2019届高考一轮复习备考资料之物理人教版第十一章 第2讲

第第 2 讲讲 变压器、电能的输送变压器、电能的输送一、理想变压器1.构造如图 1 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.图 1(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)功率关系根据能量守恒可得：原线圈的输入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U1U2n1n2电流关系(1)只有一个副线圈时：I1I2n2n1(2)有多个副线圈时：由 P入P出得I1U1I2U2I3U3InUn或I1n1I2n2I3n3Innn基本关系频率关系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 2 甲(降压作用)、乙(升压作用)所示.图 2(2)互感器Error!自测 1 关于理想变压器，下列说法正确的是( )A.变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用B.变压器不但能改变交变电流的电压，还能改变交变电流的频率C.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D.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答案 A二、电能的输送如图 3 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.图 31.输出电流I .PUPUUUR2.电压损失(1)UUU(2)UIR3.功率损失(1)PPP(2)PI2R( )2RPU4.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.lS(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.自测 2 教材 P50 第 3 题改编 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( )A.1001 B.1100 C.110 D.101答案 A解析 由题意知输电线上的电流 I ，则输电线的总电阻造成的电压损失 UIr，PUPrU故，故选 A.U1U2U2U111 × 1031101001命题点一 理想变压器原理的应用例 1 (2016·全国卷·16)一含有理想变压器的电路如图 4 所示，图中电阻 R1、R2和 R3的阻值分别为 3 、1 和 4 ，为理想交流电流表，U 为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定.当开关 S 断开时，电流表的示数为 I；当 S 闭合时，电流表的示数为 4I.该变压器原、副线圈匝数比为( )图 4A.2 B.3 C.4 D.5答案 B解析 开关断开时，电路如图甲所示，原、副线圈的电流比，通过 R2的电流 I2，副II2n2n1In1n2线圈的输出电压 U2I2(R2R3)，由可得原线圈两端的电压 U15I2，则5In1n2U1U2n1n2(n1n2)UU1IR15I23I；开关闭合时，电路如图乙所示，原、副线圈的电流比，通过(n1n2)4II2n2n1R2的电流 I2，副线圈的输出电压 U2I2R2，由可得原线圈两端4In1n24In1n2U1U2n1n2的电压 U14I2，则 UU14IR14I212I，联立解得3，选项 B 正确.(n1n2)(n1n2)n1n2变式 1 (多选)(2016·全国卷·19)如图 5 所示，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡 a 和 b.当输入电压 U 为灯泡额定电压的 10 倍时，两灯泡均能正常发光.下列说法正确的是( )图 5A.原、副线圈匝数比为 91B.原、副线圈匝数比为 19C.此时 a 和 b 的电功率之比为 91D.此时 a 和 b 的电功率之比为 19答案 AD解析 设灯泡的额定电压为 U0，两灯泡均能正常发光，所以原线圈输出端电压为 U19U0，副线圈两端电压为 U2U0，故 ， ，A 正确，B 错误；根据公式可得，U1U291n1n2U1U291I1I2n2n1 ，由于小灯泡两端的电压相等，所以根据公式 PUI 可得，灯泡 a 和 b 的电功率之比为I1I21919，C 错误，D 正确.命题点二 理想变压器的动态分析1.匝数比不变的情况(如图 6)图 6(1)U1不变，根据，输入电压 U1决定输出电压 U2，不论负载电阻 R 如何变化，U2不U1U2n1n2变.(2)当负载电阻发生变化时，I2变化，输出电流 I2决定输入电流 I1，故 I1发生变化.(3)I2变化引起 P2变化，P1P2，故 P1发生变化.2.负载电阻不变的情况(如图 7)图 7(1)U1不变，发生变化，故 U2变化.n1n2(2)R 不变，U2变化，故 I2发生变化.(3)根据 P2，P2发生变化，再根据 P1P2，故 P1变化，P1U1I1，U1不变，故 I1发生U2 2R变化.例 2 (多选)(2017·山东潍坊中学一模)如图 8 所示，理想变压器为降压变压器，原线圈通过灯泡 L1与正弦式交流电相连，副线圈通过导线与两个相同的灯泡 L2和 L3相连，开始时开关 S 处于断开状态.当 S 闭合后，所有灯泡都能发光.下列说法中正确的是( )图 8A.灯泡 L1和 L2中的电流有效值可能相等B.灯泡 L2两端的电压变小C.灯泡 L1变亮，灯泡 L2的亮度不变D.变压器原线圈的输入功率不变答案 AB解析 当 S 闭合后，根据 I1n1I2n2可知，因为是降压变压器，n1>n2，则 I1U1，U2降低 B.U2>U1，U2升高C.U2n2，知 U2<U1；滑动触头从 M 点顺时针旋转至 N 点过程中，n2减小，则U1U2n1n2U2降低，C 项正确.8.(多选)如图 8 所示，T 为理想变压器，原、副线圈匝数比为 51.A1、A2为理想交流电流表，V1、V2为理想交流电压表，R1、R2为定值电阻，R3为光敏电阻(阻值随光照强度的增大而减小)，原线圈两端电压 u220sin 314t V，以下说法正确的是( )2图 8A.当光照增强时，电压表 V1示数为 44 V 且保持不变2B.当光照增强时，电压表 V2示数增大C.通过电流表 A1的电流方向每秒变化 100 次D.当光照增强时，电流表 A1、A2示数同时变大答案 CD解析 原线圈两端电压有效值为 220 V，原、副线圈匝数比为 51，所以副线圈的电压有效值为 44 V，电压表 V1示数为 44 V 保持不变，与电阻的变化无关，A 错误；当光照增强时，R3的电阻减小，副线圈电路总电阻减小，电路的总电流变大，R1的电压变大，副线圈的总电压不变，所以电压表 V2示数变小，B 错误；交变电流的周期为 T s，所以通过电流表 A122314150的电流方向每秒变化 100 次，C 正确；当光照增强时，R3的电阻减小，副线圈电路总电阻减小，所以电路的总电流要变大，因此 A1、A2的示数都要变大，故 D 正确.9.(多选)如图 9 甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为 101，原线圈接交流电源和交流电压表、交流电流表，副线圈通过电阻为 R 的导线与热水器、抽油烟机连接.已知原线圈两端的电压保持不变，副线圈上的电压按如图乙所示规律变化.现闭合开关 S 接通抽油烟机，下列说法正确的是( )图 9A.热水器两端电压的瞬时值表达式为 u220sin 100t V2B.电压表示数为 2 200 VC.电流表示数变大D.变压器的输入功率增大答案 BCD解析 题图乙为副线圈上的电压变化规律，而热水器上的电压要小于副线圈上的电压，选项A 错误；由交变电流规律可知，副线圈上的电压的有效值为 220 V，由变压器变压关系可知，电压表示数为 2 200 V，选项 B 正确；闭合开关，副线圈输出功率增大，则原线圈输入功率增大，因此电流表示数变大，选项 C、D 正确.10.(2017·河北唐山一模)一含有理想变压器的电路如图 10 所示，变压器原、副线圈匝数比n1n221，图中电阻 R1、R2和 R3的阻值分别是 4 、2 和 3 ，正弦交流电源有效值恒定为 U.当开关 S 断开时，理想电流表的示数为 I，则当 S 闭合时，电流表的示数为( )图 10A. I B. I C. I D.2I231232答案 D解析 设 S 闭合时，电流表示数为 I1，对理想变压器有 P入P出，则开关闭合时有I1I2n2n1I1UI12R1(2I1)2R2，开关断开时有 IUI2R1(2I)2(R2R3)，联立解得 I12I，故 D 项正确.11.(多选)(2018·山东潍坊质检)如图 11 甲所示的电路中，理想变压器原线圈接图乙所示正弦交变电流，闭合 S 后，额定电压为 20 V 的用电器正常工作，理想交流电流表的示数为0.1 A.已知图中元件 D 具有正向电流导通、反向电流截止的作用，下列判断正确的是( )图 11A.交变电流的频率为 50 HzB.变压器原、副线圈匝数比为 1112C.用电器额定功率为 22 WD.在用电器电阻不变的情况下断开开关 S，用电器功率将变为原来的一半答案 ACD解析 由 ut 图象可知交变电流的周期 T0.02 s，则频率 f 50 Hz，A 项正确.由题图乙1T可知原线圈两端输入电压 U1220 V，因闭合 S 后，额定电压为 20 V 的用电器正常工作，则此时变压器副线圈两端电压 U220 V，n1n2U1U2220 V20 V111，B 项错误.理想变压器 P入P出I1U122 W，又 P出P电器，C 正确.若在用电器电阻不变的情况下断开开关 S，则一个周期内用电器只有半个周期的时间正常工作，用电器的功率变为原来的一半，D 项正确.12.(多选)如图 12 为某小型水电站的电能输送示意图，发电机通过升压变压器 T1和降压变压器 T2向用户供电.已知输电线的总电阻 R10 ，降压变压器 T2的原、副线圈匝数之比为41，副线圈与纯电阻用电器组成闭合电路，用电器电阻 R011 .若 T1、T2均为理想变压器，T2的副线圈两端电压表达式为 u220sin 100t(V).下列说法正确的是( )2图 12A.发电机中的电流变化频率为 100 HzB.通过用电器的电流有效值为 20 AC.升压变压器的输出功率为 4 650 WD.当用电器的电阻 R0减小时，发电机的输出功率减小答案 BC解析 交变电流经过变压器，频率不变，则交变电流的频率 f Hz50 Hz，故 A 错21002误.通过用电器的电流有效值 I4 A20 A，故 B 正确.根据得，输电线上UR0220 22 × 11I3I4n4n3的电流 I320× A5 A，则输电线上损耗的功率 P损I32R25×10 W250 W，降压变压14器的输入功率 P3U4I4220×20 W4 400 W，则升压变压器的输出功率 PP3P损4 400 W250 W4 650 W，故 C 正确.当用电器的电阻 R0减小时，降压变压器的输出电流增大，则输电线上的电流增大，升压变压器原线圈中的电流变大，根据 PUI 知，发电机的输出功率增大，故 D 错误.13.(2017·江西南昌 3 月模拟)某课外活动小组用二极管、电感线圈(感抗很大)、电容器、小灯泡等元件组装了一个简易交通指示灯模型，电路如图 13 所示.关于该交通指