2020高考物理一轮复习-基础知识题组-60-变压器、电能的输送-Word版含解析.docx
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1、变压器、电能的输送考纲解读1.理解变压器的原理,会用功率关系、电压比、电流比进行有关的计算.2.能够对变压器进行动态分析.3.会分析计算远距离输电问题1 关于抱负变压器的工作原理,以下说法正确的是 ()A通过正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变B穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都相等C穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势D原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈答案BC解析由于是交变电流,交变电流的磁场不断变化,磁通量也在变化,A错误;因抱负变压器无漏磁,故B、C正确;原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能,故D错2 如图1所示,一抱负变压器的原线圈匝数n11 000匝,副线圈匝数n220
2、0匝,沟通电源的电动势e311sin 100t V(不考虑其内阻),电阻R88 ,电压表和电流表对电路的影响可忽视不计,则 ()A电压表的示数为62.2 V 图1B电流表的示数为2.5 AC通过R的电流最大值为0.5 AD变压器的输入电功率为22 W答案D解析由于e311sin 100t V,原线圈电压最大值Um为311 V,有效值U1220 V,依据可得U244 V,由欧姆定律知,副线圈中电流I20.5 A,I2mI20.7 A,I1I20.1 A,所以A、B、C错误,变压器的输入电功率P1P2U2I222 W,D正确3 在远距离输电中,当输电线的电阻和输送的电功率不变时,那么()A输电线路
3、上损失的电压与输送电流成正比B输电的电压越高,输电线路上损失的电压越大C输电线路上损失的功率跟输送电压的平方成反比D输电线路上损失的功率跟输电线上的电流成正比答案AC解析输电线路上损失电压UIR,在R确定时,U和I成正比若U越高,I,I越小,那么U越小输电线路上损失的功率PI2R,当P确定时,I,所以P()2R,即P和U的平方成反比,跟I的平方成正比,故A、C正确考点梳理一、抱负变压器1 工作原理互感现象2 基本关系式(1)功率关系:P入P出(2)电压关系:只有一个副线圈时,;有多个副线圈时,.(3)电流关系:只有一个副线圈时,.由P入P出及PUI推出有多个副线圈时,U1I1U2I2U3I3.
4、3 几种常用的变压器(1)自耦变压器调压变压器(2)互感器4 抱负变压器的理解(1)没有能量损失;(2)没有磁通量损失二、远距离输电1 输电过程(如图2所示)图22输送电流(1)I;(2)I.3输电导线上的能量损失:主要是由输电线的电阻发热产生的,表达式为QI2Rt.4电压损失(1)UUU;(2)UIR.5 功率损失(1)PPP;(2)PI2R()2R6 降低输电损耗的两个途径(1)减小输电线的电阻,由电阻定律R可知,在输电距离确定的状况下,为了减小电阻,应接受电阻率小的材料,也可以增加导线的横截面积(2)减小输电导线中的输电电流,由PUI可知,当输送功率确定时,提高输电电压,可以减小输电电流
5、4 如图3所示,一抱负自耦变压器线圈AB绕在一个圆环形的闭合铁芯上,输入端AB间加一正弦式沟通电压,在输出端BP间连接了抱负沟通电流表、灯泡和滑动变阻器,移动P的位置,可转变副线圈的匝数,变阻器的滑图3动触头标记为Q,则()A只将Q向下移动时,灯泡的亮度变大B只将Q向下移动时,电流表的读数变大C只将P沿顺时针方向移动时,电流表的读数变大D只提高输入端的电压U时,电流表的读数变大答案D解析只将Q向下移动时,R阻值增大,电路中电阻增大,电流减小,故B项错;由于副线圈上电压不变,电灯两端的电压不变,功率不变,亮度不变,故A项错只将P沿顺时针方向移动时副线圈匝数削减,电压减小,电流减小,故C项错只提高
6、输入端的电压时,副线圈上电压增大,电流增大,故D项对5 中国已投产运行的1 000 kV特高压输电,是目前世界上电压最高的输电工程假设甲、乙两地原来用500 kV的超高压输电,在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下,现改用1 000 kV特高压输电,不考虑其他因素的影响则()A送电电流变为原来的2倍B输电线上降落的电压将变为原来的2倍C输电线上降落的电压将变为原来的D输电线上损耗的电功率将变为原来的答案C解析依据输送电功率P输U输I输及P输不变,可知,送电电流I输P输/U输1/U输,当U输变为原来的2倍时,I输变为原来的,选项A错误;输电线上降落的电压U降I输R线I输,所以,当送电电流变为
7、原来的时,输电线上降落的电压也变为原来的,选项B错误,C正确;输电线上损耗的电功率P损IR线I,所以输电线上损耗的电功率将变为原来的,选项D错误规律总结1 抱负变压器的动态分析的方法(1)分清不变量和变量;(2)弄清抱负变压器中电压、电流、功率之间的联系和相互制约关系;(3)利用闭合电路欧姆定律、串并联电路特点进行分析判定2 解远距离输电问题必备技巧(1)正确画出输电过程示意图,并在图上标出各物理量(2)抓住变压器变压前、后各量间关系,求出输电线上的电流(3)计算电路功率问题时常用关系式:P损IR线,留意输电线上的功率损失和电压损失(4)电网送电遵循“用多少送多少”的原则,说明原线圈电流由副线
8、圈电流打算考点一抱负变压器原、副线圈基本关系的应用1 基本关系(1)P入P出;(2),有多个副线圈时,照旧成立(3),电流与匝数成反比,只对一个副线圈的变压器适用有多个副线圈时,由输入功率和输出功率相等确定电流关系(4)原、副线圈的每一匝的磁通量都相同,磁通量变化率也相同,频率也就相同2 制约关系(1)电压:副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比打算(2)功率:原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率P2打算(3)电流:原线圈电流I1由副线圈电流I2和匝数比打算例1(2022课标全国理综17)自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈,原、副线圈都只取该线圈的某部分一升压式自耦调压变压器的电路如图4所示,其
9、副线圈匝数可调已知变压器线圈总匝数为1 900匝;原线圈为1 100匝,接在有效值为220 V的沟通电源上当变压器输出电压调至最大时,负载R上的功率为2.0 kW.设此时原线圈中电流的有效值为I1,负载两端电压的有效值为U2,图4且变压器是抱负的,则U2和I1分别约为()A380 V和5.3 A B380 V和9.1 AC240 V和5.3 A D240 V和9.1 A解析由题图并依据抱负变压器电压比关系,代入数据解得副线圈两端的电压有效值U2380 V,因抱负变压器原、副线圈输入和输出的功率相等,即P入P出U1I1,解得I1 A9.1 A,选项B正确,选项A、C、D错误答案B1.关于抱负变压
10、器的四点说明(1)变压器不能转变直流电压(2)变压器只能转变交变电流的电压和电流,不能转变交变电流的频率(3)抱负变压器本身不消耗能量(4)抱负变压器基本关系中的U1、U2、I1、I2均为有效值2解决变压器问题的三种思路(1)电压:变压器原、副线圈的电压之比为;当变压器有多个副线圈时,.(2)功率:抱负变压器的输入、输出功率为P入P出,当变压器有多个副线圈时,P1P2P3.(3)电流:由I知,对只有一个副线圈的变压器有,当变压器有多个副线圈时有n1I1n2I2n3I3.突破训练1(2010海南9)如图5所示,一抱负变压器原、副线圈匝数之比为41,原线圈两端接入一正弦沟通电源;副线圈电路中R为负
11、载电阻,沟通电压表和沟通电流表都是抱负电表下列结论正确的是() 图5A若电压表读数为6 V,则输入电压的最大值为24 VB若输入电压不变,副线圈匝数增加到原来的2倍,则电流表的读数减小到原来的一半C若输入电压不变,负载电阻的阻值增加到原来的2倍,则输入功率也增加到原来的2倍D若保持负载电阻的阻值不变,输入电压增加到原来的2倍,则输出功率增加到原来的4倍答案AD解析本题考查变压器的原理以及沟通电的有关学问,意在考查考生对交变电流的生疏和理解由于电压表的读数为6 V,则变压器的输出电压的有效值为6 V,由,故U14U224 V,所以输入电压的最大值为UmU124 V,所以选项A正确;若输入电压不变
12、,副线圈匝数增加,则U2增大,由I2可知,电流表示数增大,所以选项B错;输入电压和匝数比不变,则电压值不变,当负载电阻R变大时,则I2,电流变小,又P1P2U2I2,故输入功率也减小,所以选项C错;若负载电阻R不变,输入电压变为原来的2倍,则输出电压也变为原来的2倍,I2则输出电流也变为原来的2倍,故输出功率P2U2I2变为原来的4倍,所以选项D正确考点二抱负变压器的动态分析分析抱负变压器动态问题的思路程序可表示为:.例2(2022福建理综14)如图6所示,抱负变压器原线圈输入电压uUmsin t,副线圈电路中R0为定值电阻,R是滑动变阻器.和是抱负沟通电压表,示数分别用U1和U2表示;和是抱
13、负沟通电流表,示数分别用I1和I2表示下列说法正确的是() 图6AI1和I2表示电流的瞬时值BU1和U2表示电压的最大值C滑片P向下滑动过程中,U2不变、I1变大D滑片P向下滑动过程中,U2变小、I1变小解析电路中沟通电表的示数为有效值,故A、B项均错误;P向下滑动过程中,R变小,由于沟通电源和原、副线圈匝数不变,U1、U2均不变,所以I2变大,由,得I1I2变大,故C项正确,D项错误答案C例3如图7所示的电路中,有一自耦变压器,左侧并联一只抱负电压表V1后接在稳定的沟通电源上;右侧串联灯泡L和滑动变阻器R,R上并联一只抱负电压表V2.下列说法中正确的是()A若F不动,滑片P向下滑动时,V1示
14、数变大,V2示数变小B若F不动,滑片P向下滑动时,灯泡消耗的功率变小 图7C若P不动,滑片F向下移动时,V1、V2的示数均变小D若P不动,滑片F向下移动时,灯泡消耗的功率变大解析若F不动,滑片P向下滑动时,滑动变阻器接入电路中的电阻变大,则副线圈回路中总电阻变大,则回路中电流减小,灯泡两端电压减小,功率变小,滑动变阻器两端电压变大,V2的示数变大,而原线圈两端电压不变,则A错误,B正确;若P不动,滑片F向下移动时,依据抱负变压器特点可知原线圈两端电压不变,副线圈两端电压减小,则副线圈回路中电流变小,灯泡L消耗的功率减小,电压表V2的示数变小,C、D错误答案B突破训练2如图8所示,抱负变压器原线
15、圈的匝数n11 100匝,副线圈的匝数n2110匝,R0、R1、R2均为定值电阻,且R0R1R2,电流表、电压表均为抱负电表原线圈接u220sin (314t) (V)的沟通电源起初开关S处于断开状态下列说法中正确的是()图8A电压表示数为22 VB当开关S闭合后,电压表示数变小C当开关S闭合后,电流表示数变大D当开关S闭合后,变压器的输出功率增大答案BCD解析电源电压的有效值为U1220 V,由可知U222 V,而电压表示数只是R1两端的电压,确定小于U2,A项错误S闭合后,负载总电阻变小,而U2不变,由P出知P出变大,I2变大,而P入P出U1I1,U1不变,I1应变大,即电流表示数变大;电
16、阻R0的分压U0I2R0,U0变大,则电压表示数UU2U0应变小综上所述,选项B、C、D正确考点三远距离输电问题1 远距离输电的处理思路对高压输电问题,应按“发电机升压变压器远距离输电线降压变压器用电器”,或按从“用电器”倒推到“发电机”的挨次一步一步进行分析2 远距离高压输电的几个基本关系(以图9为例)图9(1)功率关系:P1P2,P3P4,P2P损P3.(2)电压、电流关系:,U2UU3,I2I3I线(3)输电电流:I线.(4)输电线上损耗的电功率:P损I线UIR线()2R线当输送功率确定时,输电电压增大到原来的n倍,输电线上损耗的功率就减小到原来的.例4(2022天津理综4)通过一抱负变
17、压器,经同一线路输送相同的电功率P,原线圈的电压U保持不变,输电线路的总电阻为R.当副线圈与原线圈的匝数比为k时,线路损耗的电功率为P1,若将副线圈与原线圈的匝数比提高到nk,线路损耗的电功率为P2,则P1和分别为 ()A., B()2R,C., D()2R,解析依据变压器的变压规律,得k,nk,所以U1kU,U2nkU.依据PUI,知匝数比为k和nk的变压器副线圈的电流分别为I1,I2.依据PI2R知,输电线路损耗的电功率分别为P1IR()2R,P2IR()2R,所以.选项D正确,选项A、B、C错误答案D 在远距离输电问题中,计算线路功率的损耗时应用P损IR线,其缘由是I线可以由公式P输入I
18、线U输入求出,而P损U线I线和P损则不常用,其缘由是在一般状况下,U线不易求出,且易将U线和U输入相混而造成错误突破训练3(2010浙江理综17)某水电站,用总电阻为2.5 的输电线输电给500 km外的用户,其输出电功率是3106 kW,现用500 kV电压输电,则下列说法正确的是()A输电线上输送的电流大小为2.0105 AB输电线上由电阻造成的损失电压为15 kVC若改用5 kV电压输电,则输电线上损失的功率为9108 kWD输电线上损失的功率为PU2/r,U为输电电压,r为输电线的电阻答案B解析输电线上输送的电流I6 000 A,A错;输电线上损失的电压为UIr6 0002.5 V1.
19、5104 V15 kV,B对;若改用5 kV的电压输电,则输电线上输送的电流I6105 A,输电线上损失的功率PI2r(6105)22.5 W9108 kW,表明输出的电能将在线路上损耗完,则输电线上损失的功率为3106 kW,C错;D项中输电线上损失的功率PU2/r,U应为输电线上损耗的电压,而不是输电电压,D错44两种特殊的变压器模型1 自耦变压器高中物理中争辩的变压器本身就是一种忽视了能量损失的抱负模型,自耦变压器(又称调压器),它只有一个线圈,其中的一部分作为另一个线圈,当沟通电源接不同的端点时,它可以升压也可以降压,变压器的基本关系对自耦变压器均适用例5如图10所示,接在照明电路中的
20、自耦变压器的副线圈上通过输电线接有三个灯泡L1、L2和L3,输电线的等效电阻为R.当滑动触头P向上移动一段距离后,下列说法正确的是()图10A等效电阻R上消耗的功率变大B三个灯泡都变亮C原线圈两端的输入电压减小D原线圈中电流表示数减小解析自耦变压器的原、副线圈是同一个线圈,只是匝数不同而己由题意知原线圈是副线圈的一部分.,当P上移时,U1、n2不变,n1变大时,U2变小,因负载电路结构不变,因此负载上的总电流I2应变小,R上消耗的功率变小,由串、并联电路特点知三个灯泡都变暗,A、B都错误由于原线圈的输入电压由外部电路打算,是不变的,C错误;由P入P出,U1I1U2I2知,P出减小时,I1确定减
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