),R1)＝100 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P＝P1＋P2＝150 W，D項(xiàng)錯(cuò)誤。
【知識(shí)點(diǎn)二】理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題
1．理想變壓器的制約關(guān)系
2．兩種情況
【例2】 (2021·山東濟(jì)南市期末學(xué)習(xí)質(zhì)量評(píng)估)理想變壓器連接燈泡和滑動(dòng)變阻器的電路如圖10所示，M、N端連接一個(gè)穩(wěn)壓交流電源，三個(gè)相同燈泡L1、L2和L3接入電路中發(fā)光，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P向上移動(dòng)時(shí)，下列說(shuō)法正確的是( )
A.燈泡L1變亮，L2變暗 B.燈泡L1、L2都變亮
C.燈泡L2、L3都變亮 D.電源輸出功率減小
【答案】 B
【解析】 設(shè)M、N兩端穩(wěn)壓交流電源的電壓有效值為U，原線圈兩端的電壓為U1，電流為I1，副線圈兩端的電壓為U2，電流為I2，原副線圈的匝數(shù)比n1∶n2＝k，燈泡的電阻都為R，根據(jù)歐姆定律，可得副線圈兩端的電壓為U2＝I2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(R＋R并))，根據(jù)eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)＝k，得原線圈兩端的電壓為U1＝kU2＝kI2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(R＋R并))，根據(jù)eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)＝eq \f(1,k)，解得I1＝eq \f(1,k)I2，根據(jù)歐姆定律，可得L1兩端的電壓U1′＝I1R＝eq \f(I2R,k)，則穩(wěn)壓交流電源的電壓為U＝U1′＋U1＝I2eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(R,k)＋k\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(R＋R并))))，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P向上移動(dòng)時(shí)，其電阻減小，則R并電阻減小，所以總電阻減小，而穩(wěn)壓交流電源的電壓U不變，所以電流I2變大，則L2變亮；原線圈的電流I1＝eq \f(1,k)I2也增大，所以L1變亮，其兩端的電壓變大，所以原線圈兩端的電壓減小，則副線圈兩端的電壓減小，而L2的電壓變大，所以L3與滑動(dòng)變阻器并聯(lián)部分的電壓減小，所以L3變暗，B正確，A、C錯(cuò)誤；因?yàn)樵€圈的電流增大，穩(wěn)壓交流電源的電壓不變，根據(jù)P＝UI1，可知電源輸出功率增大，D錯(cuò)誤。
【素養(yǎng)升華】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是科學(xué)思維。
【技巧總結(jié)】含有變壓器的動(dòng)態(tài)電路問(wèn)題的解題思路
【變式訓(xùn)練1】(多選)(2021·臨沂市一模)如圖甲所示的電路中，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為20∶1，圖中電表均為理想電表，R為光敏電阻(其阻值隨光強(qiáng)增大而減小)，L1和L2是兩個(gè)完全相同的燈泡。原線圈接入如圖乙所示的正弦交流電壓u，下列說(shuō)法正確的是( )
甲 乙
A．交流電壓的頻率為50 Hz
B．電壓表的示數(shù)為11 V
C．當(dāng)照射R的光強(qiáng)增大時(shí)，電流表的示數(shù)變大
D．若L1的燈絲燒斷后，電壓表的示數(shù)會(huì)變小
【答案】ABC
【解析】由題圖乙可知交流電壓周期T＝0.02 s，所以頻率為f＝eq \f(1,T)＝50 Hz，故A正確；原線圈接入電壓的最大值是220eq \r(2) V，所以原線圈接入電壓的有效值是U＝220 V，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為20∶1，所以副線圈兩端電壓是11 V，所以電壓表的示數(shù)為11 V，故B正確；R阻值隨光強(qiáng)增大而減小，根據(jù)I＝eq \f(U,R)知副線圈電流增加，副線圈輸出功率增加，根據(jù)能量守恒定律，可知原線圈輸入功率也增加，原線圈電流增加，所以電流表的示數(shù)變大，故C正確；當(dāng)L1的燈絲燒斷后，變壓器的輸入電壓不變，根據(jù)變壓比公式，輸出電壓也不變，故電壓表讀數(shù)不變，故D錯(cuò)誤。
【變式訓(xùn)練2】(多選)(2021·寧夏石嘴山市4月模擬)如圖所示，理想變壓器T的原線圈接在電壓為U的交流電源兩端，P為滑動(dòng)變阻器的滑片，RT為熱敏電阻，其阻值隨溫度升高而減小，下列說(shuō)法正確的是( )
A.P向左滑動(dòng)時(shí)，變壓器的輸出電壓變大
B.若P向左滑動(dòng)時(shí)，RT阻值保持不變，則變壓器的輸入功率變大
C.若P保持不變，RT溫度升高時(shí)，則燈L變暗
D.RT溫度升高時(shí)，適當(dāng)向右滑動(dòng)P可能保持燈L亮度不變
【答案】 CD
【解析】 P向左滑動(dòng)時(shí)，變壓器原線圈電壓和原副線圈的匝數(shù)比均不變，輸出電壓不變，故A錯(cuò)誤；P向左滑動(dòng)時(shí)，則滑動(dòng)變阻器電阻變大，而RT阻值保持不變，所以副線圈回路總電阻增大，根據(jù)P＝eq \f(U2,R總)知變壓器的輸出功率減小，所以變壓器的輸入功率也變小，故B錯(cuò)誤；若P保持不變，RT溫度升高時(shí)，熱敏電阻的阻值減小，副線圈回路總電阻減小，總電流增大，滑動(dòng)變阻器的分壓增大，燈L兩端電壓減小，燈L變暗，故C正確；RT溫度升高時(shí)，熱敏電阻阻值減小，適當(dāng)向右滑動(dòng)P，可能使燈L分壓不變，從而保持燈的亮度不變，故D正確。
【知識(shí)點(diǎn)三】遠(yuǎn)距離輸電
遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題的“三二二”
1．理清三個(gè)回路
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eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)，P1＝P2.
(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eq \f(U3,U4)＝eq \f(n3,n4)，eq \f(I3,I4)＝eq \f(n4,n3)，P3＝P4.
3．掌握兩種損耗
(1)電壓損耗：輸電線上的電阻導(dǎo)致的電壓損耗，ΔU＝U2－U3＝I線R線．
(2)功率損耗：輸電線上的電阻發(fā)熱的功率損耗，ΔP＝P2－P3＝Ieq \\al(2,線)R線．輸電線上能量損耗是熱損耗，計(jì)算功率損耗時(shí)用公式ΔP＝Ieq \\al(2,線)R線或ΔP＝eq \f(ΔU2,R線).
【例3】(多選)(2021·廣西五市聯(lián)考)如圖為遠(yuǎn)距離輸電示意圖，發(fā)電機(jī)的輸出電壓U1和輸電線的電阻和理想變壓器匝數(shù)均不變，且n1∶n2＝ n4∶n3，當(dāng)用戶消耗的功率增大時(shí)，下列表述正確的是( )
A．用戶的總電阻增大
B．用戶端的電壓U4減小
C．U1∶U2＝ U4∶U3
D．用戶端增加的功率等于升壓變壓器多輸入的功率
【答案】BC
【解析】 U1∶U2＝n1∶n2，U4∶U3＝n4∶n3，又n1∶n2＝n4∶n3，所以U1∶U2＝U4∶U3，選項(xiàng)C正確；當(dāng)用戶消耗的功率增大時(shí)，用戶中電流一定增大，輸電線中電流一定增大，輸電線上損失的電壓增大，降壓變壓器輸入電壓減小，用戶兩端的電壓U4減小，選項(xiàng)B正確；當(dāng)用戶消耗的功率增大時(shí)，用戶中電流一定增大，根據(jù)歐姆定律，用戶的總電阻減小，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；用戶消耗的功率增大時(shí)，輸電線中電流增大，輸電線損失功率增大，用戶端增加的功率加上輸電線損失的功率等于升壓變壓器多輸入的功率，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．
【素養(yǎng)升華】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是科學(xué)思維。
【規(guī)律方法】遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題的解題技巧
(1)正確畫(huà)出輸電過(guò)程示意圖，并在圖上標(biāo)出各物理量．
(2)抓住變壓器變壓前、后各量間的關(guān)系，求出輸電線上的電流．
(3)計(jì)算輸電線上的功率損失時(shí)常用關(guān)系式：ΔP＝I2R＝(eq \f(P,U))2R.
(4)電網(wǎng)送電遵循“用多少送多少”的原則，說(shuō)明原線圈電流由副線圈電流決定．
【變式訓(xùn)練1】(多選)(2020·全國(guó)卷Ⅱ，19)特高壓輸電可使輸送中的電能損耗和電壓損失大幅降低。我國(guó)已成功掌握并實(shí)際應(yīng)用了特高壓輸電技術(shù)。假設(shè)從A處采用550 kV的超高壓向B處輸電，輸電線上損耗的電功率為ΔP，到達(dá)B處時(shí)電壓下降了ΔU。在保持A處輸送的電功率和輸電線電阻都不變的條件下，改用1 100 kV特高壓輸電，輸電線上損耗的電功率變?yōu)棣′，到達(dá)B處時(shí)電壓下降了ΔU′。不考慮其他因素的影響，則( )
A.ΔP′＝eq \f(1,4)ΔP B.ΔP′＝eq \f(1,2)ΔP
C.ΔU′＝eq \f(1,4)ΔU D.ΔU′＝eq \f(1,2)ΔU
【答案】 AD
【解析】 若采用550 kV的超高壓輸電，輸電線上的功率損耗ΔP＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(P,U)))eq \s\up12(2)r，輸電線路損失的電壓ΔU＝eq \f(P,U)r，若改用1 100 kV 的特高壓輸電，同理有ΔP′＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(P,U′)))eq \s\up12(2)r，ΔU′＝eq \f(P,U′)r，可得ΔP′＝eq \f(ΔP,4)，ΔU′＝eq \f(ΔU,2)，故B、C項(xiàng)錯(cuò)誤，A、D項(xiàng)正確。
【變式訓(xùn)練2】 (2021·1月江蘇新高考適應(yīng)性考試，7)小明分別按圖甲和乙電路探究遠(yuǎn)距離輸電的輸電損耗，將長(zhǎng)導(dǎo)線卷成相同的兩卷A、B來(lái)模擬輸電線路，忽略導(dǎo)線的自感作用。其中T1為理想升壓變壓器，T2為理想降壓變壓器，兩次實(shí)驗(yàn)中使用的燈泡相同，燈泡的電壓相等，兩次實(shí)驗(yàn)中( )
A.都接直流電源
B.A兩端的電壓相等
C.A損耗的功率相等
D.圖甲中A的電流較大
【答案】 D
【解析】 由于變壓器只能改變交變電流，因此題圖乙中不可能接直流電源，故A錯(cuò)誤；設(shè)燈泡的電壓為U0，電流為I0，A、B的阻值為R，則題圖甲電路中電流為I0，A兩端電壓為I0R，損耗的功率為Ieq \\al(2,0)R，題圖乙中降壓變壓器的匝數(shù)比為eq \f(n3,n4)>1，則流過(guò)A的電流I3＝eq \f(n4,n3)· I0

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