《2019年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十一章 交變電流 傳感器 第2講 變壓器 電能的輸送學(xué)案》由會(huì)員分享，可在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)《2019年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十一章 交變電流 傳感器 第2講 變壓器 電能的輸送學(xué)案（13頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 第2講　變壓器　電能的輸送 板塊一　主干梳理·夯實(shí)基礎(chǔ)　 1．構(gòu)造：如圖所示。變壓器主要由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個(gè)線(xiàn)圈組成。 (1)原線(xiàn)圈：指與交流電源連接的線(xiàn)圈，也叫初級(jí)線(xiàn)圈。 (2)副線(xiàn)圈：指與負(fù)載連接的線(xiàn)圈，也叫次級(jí)線(xiàn)圈。 2．工作原理：電磁感應(yīng)的互感現(xiàn)象。 3．理想變壓器的基本關(guān)系式 (1)功率關(guān)系：P入＝P出。 (2)電壓關(guān)系：＝，若n1>n2，為降壓變壓器；若n1

2、(2)互感器 ①電壓互感器，可以把高電壓降為低電壓； ②電流互感器，可以把強(qiáng)電流降為弱電流。 【知識(shí)點(diǎn)2】　遠(yuǎn)距離輸電　Ⅰ 1．輸電過(guò)程(如圖所示) 2．電壓損失 (1)ΔU＝U－U′。 (2)ΔU＝IR。 3．功率損失 (1)ΔP＝P－P′。 (2)ΔP＝I2R＝2R＝。 4．輸送電流 (1)I＝。 (2)I＝。 板塊二　考點(diǎn)細(xì)研·悟法培優(yōu)　　　　　　　　　　　　　　　　 考點(diǎn)1理想變壓器的工作原理和基本量的關(guān)系[深化理解] 1．基本關(guān)系 (1)無(wú)漏磁，故原、副線(xiàn)圈中的Φ、相同。 (2)線(xiàn)圈無(wú)電阻，因此無(wú)電壓降，U＝E＝n。 (3)根據(jù)＝得，套在

3、同一鐵芯上的線(xiàn)圈，無(wú)論是原線(xiàn)圈，還是副線(xiàn)圈，該比例都成立，則有＝＝＝…。 (4)無(wú)電能損失，因此P入＝P出，無(wú)論副線(xiàn)圈一個(gè)還是多個(gè)，總有U1I1＝U2I2＋U3I3＋…，將電壓關(guān)系代入可得n1I1＝n2I2＋n3I3＋…。 (5)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。 (6)理想變壓器基本關(guān)系中的U1、U2、I1、I2均為有效值。 2．基本關(guān)系式中物理量之間的決定關(guān)系 (1)電壓決定關(guān)系：輸入電壓U1決定輸出電壓U2，這是因?yàn)檩敵鲭妷篣2＝U1，當(dāng)U1不變時(shí)，不論負(fù)載電阻R變化與否，U2不會(huì)改變。 (2)電流決定關(guān)系：輸出電流I2決定輸入電流I1。 (3)功

4、率決定關(guān)系：輸出功率P2決定輸入功率P1，也可簡(jiǎn)記為“用決定供”。 例1　如圖所示，理想變壓器有兩個(gè)副線(xiàn)圈，L1、L2是兩盞規(guī)格為“8 V,10 W”的燈泡，L3、L4是兩盞規(guī)格為“6 V,12 W”的燈泡，當(dāng)變壓器的輸入電壓為U1＝220 V時(shí)，四盞燈泡恰好都能正常發(fā)光，如果原線(xiàn)圈的匝數(shù)n1＝1100匝，求： (1)副線(xiàn)圈的匝數(shù)n2、n3? (2)電流表的讀數(shù)？ (1)變壓器的輸入電壓U1＝220 V是什么值？電流表的讀數(shù)是什么值？ 提示：有效值，有效值。 (2)電燈泡正常發(fā)光，如何確定副線(xiàn)圈n2、n3上的電壓？ 提示：U2＝8 V，U3＝UL3＋UL4＝12 V。

5、嘗試解答　(1)40匝__60匝__(2)0.2_A。 (1)由變壓器原理可知，n1∶n2∶n3＝U1∶U2∶U3，則 n2＝n1＝×1100＝40 n3＝n1＝×1100＝60。 (2)由P入＝P出可得，I1U1＝P1＋P2＋P3＋P4，所以 I1＝＝ A＝0.2 A 總結(jié)升華 1．變壓器原線(xiàn)圈含有負(fù)載問(wèn)題的分析 (1)在原線(xiàn)圈回路中，原線(xiàn)圈兩端的電壓與負(fù)載兩端電壓之和等于電源的電壓； (2)要求解原線(xiàn)圈中負(fù)載的電流、電壓和功率，一般需先求副線(xiàn)圈中的電流，然后根據(jù)理想變壓器的關(guān)系求得原線(xiàn)圈中負(fù)載的電流。 原、副線(xiàn)圈的電流關(guān)系往往是解決問(wèn)題的突破口。 2．含有多個(gè)副線(xiàn)圈的

6、變壓器電路分析 副線(xiàn)圈有兩個(gè)或兩個(gè)以上時(shí)，一般從原、副線(xiàn)圈的功率相等入手。由于電壓與匝數(shù)仍然成正比，當(dāng)副線(xiàn)圈的用電器為純電阻時(shí)，應(yīng)用P2＝求副線(xiàn)圈功率，或副線(xiàn)圈的用電器正常工作時(shí)，而原線(xiàn)圈的功率應(yīng)用P1＝U1I1，之后根據(jù)P1＝P2求解相關(guān)量。 3．變壓器與二極管相結(jié)合的分析 當(dāng)副線(xiàn)圈回路中含有二極管時(shí)，由于二極管具有單向?qū)щ娦?，?huì)使交變電流只有一半時(shí)間導(dǎo)通，經(jīng)過(guò)二極管后的輸出電壓的有效值與副線(xiàn)圈兩端交流電壓的正常有效值不相等，應(yīng)根據(jù)電流的熱效應(yīng)進(jìn)行計(jì)算。 　(多選)如圖所示，理想變壓器輸入端接在電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化、內(nèi)阻為r的交流電源上，輸出端接理想電流表及阻值為R的負(fù)載，變壓器原、副線(xiàn)

7、圈匝數(shù)的比值為∶。如果要求負(fù)載上消耗的電功率最大，則下列說(shuō)法正確的是(　　) A．交流電源的效率為50% B．電流表的讀數(shù)為 C．負(fù)載上消耗的熱功率為 D．該交流電源電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝Emsin100πt V 答案　AB 解析　把變壓器和R看作一個(gè)整體，等效電阻為R′，當(dāng)R′＝r時(shí)，負(fù)載上的電功率最大，此時(shí)總功率為P總＝＝，負(fù)載功率為P負(fù)載＝＝，其效率為50%，則A選項(xiàng)正確，C選項(xiàng)錯(cuò)誤。電流表的讀數(shù)為副線(xiàn)圈電流的有效值，原線(xiàn)圈電流有效值為I1＝＝，則I2＝I1＝I1＝，故B選項(xiàng)正確。由題圖知周期為0.04 s，則ω＝＝50π rad/s，則瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝Emsin5

8、0πt V，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤。 考點(diǎn)2理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析[解題技巧] 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。 1．匝數(shù)比不變的情況(如圖所示) (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)P1＝P2，可以判斷P1的變化。 2．負(fù)載電阻不變的情況(如圖所示) (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)P

9、2＝和P1＝P2，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。 3．分析動(dòng)態(tài)問(wèn)題的步驟 例2　有一種調(diào)壓變壓器的構(gòu)造如圖所示。線(xiàn)圈AB繞在一個(gè)圓環(huán)形的鐵芯上，C、D之間加上輸入電壓，轉(zhuǎn)動(dòng)滑動(dòng)觸頭P就可以調(diào)節(jié)輸出電壓。圖中為交流電流表，為交流電壓表，R1、R2為定值電阻，R3為滑動(dòng)變阻器，C、D兩端接正弦交流電源，變壓器可視為理想變壓器，則下列說(shuō)法正確的是 (　　) A．當(dāng)R3不變，滑動(dòng)觸頭P順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電流表讀數(shù)變小，電壓表讀數(shù)變小 B．當(dāng)R3不變，滑動(dòng)觸頭P逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電流表讀數(shù)變小，電壓表讀數(shù)變小 C．當(dāng)P不動(dòng)，滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)觸頭向上滑動(dòng)時(shí)，電流表

10、讀數(shù)變小，電壓表讀數(shù)變小 D．當(dāng)P不動(dòng)，滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)觸頭向下滑動(dòng)時(shí)，電流表的讀數(shù)變大，電壓表的讀數(shù)變大 (1)滑動(dòng)觸頭P順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，原、副線(xiàn)圈的匝數(shù)比如何變？ 提示：增大。 (2)滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)觸頭向上滑動(dòng)，副線(xiàn)圈的總電阻如何變？ 提示：增大。 嘗試解答　選A。 當(dāng)R3不變，P順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，nMN減小，由＝知UMN減小，則電壓、電流表讀數(shù)均減小，A項(xiàng)正確，同理知B項(xiàng)錯(cuò)。當(dāng)P不動(dòng)時(shí)，匝數(shù)nMN不變，輸出電壓UMN不變，滑片向上滑動(dòng)，R3阻值變大，根據(jù)串反并同，得電壓表示數(shù)變大，電流表示數(shù)變小，C項(xiàng)錯(cuò)誤，同理知D項(xiàng)也錯(cuò)誤。 總結(jié)升華 理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析 (1)解決這類(lèi)問(wèn)題的

11、方法是：首先要分清變量和不變量，弄清“誰(shuí)決定誰(shuí)”，然后利用直流電路中的動(dòng)態(tài)分析方法即可。 (2)對(duì)變壓器的負(fù)載電路進(jìn)行分析時(shí)，可以把變壓器的副線(xiàn)圈看作是給用戶(hù)供電的無(wú)阻電源，分析方法與直流電路的分析方法基本相同。 　[2017·湖南長(zhǎng)沙模擬](多選)如圖，一理想變壓器原線(xiàn)圈接入一交流電源，副線(xiàn)圈電路中R1、R2、R3和R4均為定值電阻，開(kāi)關(guān)S是閉合的。V1和V2為理想電壓表，讀數(shù)分別為U1和U2；A1、A2和A3為理想電流表，讀數(shù)分別為I1、I2和I3?，F(xiàn)斷開(kāi)S，U1數(shù)值不變，下列推斷中正確的是(　　) A．U2變小、I3變小 B．U2不變、I3變大 C．I1變小、I2變小 D．I

12、2變大、I3變大 答案　BC 解析　理想變壓器有＝，由于原線(xiàn)圈電壓不變，所以V2的示數(shù)U2也不變，A錯(cuò)誤；當(dāng)S斷開(kāi)后，負(fù)載的總電阻變大，由于副線(xiàn)圈電壓不變，所以總電流減小，即I2變小，故D錯(cuò)誤；由于＝，當(dāng)副線(xiàn)圈的電流減小時(shí)，原線(xiàn)圈的電流也要減小，所以I1變小，C正確；由于副線(xiàn)圈的總電流減小，R1的電壓減小，并聯(lián)電路的電壓U3就會(huì)增大，所以R3的電流I3就會(huì)增大，故B正確。 考點(diǎn)3遠(yuǎn)距離輸電[拓展延伸] 1．遠(yuǎn)距離輸電的處理思路 對(duì)高壓輸電問(wèn)題，應(yīng)按“發(fā)電機(jī)→升壓變壓器→遠(yuǎn)距離輸電線(xiàn)→降壓變壓器→用電器”這樣的順序，或從“用電器”倒推到“發(fā)電機(jī)”一步一步進(jìn)行分析。 2．遠(yuǎn)距離高壓

13、輸電的幾個(gè)基本關(guān)系(以下圖為例) (1)功率關(guān)系：P1＝P2，P3＝P4，P2＝P損＋P3。 (2)電壓、電流關(guān)系：＝＝，＝＝ U2＝ΔU＋U3，I2＝I3＝I線(xiàn)。 (3)輸電電流：I線(xiàn)＝＝＝。 (4)輸電線(xiàn)上損耗的電功率 P損＝I線(xiàn)ΔU＝IR線(xiàn)＝2R線(xiàn)。 當(dāng)輸送的電功率一定時(shí)，輸電電壓增大到原來(lái)的n倍，輸電線(xiàn)上損耗的功率就減小到原來(lái)的。 例3　某村在距村莊較遠(yuǎn)的地方修建了一座小型水電站，發(fā)電機(jī)輸出功率為9 kW，輸出電壓為500 V，輸電線(xiàn)的總電阻為10 Ω，允許線(xiàn)路損耗的功率為輸出功率的4%。求： (1)村民和村辦小企業(yè)需要220 V電壓時(shí)，所用升壓變壓器和降壓變

14、壓器的原、副線(xiàn)圈的匝數(shù)比各為多少？(不計(jì)變壓器的損耗) (2)若不用變壓器而由發(fā)電機(jī)直接輸送，村民和村辦小企業(yè)得到的電壓和功率是多少？ (1)畫(huà)出輸電電路圖，并標(biāo)上各個(gè)物理量。 提示： (2)分析升壓變壓器、降壓變壓器的功率及電壓關(guān)系？ 提示：U送＝ΔU＋U1　P輸出＝P輸送＝P用＋ΔP。 嘗試解答　(1)1∶3__72∶11__(2)320_V__5760_W。 (1)輸電電路圖如圖所示， 由ΔP＝4% P輸出和ΔP＝IR 得I2＝＝6 A 則U送＝＝1500 V 升壓變壓器原、副線(xiàn)圈匝數(shù)比 ＝＝＝ 輸電線(xiàn)上電壓損失ΔU＝I2R＝60 V 故降壓變壓器輸入

15、電壓 U1＝U送－ΔU＝1440 V 故降壓變壓器原、副線(xiàn)圈匝數(shù)比 ＝＝＝。 (2)若不用變壓器，則輸電電流 I＝＝18 A U＝U0－IR＝320 V，P＝P輸出－I2R＝5760 W。 總結(jié)升華 解決遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題應(yīng)注意下列幾點(diǎn) (1)畫(huà)出輸電電路圖。 (2)注意升壓變壓器副線(xiàn)圈中的電流與降壓變壓器原線(xiàn)圈中的電流相等。 (3)輸電線(xiàn)長(zhǎng)度等于距離的2倍。 (4)計(jì)算線(xiàn)路功率損失一般用P損＝I2R線(xiàn)。 　[2014·浙江高考]如圖所示為遠(yuǎn)距離交流輸電的簡(jiǎn)化電路圖。發(fā)電廠(chǎng)的輸出電壓是U，用等效總電阻是r的兩條輸電線(xiàn)輸電，輸電線(xiàn)路中的電流是I1，其末端間的電壓為U1。在輸

16、電線(xiàn)與用戶(hù)間連有一理想變壓器，流入用戶(hù)端的電流為I2。則(　　) A．用戶(hù)端的電壓為 B．輸電線(xiàn)上的電壓降為U C．理想變壓器的輸入功率為Ir D．輸電線(xiàn)路上損失的電功率為I1U 答案　A 解析　理想變壓器輸入和輸出功率相同，設(shè)用戶(hù)端得到的電壓為U2，則有I1U1＝U2I2，U2＝，選項(xiàng)A正確。輸電線(xiàn)上的電壓降為ΔU＝I1r，或者ΔU＝U－U1，選項(xiàng)B錯(cuò)誤。理想變壓器的輸入功率為P＝I1U1，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。輸電線(xiàn)路上損失的電功率為ΔP＝Ir，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 1．模型構(gòu)建 2．模型特點(diǎn) (1)自耦變壓器 自耦變壓器又稱(chēng)為調(diào)壓變壓器，它只有一個(gè)線(xiàn)圈，把全部線(xiàn)圈作為原線(xiàn)圈

17、或副線(xiàn)圈，線(xiàn)圈的一部分作為副線(xiàn)圈或原線(xiàn)圈。由此自耦變壓器可以降壓，也可以升壓，變壓器的基本規(guī)律對(duì)自耦變壓器均適用。 (2)有多個(gè)副線(xiàn)圈的變壓器，輸入功率等于多個(gè)副線(xiàn)圈的輸出功率之和。 (3)可調(diào)式變壓器：匝數(shù)比可變，既可升壓、又可降壓。 (4)互感器 互感器有電壓互感器和電流互感器兩種，比較如下： 1.在繞制變壓器時(shí)，某人將兩個(gè)線(xiàn)圈繞在如圖所示變壓器鐵芯的左右兩個(gè)臂上。當(dāng)通以交變電流時(shí)，每個(gè)線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁通量都只有一半通過(guò)另一個(gè)線(xiàn)圈，另一半通過(guò)中間的臂。已知線(xiàn)圈1、2的匝數(shù)之比n1∶n2＝2∶1。在不接負(fù)載的情況下(　　) A．當(dāng)線(xiàn)圈1輸入電壓為220 V時(shí)，線(xiàn)圈2輸

18、出電壓為110 V B．當(dāng)線(xiàn)圈1輸入電壓為220 V時(shí)，線(xiàn)圈2輸出電壓為55 V C．當(dāng)線(xiàn)圈2輸入電壓為110 V時(shí)，線(xiàn)圈1輸出電壓為220 V D．當(dāng)線(xiàn)圈2輸入電壓為110 V時(shí)，線(xiàn)圈1輸出電壓為440 V [答案]　B [解析]　在不考慮原、副線(xiàn)圈內(nèi)電阻的情況下，變壓器原、副線(xiàn)圈電壓之比等于原、副線(xiàn)圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之比。 當(dāng)給線(xiàn)圈1輸入電壓U1時(shí)， ＝＝＝＝×＝。 當(dāng)給線(xiàn)圈2輸入電壓U2′時(shí)， ＝＝＝＝×＝。 所以選項(xiàng)B正確。 2．普通的交流電流表不能直接接在高壓輸電線(xiàn)路上測(cè)量電流，通常要通過(guò)電流互感器來(lái)連接，圖中電流互感器ab一側(cè)線(xiàn)圈的匝數(shù)較少，工作時(shí)電流為Ia

19、b，cd一側(cè)線(xiàn)圈的匝數(shù)較多，工作時(shí)電流為Icd，為了使電流表能正常工作，則(　　) A．a(chǎn)b接MN、cd接PQ，IabIcd C．a(chǎn)b接PQ、cd接MN，IabIcd [答案]　B [解析]　根據(jù)理想變壓器的原理，線(xiàn)圈電流與匝數(shù)成反比，ab接MN，通過(guò)的電流較大，電流表接在cd兩端，通過(guò)的電流較小，B選項(xiàng)正確。 3.如圖所示，自耦變壓器輸入端A、B接交流穩(wěn)壓電源，其電壓有效值U1＝100 V，R0＝40 Ω，當(dāng)滑動(dòng)片處于線(xiàn)圈中點(diǎn)位置時(shí)，C、D兩端電壓的有效值U2為_(kāi)_____V，通過(guò)電

20、阻R0的電流有效值為_(kāi)_____A。 [答案]　200　5 [解析]　當(dāng)滑動(dòng)片位于線(xiàn)圈中點(diǎn)位置時(shí)，由變壓器電壓關(guān)系有：＝，所以U2＝＝200 V，通過(guò)R0的電流為I＝＝ A＝5 A。 1．(多選)如圖甲所示，一理想自耦變壓器的原線(xiàn)圈接有交變電壓，交變電壓隨時(shí)間變化的圖象如圖乙所示，副線(xiàn)圈接有可調(diào)電阻R，觸頭P與線(xiàn)圈始終接觸良好，下列判斷正確的是(　　) A．交變電壓u隨時(shí)間t變化的規(guī)律是u＝U0cos100πt B．若僅將觸頭P向A端滑動(dòng)，則電阻R消耗的電功率增大 C．若僅使電阻R增大，則原線(xiàn)圈的輸入功率增大 D．若使電阻R增大的同時(shí)，將觸頭P向B端滑動(dòng)，則通過(guò)A處的

21、電流一定增大 答案　AB 解析　由乙圖可知T＝0.02 s，ω＝＝100π rad/s，所以u(píng)隨時(shí)間變化規(guī)律是u＝U0cos100πt，A選項(xiàng)正確。原線(xiàn)圈n1不變，U1不變，隨觸頭P向A端滑動(dòng)，n2增大，由＝可知，U2增大，由PR＝，電阻R消耗的功率也增大，B選項(xiàng)正確。若僅增大電阻R，而n1、U1、n2都不變，U2也不變，由PR＝可知，PR減小，原線(xiàn)圈的輸入電功率也減小，C選項(xiàng)錯(cuò)誤。觸頭P向B端滑動(dòng)，U2減小，R增大，由I2＝可知I2減小，P2＝U2I2減小，P1＝P2＝U1I1，可知U1不變，所以I1減小，過(guò)A處的電流減小，D選項(xiàng)錯(cuò)誤。 2.如圖所示為一理想變壓器，原線(xiàn)圈的輸入電壓U1

22、＝3300 V，副線(xiàn)圈的輸出電壓U2＝220 V，繞過(guò)鐵芯的導(dǎo)線(xiàn)所接的電壓表的示數(shù)U0＝2 V，則 (1)原、副線(xiàn)圈的匝數(shù)各是多少？ (2)當(dāng)S斷開(kāi)時(shí)，A2的示數(shù)I2＝5 A，那么A1的示數(shù)是多少？ (3)當(dāng)S閉合時(shí)，A2的示數(shù)將如何變化？A1的示數(shù)將如何變化？ 答案　(1)1650匝　110匝　(2)0.33 A　(3)A1、A2的示數(shù)都增大 解析　(1)根據(jù)電壓關(guān)系＝及＝有 n1＝n0＝×1＝1650(匝)， n2＝n0＝×1＝110(匝)。 (2)由于是理想變壓器，則P入＝P出，I1U1＝I2U2 得I1＝I2＝×5 A＝0.33 A。 (3)開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)，負(fù)載增加，總電阻減小，副線(xiàn)圈的輸出電壓U2不變，根據(jù)歐姆定律得I2＝，可知I2增大，輸出功率P出＝I2U2也增大；根據(jù)P入＝P出，即I1U1＝I2U2，原線(xiàn)圈中的電流I1也隨之增大。所以，電流表A1、A2的示數(shù)都增大。 13