2022版高考物理一轮复习-第11章-交变电流-传感器-第2节-变压器-电能的输送学案.doc
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1、2022版高考物理一轮复习 第11章 交变电流 传感器 第2节 变压器 电能的输送学案2022版高考物理一轮复习 第11章 交变电流 传感器 第2节 变压器 电能的输送学案年级:姓名:- 16 -第2节变压器电能的输送一、理想变压器1构造如图所示,变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。(1)原线圈:与交流电源连接的线圈,也叫初级线圈。(2)副线圈:与负载连接的线圈,也叫次级线圈。2原理电流磁效应、电磁感应。3理想变压器原、副线圈基本量的关系理想变压器(1)没有能量损失(绕线无电阻、铁芯无涡流)(2)没有磁通量损失(磁通量全部集中在铁芯中)基本关系功率关系根据能量守恒可得:原线圈的输入
2、功率等于副线圈的输出功率,即P入P出电压关系原、副线圈的电压之比等于其匝数之比,公式:,与负载、副线圈的个数无关电流关系(1)只有一个副线圈时:(2)有多个副线圈时:由P入P出得I1U1I2U2I3U3InUn或I1n1I2n2I3n3Innn频率关系f1f2(变压器不改变交变电流的频率)4几种常用的变压器(1)自耦变压器调压变压器,如图甲(降压作用)、乙(升压作用)所示。甲乙丙丁(2)互感器二、电能的输送如图所示,若发电站输出电功率为P,输电电压为U,用户得到的电功率为P,用户的电压为U,输电线总电阻为R。1输出电流I。2电压损失(1)UUU。(2)UIR。3功率损失(1)PPP。(2)PI
3、2RR。4减少输电线上电能损失的方法(1)减小输电线的电阻R。由R知,可加大导线的横截面积、采用电阻率小的材料做导线。(2)减小输电线中的电流。在输电功率一定的情况下,根据PUI,要减小电流,必须提高输电电压。1思考辨析(正确的画“”,错误的画“”)(1)变压器能改变交变电流的电压,不能改变交变电流的频率。()(2)正常工作的变压器当副线圈与用电器断开时,副线圈两端无电压。()(3)变压器副线圈并联更多的用电器时,原线圈输入的电流随之减小。()(4)增大输电导线的横截面积不利于减少输电过程中的电能损失。()(5)高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗。()(6)在输送电压一定时,输送的
4、电功率越大,输电过程中的电能损失越大。()2(沪科版选修32P75T3)如图所示为一理想变压器,其原、副线圈匝数之比n1n241,原线圈两端连接光滑导轨,副线圈与电阻R组成闭合电路。当直导线MN在匀强磁场中沿导轨向左匀速切割磁感线时,电流表的示数是10 mA,那么电流表的示数是()A40 mA B0 C10 mA D2.5 mAB由于直导线MN匀速运动,则MN切割磁场产生的电流恒定,线圈中产生的磁通量也是恒定的,所以不会引起副线圈的磁通量变化,所以副线圈中不会有感应电流产生,即电流表A2的示数为0,选项B正确。3(粤教版选修32P59T4改编)如图所示,P是电压互感器,Q是电流互感器,如果两个
5、互感器的变压比和变流比都是50,电压表的示数为220 V,电流表的示数为3 A,则输电线路中的电压和电流分别是()A11 000 V,150 A B1 100 V,15 AC4.4 V,16.7 A D4.4 V,0.06 AA由两个互感器的变压比和变流比可知输电线路中的电压为U22050 V11 000 V,电流为I350 A150 A,故A正确。4(人教版选修32P50T3改编)从发电站输出的功率为220 kW,输电线的总电阻为0.05 ,用110 V和11 kV两种电压输电。两种情况下输电线上由电阻造成的电压损失之比为()A1001 B1100 C110 D101A由PUI得输电线的电流
6、I,则输电线上由电阻造成的电压损失UIRR,所以两种情况下:U1U2U2U11001,A正确。5(人教版选修32P44T5改编)如图所示的电路中,变压器为理想变压器,a、b接在电压有效值不变的交流电源两端,R0为定值电阻,R为滑动变阻器。现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置,观察到电流表A1的示数增大了0.2 A,电流表A2的示数增大了0.8 A,则下列说法正确的是()A电压表V1示数增大 B电压表V2、V3示数均增大C该变压器起升压作用 D变阻器滑片是沿cd的方向滑动答案D 理想变压器基本规律的应用1分析原线圈有串联负载的变压器电路问题时要注意变压器的输入电压不等于电源的电压,而是等于电
7、源电压减去串联负载的电压,即:U1U源U串。2分析含有二极管的变压器电路问题时要注意理想二极管单向导电性,对交变电流的影响,及对应有效值的变化。3理想变压器的各量的制约关系制约关系电压副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定:U2U1功率原线圈的输入功率P入由副线圈的输出功率P出决定:P入P出电流原线圈电流I1由副线圈电流I2和匝数比决定:I1I2典例示法(2020广西高三月考)如图所示,导线框绕垂直于磁场的轴匀速转动,产生的交变电动势e44sin 100t(V)。导线框与理想升压变压器相连,变压器副线圈接入一额定电压为220 V的电灯泡,电灯泡恰好正常工作且电流表的示数为2 A,导线框电阻
8、不计,电流表为理想电流表,则()A变压器原、副线圈匝数之比为15B通过电灯泡的电流为0.2 AC电灯泡的额定功率为22 WD电灯泡两端的最大电压为110 VA在变压器中有其中U144 V,U2220 V,I12 A,可得变压器原、副线圈匝数之比为,通过电灯泡的电流为I20.4 A,故A正确,B错误;由于电灯泡恰好正常工作,则电灯泡的额定功率PI2U20.4220 W88 W,故C错误;电灯泡两端电压的最大值UmU2220 V,故D错误。跟进训练1(2019江苏高考)某理想变压器原、副线圈的匝数之比为110,当输入电压增加20 V时,输出电压()A降低2 V B增加2 VC降低200 V D增加
9、200 VD理想变压器的电压与匝数关系为,整理可得,即原、副线圈匝数比等于电压变化量之比,当U120 V时,U2200 V,选项D正确。2(2020云南保山高三期末)如图所示,理想变压器原、副线圈匝数之比为51,电阻R120 ,R220 ,两电表均为理想交流电表。若R1两端电压瞬时值表达式为u150sin 100t(V),则下列说法正确的是()A电流表的示数为12.5 AB电压表的示数为50 VCR2消耗的功率为250 WD原线圈输入交流电频率为100 HzBR1两端电压u150sin 100t(V),其最大值是50 V,有效值是50 V;副线圈中的电流与流过R1、R2的电流是相等的,即I2
10、A2.5 A,由原副线圈的电流与匝数的关系得I1I22.5 A0.5 A,故A错误;由于电阻R1R220 ,则两个电阻上分担的电压是相等的,所以电压表的读数是50 V,故B正确;R2消耗的功率为PR2 W125 W,故C错误;变压器不会改变电流的频率,则副线圈输出电流的频率f50 Hz,故D错误。3(2017北京高考)如图所示,理想变压器的原线圈接在u220sin 100t(V)的交流电源上,副线圈接有R55 的负载电阻,原、副线圈匝数之比为21,电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是()A原线圈的输入功率为220 WB电流表的读数为1 AC电压表的读数为110 VD副线圈输出交流电的周
11、期为50 sB理想变压器原线圈两端电压的有效值为U1220 V,由得U2110 V,即电压表的读数为110 V,通过负载电阻的电流I2 A2 A,则副线圈的输出功率PU2I21102 W220 W,原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率,为220 W,故选项A、C错误;由n1I1n2I2得I11 A,即电流表的读数为1 A,选项B正确;由u220sin 100t(V)可知,角速度100 rad/s,原线圈所接交流电的周期T0.02 s,副线圈输出交流电的周期不变,仍为0.02 s,选项D错误。4如图所示的电路中,理想变压器原、副线圈的匝数比n1n2225,电阻R1R225 ,D为理想二极管,原线
12、圈接u220sin(100t)V的交流电,则()A交流电的频率为100 HzB通过R2的电流为1 AC通过R2的电流为 AD变压器的输入功率为200 WC由原线圈交流电瞬时值表达式可知,交变电流的频率f50 Hz,A项错误;由理想变压器变压规律可知,输出电压U250 V,由理想二极管单向导电性可知,交变电流每个周期只有一半时间有电流通过R2,由交变电流的热效应可知,T,解得UU225 V,由欧姆定律可知,通过R2的电流为 A,B项错误,C项正确;电阻R2的功率P2UI50 W,而电阻R1的电功率P1100 W,由理想变压器输入功率等于输出功率可知,变压器的输入功率为PP1P2150 W,D项错
13、误。关于理想变压器的四点说明(1)变压器不能改变直流电压。(2)变压器只能改变交变电流的电压和电流,不能改变交变电流的频率。(3)理想变压器本身不消耗能量。(4)理想变压器基本关系中的U1、U2、I1、I2均为有效值。 理想变压器的动态分析问题1理想变压器的制约关系制约关系电压副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定功率原线圈的输入功率P入由副线圈的输出功率P出决定电流原线圈电流I1由副线圈电流I2和匝数比决定2两种情况匝数比不变的情况负载电阻不变的情况(1)U1不变,根据,输入电压U1决定输出电压U2,可以得出不论负载电阻R如何变化,U2不变(2)当负载电阻发生变化时,I2变化,根据输出电
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