江蘇版高考物理一輪復(fù)習(xí)第11章第2節(jié)變壓器電能的輸送課件

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一、理想變壓器1．構(gòu)造如圖所示，變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的____________組成的。
(1)原線圈：與交流電源連接的線圈，也叫______線圈。(2)副線圈：與負(fù)載連接的線圈，也叫______線圈。
2．原理電流磁效應(yīng)、____________。3．理想變壓器原、副線圈基本量的關(guān)系
4.幾種常用的變壓器(1)自耦變壓器——調(diào)壓變壓器，如圖甲(降壓作用)、乙(升壓作用)所示。 甲　　　　　　　　　　乙
二、電能的輸送如圖所示，若發(fā)電站輸出電功率為P，輸出電壓為U，用戶得到的電功率為P′，用戶的電壓為U′，輸電線總電阻為R。
2．電壓損失(1)ΔU＝U－U′。(2)ΔU＝______。3．功率損失(1)ΔP＝P－P′。
4．減少輸電線上電能損失的方法(1)減小輸電線的電阻R。由R＝ρ知，可加大導(dǎo)線的____________、采用____________的材料做導(dǎo)線。(2)減小輸電線中的電流。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_(dá)___________。
一、易錯(cuò)易誤辨析(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)變壓器能改變交變電流的電壓，不能改變交變電流的頻率。(　　) (2)正常工作的變壓器當(dāng)副線圈與用電器斷開時(shí)，副線圈兩端無電壓。(　　)(3)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。(　　)
(4)增大輸電導(dǎo)線的橫截面積不利于減少輸電過程中的電能損失。(　　)(5)高壓輸電是通過減小輸電電流來減少電路的發(fā)熱損耗。(　　)(6)在輸送電壓一定時(shí)，輸送的電功率越大，輸電過程中的電能損失越大。(　　)
二、教材習(xí)題衍生1．(理想變壓器基本規(guī)律)(2020·江蘇卷)電流互感器是一種測(cè)量電路中電流的變壓器，工作原理如圖所示。其原線圈匝數(shù)較少，串聯(lián)在電路中，副線圈匝數(shù)較多，兩端接在電流表上。則電流互感器(　　)A．是一種降壓變壓器B．能測(cè)量直流電路的電流C．原、副線圈電流的頻率不同D．副線圈的電流小于原線圈的電流
2．(遠(yuǎn)距離輸電)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∶100C．1∶10 D．10∶1
3．(理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析問題)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(dòng)變阻器?，F(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0.2 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的方向滑動(dòng)[答案]　D
1．分析原線圈有串聯(lián)負(fù)載的變壓器電路問題時(shí)要注意變壓器的輸入電壓不等于電源的電壓，而是等于電源電壓減去串聯(lián)負(fù)載的電壓，即：U1＝U源－U串。2．分析含有二極管的變壓器電路問題時(shí)要注意理想二極管單向?qū)щ娦裕瑢?duì)交變電流的影響，及對(duì)應(yīng)有效值的變化。
考點(diǎn)1　理想變壓器基本規(guī)律的應(yīng)用
3．理想變壓器的各量的制約關(guān)系
[跟進(jìn)訓(xùn)練]1．(理想變壓器工作原理)(2019·江蘇卷)某理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比為1∶10，當(dāng)輸入電壓增加20 V時(shí)，輸出電壓(　　)A．降低2 V B．增加2 VC．降低200 V D．增加200 V
2．(原線圈中并聯(lián)電阻)如圖所示，理想變壓器原副線圈的匝數(shù)比為2∶1，電阻R1＝R2＝10 Ω，電流表和電壓表均為理想交流電表。若電流表A的示數(shù)為0.5 A，則電壓表V的示數(shù)為(　　)A．2 V B．2.5 V C．4 V D．10 V
3．(原線圈中串聯(lián)電阻)(2023·南京金陵中學(xué)期末考試)在圖(a)所示的交流電路中，電源電壓的有效值為220 V，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10∶1，R1、R2、R3均為固定電阻，R2＝10 Ω，R3＝20 Ω，各電表均為理想電表。已知電阻R2中電流i2隨時(shí)間t變化的正弦曲線如圖(b)所示。下列說法正確的是(　　)圖(a)　　　　　　　圖(b)　　
A．所用交流電的頻率為100 Hz B．電壓表的示數(shù)為100 VC．電流表的示數(shù)為1.0 AD．變壓器傳輸?shù)碾姽β蕿?5.0 W
4．(含二極管的變壓器問題)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＝220sin(100πt)V 的交流電，則(　　)A．交流電的頻率為100 HzB．通過R2的電流為1 A
(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。
1．理想變壓器的制約關(guān)系
考點(diǎn)2　理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析問題
[典例]　一自耦變壓器如圖所示，其a、b端接到一電壓有效值不變的交變電源兩端，在c、d間接有一定值電阻R1和滑動(dòng)變阻器R0。電壓表均可視為理想交流電壓表，輸電導(dǎo)線的電阻均可忽略不計(jì)。則下列說法正確的是(　　)
A．保持變壓器滑動(dòng)觸頭位置不變，將滑動(dòng)變阻器滑片P下滑時(shí)，三個(gè)電壓表的示數(shù)均減小B．保持變壓器滑動(dòng)觸頭位置不變，將滑動(dòng)變阻器滑片P下滑時(shí)，V1、V2的示數(shù)不變，而V3的示數(shù)減小C．保持滑動(dòng)變阻器滑片P不動(dòng)時(shí)，將變壓器滑動(dòng)觸頭從M點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到N點(diǎn)的過程中，三個(gè)電壓表的示數(shù)均減小D．保持滑動(dòng)變阻器滑片P不動(dòng)時(shí)，將變壓器滑動(dòng)觸頭從M點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到N點(diǎn)的過程中，V1、V2示數(shù)均減小，V3的示數(shù)增大
思路點(diǎn)撥：本題中變壓器為自耦變壓器，分析時(shí)要注意區(qū)分原線圈和副線圈，分清不變量和變量，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，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。
B　[滑動(dòng)觸頭位置保持不變時(shí)，變壓器原、副線圈的匝數(shù)比不變，因電源的電壓不變，所以V1、V2的示數(shù)不變，R1與R0串聯(lián)分得的總電壓不變；當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑片P下滑時(shí)，R0接入電路的阻值變小，分得的電壓減小，所以V3的示數(shù)減小，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確；保持滑動(dòng)變阻器滑片P不動(dòng)時(shí)，將滑動(dòng)觸頭從M點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到N點(diǎn)的過程中，副線圈的匝數(shù)變小，由U1∶U2＝n1∶n2可知，V2、V3的示數(shù)均減小，V1的示數(shù)不變，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。]
[跟進(jìn)訓(xùn)練]?1.有一理想變壓器，副線圈所接電路如圖所示，燈L1、L2為規(guī)格相同的兩只小燈泡。當(dāng)S斷開時(shí)，燈L1正常發(fā)光。S閉合后，下列說法正確的是(　　)A．電阻R消耗的電功率增大B．燈L1、L2都能正常發(fā)光C．原線圈的輸入功率減小D．原、副線圈的電流比減小
2．(2023·泰州模擬)如圖(a)所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為n1∶n2＝1∶5。定值電阻R1的阻值為10 Ω，滑動(dòng)變阻器R2的最大阻值為50 Ω，定值電阻R3的阻值為10 Ω，圖中電表均為理想電表，原線圈輸入如圖(b)所示的交變電流，其有效值不隨負(fù)載變化。當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值由50 Ω減小到0的過程中(　　)圖(a)　　　　　　　圖(b)
A．電流表的示數(shù)為5 AB．通過R2的電流減小C．電壓表的示數(shù)增大D．R2和R3的總電功率先增大后減小
3.如圖所示，電路中的變壓器為理想變壓器，S為單刀雙擲開關(guān)，U1為加在原線圈兩端的交變電壓，I1、I2分別為原、副線圈中的電流。下列說法中正確的是(　　)
A．保持U1不變，S由b切換到a，則R上消耗的功率減小B．保持U1不變，S由a切換到b，則I2增大C．保持U1不變，S由b切換到a，則I1增大D．保持U1不變，S由a切換到b，則變壓器的輸入功率增大
C　[保持U1不變，S由b切換到a時(shí)，副線圈匝數(shù)增多，則輸出電壓U2增大，電流I2增大，R消耗的功率增大，由變壓器功率關(guān)系可知，其輸入功率也增大，故I1增大；S由a切換到b時(shí)，副線圈匝數(shù)減少，則輸出電壓U2減小，輸出電流I2減小，所以根據(jù)P2＝I2U2，P2減??；又因P1＝P2，所以變壓器輸入功率減小。由以上分析可知，正確選項(xiàng)為C。]
4．(2023·錫山模擬)如圖，理想變壓器原、副線圈總匝數(shù)相同，滑動(dòng)觸頭P1初始位置在副線圈正中間，輸入端接入電壓有效值恒定的交變電源。定值電阻R1的阻值為R，滑動(dòng)變阻器R2的最大阻值為9R，滑片P2初始位置在最右端。理想電壓表 的示數(shù)為U，理想電流表 的示數(shù)為I。下列說法正確的是(　　)
A．保持P1位置不變，P2向左緩慢滑動(dòng)的過程中，I減小，U不變B．保持P1位置不變，P2向左緩慢滑動(dòng)的過程中，R1消耗的功率增大C．保持P2位置不變，P1向下緩慢滑動(dòng)的過程中，I減小，U增大D．保持P2位置不變，P1向下緩慢滑動(dòng)的過程中，R1消耗的功率減小
保持P1位置不變，P2向左緩慢滑動(dòng)的過程中，即原、副線圈的匝數(shù)比保持不變，R2接入電路的阻值減小，則由上述分析可知，原線圈位置的等效電阻保持不變，因?yàn)榛瑒?dòng)變阻器的電阻變小，則電流I變大，U變小，而R1消耗的功率增大，故A錯(cuò)誤，B正確；保持P2位置不變，P1向下緩慢滑動(dòng)的過程中，n2減小，等效電阻增大，電流I減小，則電壓表的示數(shù)減小，故C錯(cuò)誤；滑動(dòng)觸頭P1初始位
1．理清三個(gè)回路遠(yuǎn)距離輸電電網(wǎng)間的基本結(jié)構(gòu)如圖所示。輸電過程的電路被劃分為三個(gè)獨(dú)立的回路，即電源回路、輸送回路和用戶回路。在每個(gè)回路中，變壓器的原線圈是回路的用電器，而相應(yīng)的副線圈是下一個(gè)回路的電源，每個(gè)回路均可應(yīng)用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路的規(guī)律，而變壓器的電壓、電流、功率關(guān)系則是聯(lián)系不同回路的橋梁。
3．掌握一個(gè)能量守恒定律發(fā)電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，并通過導(dǎo)線將能量輸送給線圈1，線圈1上的能量就是遠(yuǎn)程輸電的總能量，在輸送過程中，先被輸送回路上的導(dǎo)線電阻損耗一小部分，剩余的絕大部分通過降壓變壓器和用戶回路被用戶使用消耗，所以其能量關(guān)系為P1＝P線損＋P用戶。
[典例]　(輸電過程中的電壓損失和功率損失)如圖所示為遠(yuǎn)距離輸電的原理圖，升壓變壓器的變壓比為m，降壓變壓器的變壓比為n，輸電線的電阻為R，升壓變壓器和降壓變壓器均為一理想變壓器，發(fā)電機(jī)輸出的電壓恒為U，若由于用戶的負(fù)載變化，使電壓表V2的示數(shù)減小了ΔU，則下列判斷正確的是(　　)
A．55 kV B．110 kV C．440 kV D．880 kV
2．遠(yuǎn)距離輸電的原理圖如圖所示，升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為n1、n2，電壓分別為U1、U2，電流分別為I1、I2，輸電線上的電阻為R。變壓器為理想變壓器，則下列關(guān)系式中正確的是(　　)
3．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u＝Umsin ωt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(　　)
4．(2023·蘇大附中月考)如圖所示，某小型水電站發(fā)電機(jī)的輸出功率P＝100 kW，發(fā)電機(jī)的電壓U1＝250 V，經(jīng)變壓器升壓后向遠(yuǎn)處輸電，輸電線總電阻R線＝8 Ω，在用戶端用降壓變壓器把電壓降為U4＝220 V。已知輸電線上損失的功率P線＝5 kW，假設(shè)兩個(gè)變壓器均是理想變壓器，下列說法正確的是(　　)
A．發(fā)電機(jī)輸出的電流I1＝40 AB．輸電線上的電流I線＝625 AC．降壓變壓器的匝數(shù)比n3∶n4＝190∶11D．用戶得到的電流I4＝455 A
[示例1]　如圖甲為遠(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100 Ω。降壓變壓器右側(cè)部分為一火警報(bào)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(shí)其阻值變小。電壓表V顯示加在報(bào)警器上的電壓(報(bào)警器未畫出)。未出現(xiàn)火警時(shí)，升壓變壓器的輸入功率為750 kW。下列說法正確的是(　　)
　　　甲　　　　　　　　　　　乙A．降壓變壓器副線圈輸出的交變電流頻率為100 HzB．遠(yuǎn)距離輸電線路損耗功率為180 kWC．當(dāng)出現(xiàn)火警時(shí)，電壓表V的示數(shù)變小D．當(dāng)出現(xiàn)火警時(shí)，輸電線上的電流變小
[即時(shí)訓(xùn)練]1．如圖所示為某小型發(fā)電站高壓輸電示意圖，變壓器均為理想變壓器，發(fā)電機(jī)輸出功率P＝20 kW。在輸電線路上接入一個(gè)電流互感器，其原、副線圈的匝數(shù)比為1∶10，電流表的示數(shù)為1 A，輸電線的總電阻r＝10 Ω。下列說法正確的是(　　)
A．采用高壓輸電可以增大輸電線路中的電流B．升壓變壓器的輸出電壓U2＝2 000 VC．用戶獲得的功率為20 kWD．將P下移，用戶獲得的電壓將增大
A．若開關(guān)S1、S2都斷開，則電壓表示數(shù)為零B．負(fù)載端所接收交流電的頻率為25 HzC．深夜開燈時(shí)燈較亮是因?yàn)楦邏狠旊娋€上電壓損失減小D．用電高峰期燈泡較暗，可通過減少降壓變壓器副線圈的匝數(shù)來提高其亮度
C　[開關(guān)都斷開時(shí)降壓變壓器空載，其副線圈兩端有電壓，電壓表示數(shù)不為零，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；變壓器不能改變交流電的頻率，故負(fù)載端所接收交流電的頻率還是50 Hz，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；深夜大部分用戶已關(guān)燈，干路中電流減小，線路損耗電壓也減小，用戶得到的電壓升高，故此時(shí)開燈較亮，選項(xiàng)C正確；用電高峰時(shí)，負(fù)載增多，負(fù)載電阻減小，干路中電流增大，因此輸電線路上損耗電壓增大，導(dǎo)致降壓變壓器的輸入電壓降低，為提高負(fù)載電壓，可增大降壓變壓器副線圈的匝數(shù)，使負(fù)載電壓提高，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。]
[即時(shí)訓(xùn)練]2．小型水力發(fā)電站的發(fā)電機(jī)有穩(wěn)定的輸出電壓，該電壓先通過發(fā)電站附近的升壓變壓器升壓，然后通過輸電線路把電能輸送到遠(yuǎn)處用戶附近的降壓變壓器，經(jīng)降壓變壓器降低電壓后再輸送至各用戶，如圖所示。設(shè)變壓器都是理想變壓器，那么在用電高峰期，隨著用電器增多，用戶消耗的電功率增加，下列說法正確的是(　　)
A．發(fā)電機(jī)的輸出電流變小B．高壓輸電線路的功率損失變小C．降壓變壓器副線圈兩端的電壓變小D．升壓變壓器副線圈兩端的電壓變大