高考物理（重慶專用）第一輪復(fù)習(xí)教學(xué)案 第十章 交變電流傳感器第二節(jié)《理想變壓器　電能的輸送》

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111 第二節(jié)　理想變壓器　電能的輸送 一、變壓器 1．構(gòu)造 由______、______和________組成。 2．原理 利用電磁感應(yīng)的____現(xiàn)象。 3．理想變壓器原、副線圈基本量的關(guān)系 理想變壓器 (1)沒(méi)有能量損失(繞線無(wú)電阻、鐵芯無(wú)渦流) (2)沒(méi)有磁通量損失(磁通量全部集中在鐵芯中) 基本關(guān)系 功率關(guān)系 原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率P入＝____ 電壓關(guān)系 原、副線圈的電壓比等于匝數(shù)比，公式：＝______，與負(fù)載、副線圈的個(gè)數(shù)無(wú)關(guān) 電流關(guān)系 (1)只有一個(gè)副線圈時(shí)：I1/I2＝________； (2)有多個(gè)副線圈時(shí)：由P入＝P出得I1U1＝I2U2＋I(xiàn)3U3＋…＋I(xiàn)nUn或I1n1＝I2n2＋I(xiàn)3n3＋…＋I(xiàn)nnn 頻率關(guān)系 f1＝f2(變壓器不改變交變電流的頻率) 4.幾種常見(jiàn)的變壓器 (1)自耦變壓器——調(diào)壓變壓器 (2)互感器(如圖所示) ①電壓互感器：用來(lái)把__________電壓變成__________電壓。②電流互感器：用來(lái)把_______電流變成__________電流。 二、電能的輸送 如圖所示，若發(fā)電站輸出電功率為P，輸電電壓為U，用戶得到的電功率為P′，用戶的電壓為U′。 1．輸電電流 I＝______＝＝ 2．輸電導(dǎo)線損耗的電功率 P損＝I2R線＝____________ 即在輸送功率一定時(shí)，輸電電壓增大為原來(lái)的n倍，輸電導(dǎo)線上損耗的功率就減少為原來(lái)的______。 3．輸電導(dǎo)線損耗的電壓 U損＝IR線＝____________。 1．(2012福州質(zhì)檢)如圖所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比n1∶n2＝4∶1，原線圈兩端連接光滑導(dǎo)軌，副線圈與電阻R相連組成閉合回路。當(dāng)直導(dǎo)線AB在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中沿導(dǎo)軌勻速地向右做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，安培表A1的讀數(shù)是12 mA，那么安培表A2的讀數(shù)是( ) A．0 B．3 mA C．48 mA D．與R值大小無(wú)關(guān) 2．(2012華南師大附中模擬)在變電站里，經(jīng)常要用交流電表去監(jiān)測(cè)電網(wǎng)上的強(qiáng)電流，所用的器材叫電流互感器。下列所示的四個(gè)圖中，能正確反映其工作原理的是( ) 3．中國(guó)已投產(chǎn)運(yùn)行的1 000 kV特高壓輸電是目前世界上電壓最高的輸電工程。假設(shè)甲、乙兩地原來(lái)用500 kV的超高壓輸電，輸電線上損耗的電功率為P。在保持輸送電功率和輸電線電阻都不變的條件下，現(xiàn)改用1 000 kV的特高壓輸電，若不考慮其他因素的影響，則輸電線上損耗的電功率將變?yōu)? ) A. B. C．2P D．4P 4．易錯(cuò)辨析： 請(qǐng)你判斷下列表述正確與否，對(duì)不正確的，請(qǐng)予以更正。 (1)原線圈輸入電壓U1一定，負(fù)載電阻R變化時(shí)，輸出電壓U2也隨著變化。 (2)理想變壓器的副線圈的匝數(shù)不論是一匝還是多匝，線圈上的電壓總與匝數(shù)成正比。 (3)理想變壓器的副線圈的匝數(shù)不論是一匝還是多匝，通過(guò)線圈的電流總與匝數(shù)成反比。 (4)遠(yuǎn)距離輸電時(shí)輸電電壓和輸電線的損失電壓相等。 一、理想變壓器中各物理量的制約關(guān)系 自主探究1(2012江蘇南京二模)如圖所示，理想變壓器原線圈匝數(shù)n1＝1 210匝，副線圈匝數(shù)n2＝121匝，原線圈電壓u＝311sin 100πt(V)，負(fù)載電阻R＝44 Ω，不計(jì)電表對(duì)電路的影響，各電表的讀數(shù)應(yīng)為( ) A．A1讀數(shù)為0.5 A B．V1讀數(shù)為311 V C．A2讀數(shù)為0.5 A D．V2讀數(shù)為31.1 V 思考1：輸入電壓與輸出電壓誰(shuí)決定誰(shuí)？ 思考2：輸入電流與輸出電流誰(shuí)決定誰(shuí)？ 思考3：輸入功率與輸出功率誰(shuí)決定誰(shuí)？ 二、降低輸電損失的途徑 自主探究2下列關(guān)于減小遠(yuǎn)距離輸電導(dǎo)線上熱損耗的說(shuō)法中，正確的是( ) A．因?yàn)闊峁β蔖＝，所以應(yīng)降低輸電電壓，增大輸電導(dǎo)線電阻，才能減小輸電導(dǎo)線上的熱損耗 B．因?yàn)闊峁β蔖＝IU，所以應(yīng)采用低電壓、小電流輸電，才能減小輸電導(dǎo)線上的熱損耗 C．因?yàn)闊峁β蔖＝I2R，所以可采用減小輸電線電阻或減小輸送電流的方法來(lái)減小輸電導(dǎo)線上的熱損耗 D．以上說(shuō)法均不正確 思考1：遠(yuǎn)距離輸電的損失指的哪部分電路的損失？影響輸電損失的因素有哪些？ 思考2：降低輸電損耗的途徑有哪些？ 命題研究一、理想變壓器基本規(guī)律的應(yīng)用 【題例1】如圖所示，理想變壓器原線圈的匝數(shù)為n1，副線圈的匝數(shù)為n2，原線圈的兩端a、b接正弦交流電源，電壓表V的示數(shù)為220 V，負(fù)載電阻R=44 Ω，電流表A1的示數(shù)為0.20 A。下列判斷中正確的是( ) A．原線圈和副線圈的匝數(shù)比為2∶1 B．原線圈和副線圈的匝數(shù)比為4∶1 C．電流表A2的示數(shù)為1.0 A D．電流表A2的示數(shù)為0.4 A 思路點(diǎn)撥：解答本題應(yīng)把握以下兩點(diǎn)： (1)理想變壓器，輸入功率等于輸出功率。 (2)根據(jù)原、副線圈的電壓可以確定變壓器的匝數(shù)比。 解題要點(diǎn)： 規(guī)律總結(jié) 理想變壓器的兩個(gè)基本公式是： (1)＝，＝，即有電壓和匝數(shù)成正比，電流與匝數(shù)成反比(只適用于有一個(gè)副線圈的情況)。 (2)P入＝P出，即無(wú)論有幾個(gè)副線圈在工作，變壓器的輸入功率總等于所有輸出功率之和。 命題研究二、理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析 【題例2】 (2012廣東深圳一模)如圖，用理想變壓器給電燈L供電，如果只增加副線圈的匝數(shù)，其他條件不變，則( ) A．電燈L亮度減小 B．電流表示數(shù)減小 C．電壓表示數(shù)增大 D．變壓器輸入功率不變 思路點(diǎn)撥：副線圈的匝數(shù)增加，副線圈兩端電壓如何變化？理想變壓器輸出功率與輸入功率之間存在什么關(guān)系？ 解題要點(diǎn)： 規(guī)律總結(jié) 分析理想變壓器的動(dòng)態(tài)變化問(wèn)題，關(guān)鍵是抓住不變量，以不變量作為分析基礎(chǔ)，然后根據(jù)變化量引起的現(xiàn)象再由歐姆定律分析電流、電壓等各量的變化。 命題研究三、遠(yuǎn)距離輸電 【題例3】 發(fā)電機(jī)輸出功率為100 kW，輸出電壓是250 V，用戶需要的電壓是220 V，輸電線電阻為10 Ω。若輸電線中因發(fā)熱而損失的功率為輸送功率的4%。 (1)畫(huà)出此輸電線路的示意圖。 (2)在輸電線路中設(shè)置的升、降壓變壓器原副線圈的匝數(shù)比。 (3)用戶得到的電功率是多少？ 解題要點(diǎn)： 1．正弦交變電流經(jīng)過(guò)匝數(shù)比為＝的變壓器與電阻R、交流電壓表V、交流電流表A按如圖甲所示方式連接，R＝10 Ω。圖乙是R兩端電壓U隨時(shí)間變化的圖象。Um＝10 V，則下列說(shuō)法中正確的是( ) A．通過(guò)R的電流IR隨時(shí)間t變化的規(guī)律是IR＝sin 100πt A B．電流表A的讀數(shù)為0.1 A C．電流表A的讀數(shù)為 A D．電壓表的讀數(shù)為10 V 2．如圖所示，一理想變壓器原副線圈匝數(shù)比為n1∶n2＝4∶1，原線圈ab間接一電壓為u＝220sin 100πt V的交流電源，燈泡L標(biāo)有“36 V　18 W”，當(dāng)滑動(dòng)變阻器R的滑片處在某位置時(shí)，電流表示數(shù)為0.25 A，燈泡L剛好正常發(fā)光，則( ) A．滑動(dòng)變阻器R消耗的功率為36 W B．定值電阻R0的電阻值為19 Ω C．流過(guò)燈泡L的交變電流頻率為25 Hz D．將滑動(dòng)變阻器R的滑片向上滑時(shí)，燈泡L的亮度變暗 3．如圖所示為遠(yuǎn)距離高壓輸電的示意圖。關(guān)于遠(yuǎn)距離輸電，下列表述不正確的是( ) A．增加輸電導(dǎo)線的橫截面積有利于減少輸電過(guò)程中的電能損失 B．高壓輸電是通過(guò)減小輸電電流來(lái)減少電路的發(fā)熱損耗的 C．在輸送電壓一定時(shí)，輸送的電功率越大，輸電過(guò)程中的電能損失越小 D．高壓輸電必須綜合考慮各種因素，不一定是電壓越高越好 4．某小型水電站的電能輸送示意圖如圖所示。發(fā)電機(jī)的輸出電壓為220 V，輸電線總電阻為r，升壓變壓器原副線圈匝數(shù)分別為n1、n2。降壓變壓器原副線圈匝數(shù)分別為n3、n4(變壓器均為理想變壓器)。要使額定電壓為220 V的用電器正常工作，則( ) A.> B.＜ C．升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓 D．升壓變壓器的輸出功率小于降壓變壓器的輸入功率 參考答案 基礎(chǔ)梳理自測(cè) 知識(shí)梳理 一、1.原線圈　副線圈　閉合鐵芯 2．互感 3．P出　　n2/n1 4．(2)高　低　大　小 二、1. 2.2R線　 3.R線 基礎(chǔ)自測(cè) 1．A　解析：當(dāng)直導(dǎo)線AB在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中沿導(dǎo)軌勻速向右做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，原線圈中產(chǎn)生恒定的電流，不能在鐵芯中產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，副線圈中不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。A正確。 2．D　解析：已知u＝200sin 120πt(V)，則有效值U1＝200 V，角速度ω＝2πf＝120π rad/s，知交變電流的頻率為60 Hz；由Um1＝n1(ΔΦ/Δt)＝200 V，而n1＝1 000匝，則穿過(guò)鐵芯的磁通量的最大變化率ΔΦ/Δt為 Wb/s；由I2＝U2/R＝ A＝0.4 A，得電流表A的示數(shù)為0.4 A；由P1＝P2＝I2U2＝0.440 W＝16 W，故D正確。 2．A　解析：電流互感應(yīng)是測(cè)電流的，應(yīng)串聯(lián)在火線上，故B、D選項(xiàng)錯(cuò)誤。同時(shí)，由I1n1＝I2n2知要使I2＜I1，須n2＞n1，故A選項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯(cuò)誤。 3．A　解析：輸送電功率不變，由P損＝2R線，得當(dāng)輸電電壓為原來(lái)的兩倍，輸電線上損耗功率為原來(lái)輸電線上損耗功率的，即，A正確。 4．答案：(1)錯(cuò)誤。原線圈輸入電壓U1一定，負(fù)載電阻R變化時(shí)，輸出電壓U2不變。 (2)正確。 (3)錯(cuò)誤。通過(guò)線圈的電流與副線圈兩端的電壓及負(fù)載有關(guān)。 (4)錯(cuò)誤。遠(yuǎn)距離輸電時(shí)輸電電壓遠(yuǎn)大于輸電線的損失電壓。 核心理解深化 【自主探究1】 C　解析：各表的讀數(shù)均為有效值，故V1的讀數(shù)U1＝220 V；由U2＝U1知，V2的讀數(shù)為22 V；由I2＝知，A2的讀數(shù)為0.5 A；I1＝I2知，A1的讀數(shù)為0.05 A，選項(xiàng)C正確。 提示：1.輸入電壓U1決定輸出電壓U2。 2．輸出電流I2決定輸入電流I1。 3．輸出功率P2決定輸入功率P1。 【自主探究2】 C　解析：計(jì)算導(dǎo)線上的熱損耗時(shí)，用P損＝IR線、P損＝U線I線或P損＝，注意輸電電壓U≠U線，由P＝UI和P損＝IR線聯(lián)立可得P損＝2R線，故只有選項(xiàng)C正確。 提示：1.遠(yuǎn)距離輸電的損失指的是輸電導(dǎo)線上的熱損耗，由輸電線上損失的功率P損＝IR線可知，影響輸電損失的因素有兩個(gè)：減小導(dǎo)線的電阻或減小輸電導(dǎo)線中的輸電電流。 2．降低輸電損耗的兩個(gè)途徑：(1)減小電線的電阻。由電阻定律R＝ρ可知，在輸電距離一定的情況下，為減小導(dǎo)線電阻，應(yīng)采用電阻率小的材料，也可以增加導(dǎo)線的截面積；(2)減小輸電導(dǎo)線中的輸電電流。由P＝UI可知，當(dāng)輸送功率一定時(shí)，提高輸電電壓，可以減小輸電電流。 考向探究突破 【題例1】 C　解析：對(duì)于理想變壓器，P1＝U1I1＝2200.20 W＝44 W，則負(fù)載電阻消耗的功率P2＝P1＝44 W，據(jù)P2＝，得U2＝＝ V＝44 V，則＝＝＝5，A、B錯(cuò)誤；A2的讀數(shù)I2＝＝ A＝1.0 A，故C正確、D錯(cuò)誤。 【題例2】C　解析：由理想變壓器的變壓比等于匝數(shù)比，可得：＝，即副線圈兩端電壓增加，電壓表的讀數(shù)增大，加在電燈兩端的電壓增大，電燈變亮，即變壓器的輸出功率增大，由于理想變壓器的輸入功率等于輸出功率，即輸入功率也隨之增大，根據(jù)P＝U1I1，可知電流表的讀數(shù)增大，選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)A、B、D錯(cuò)誤。 【題例3】答案：(1)如解析圖所示 (2)1∶20　240∶11 (3)96 kW 解析：(1)輸電線路，如圖所示。 (2)輸電線損耗功率P損＝1004% kW＝4 kW，又P損＝I2R線，輸電線電流I＝I2＝I3＝＝20 A，原線圈中輸入電流I1＝＝ A＝400 A 所以＝＝＝ 升壓變壓器U2＝U1＝25020 V＝5 000 V U3＝U2－U線＝(5 000－2010) V＝4 800 V 所以＝＝＝。 (3)用戶得到的電功率 P用＝10096% kW＝96 kW。 演練鞏固提升 1．B　解析：由圖象知T＝210－2 s，f＝50 Hz，ω＝2πf＝100π rad/s，故IR＝cos 100πt A，A錯(cuò)誤。通過(guò)R電流有效值I2＝＝1 A，再根據(jù)＝知，I1有效值為0.1 A，B正確，C錯(cuò)誤。電壓表讀數(shù)應(yīng)為副線圈電壓有效值，U＝＝10 V，故D錯(cuò)誤。 2．B　解析：根據(jù)電流表示數(shù)和原副線圈的匝數(shù)之比可知副線圈中的電流大小為1 A，燈泡正常發(fā)光可知，燈泡所在支路電流為0.5 A，故滑動(dòng)變阻器所在支路電流為0.5 A，電壓為36 V，根據(jù)P＝UI可知滑動(dòng)變阻器消耗的功率為18 W，故A錯(cuò)誤；根據(jù)原副線圈的匝數(shù)之比可知副線圈兩端的電壓的有效值為55 V，則R0兩端電壓為19 V，R0的電阻為19 Ω，故B正確；原副線圈電流的頻率應(yīng)相同均為50 Hz，故C錯(cuò)誤；滑動(dòng)變阻器滑片向上滑，阻值增大，則并聯(lián)電路的阻值變大，并聯(lián)電路兩端電壓變大，燈泡將變亮，故D錯(cuò)誤。 3．C　解析：根據(jù)P＝I2R可知，在電流I一定的情況下，減小電阻R可以減少電路上的電能損失，而R＝ρ，所以增大輸電線橫截面積S有利于減少輸電過(guò)程中的電能損失，A對(duì)；由公式P＝I2R可得，設(shè)輸送的電功率為P′，則P＝R，可見(jiàn)，在輸送電壓U一定時(shí)，輸送的電功率P′越大，輸電過(guò)程中的電能損失越大，C錯(cuò)誤；高壓輸電還要考慮到輸電設(shè)備、安全性等方面，D正確。 4．A　解析：因輸電線上有電壓損耗ΔU，功率損耗ΔP，故U2＝U3＋ΔU，C、D項(xiàng)錯(cuò)誤；因＝，＝，U1＝U4，U2>U3，A項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤。 111