2025版高考物理一輪復習第11章第2節(jié)變壓器電能的輸送教學案新人教版

PAGE10-第2節(jié)變壓器電能的輸送學問點一|志向變壓器1．構(gòu)造和原理(1)構(gòu)造(如圖所示)變壓器由原線圈、副線圈和閉合鐵芯組成。(2)原理：電磁感應的互感現(xiàn)象。2．基本關系(1)電壓關系：eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)。(2)功率關系：P入＝P出。(3)電流關系：①只有一個副線圈時：eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)。②有多個副線圈時：n1I1＝n2I2＋n3I3＋…＋nnIn。3．幾種常見的變壓器(1)自耦變壓器——調(diào)壓變壓器。(2)互感器eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(電壓互感器：把高電壓變成低電壓。,電流互感器：把大電流變成小電流。))自耦變壓器原理如圖所示：若AX為輸入端，觸頭a向上移動時，副線圈匝數(shù)N2增加，輸出電壓上升。eq\o([推斷正誤])(1)變壓器能變更交變電流的電壓，不能變更交變電流的頻率。 (√)(2)正常工作的變壓器當副線圈與用電器斷開時，副線圈兩端無電壓。 (×)(3)變壓器副線圈并聯(lián)更多的用電器時，原線圈輸入的電流隨之減小。 (×)eq考法1變壓器的工作原理1．(2024·惠州模擬)如圖所示，志向變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為n1∶n2＝10∶1，a、b兩點間的電壓為u＝220eq\r(2)sin100πt(V)，R為可變電阻，P為用鉛銻合金制成的保險絲，其電阻可忽視不計，熔斷電流為2A。為使保險絲不熔斷，可變電阻R連入電路的最小阻值應大于()A．eq\f(11\r(2),10)ΩB．1.1ΩC．11ΩD．11eq\r(2)ΩB[由a、b兩點間的電壓為u＝220eq\r(2)sin100πt(V)，可知變壓器原線圈輸入電壓U1＝220V，依據(jù)變壓器變壓公式可得變壓器輸出電壓U2＝eq\f(n2,n1)U1＝22V，保險絲熔斷電流為2A，原線圈中電流為I1＝2A時，由U1I1＝U2I2可得副線圈中電流為I2＝20A，此時保險絲會熔斷。為保證保險絲不熔斷，由歐姆定律可得可變電阻R連入電路的最小阻值應大于eq\f(U2,I2)＝1.1Ω，選項B正確。]2.(2024·北京高考)如圖所示，志向變壓器的原線圈接在u＝220eq\r(2)sin100πt(V)的溝通電源上，副線圈接有R＝55Ω的負載電阻，原、副線圈匝數(shù)之比為2∶1，電流表、電壓表均為志向電表。下列說法正確的是()A．原線圈的輸入功率為220eq\r(2)WB．電流表的讀數(shù)為1AC．電壓表的讀數(shù)為110eq\r(2)VD．副線圈輸出溝通電的周期為50sB[志向變壓器原線圈兩端電壓的有效值為U1＝220V，由eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)得U2＝eq\f(n2U1,n1)＝110V，即電壓表的讀數(shù)為110V，通過負載電阻的電流I2＝eq\f(U2,R)＝eq\f(110,55)A＝2A，則副線圈的輸出功率P＝U2I2＝110×2W＝220W，原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率，為220W，故選項A、C錯誤。由n1I1＝n2I2得I1＝eq\f(n2I2,n1)＝1A，即電流表的讀數(shù)為1A，選項B正確。由u＝220eq\r(2)sin100πt(V)可知，角速度ω＝100πrad/s，原線圈所接溝通電的周期T＝eq\f(2π,ω)＝0.02s，副線圈輸出溝通電的周期不變，仍為0.02s，選項D錯誤。]eq考法2原線圈中接有負載電路的分析3.(2024·莆田模擬)如圖所示，志向變壓器原、副線圈匝數(shù)比為1∶4，a、b兩端接到溝通電源上，R1、R2為阻值相同的定值電阻，下列說法正確的是()A．副線圈兩端電壓是電源電壓的eq\f(1,4)B．流過R1的電流是流過R2電流的4倍C．R1上的電功率是R2上電功率的eq\f(1,16)D．R1上的電功率是R2上電功率的16倍C[原線圈兩端電壓等于電源電壓，依據(jù)電壓之比等于匝數(shù)之比可得eq\f(U2,U1)＝eq\f(n2,n1)＝4∶1，A錯誤。流過R1的電流I1＝eq\f(U1,R1)，流過R2電流I2＝eq\f(U2,R2)＝eq\f(4U1,R1)＝4I1，B錯誤。依據(jù)電功率P＝I2R可得R1上的電功率是R2上電功率的eq\f(1,16)，C正確，D錯誤。]4.(2024·南昌檢測)一含有志向變壓器的電路如圖所示，變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2＝3∶1，圖中電阻R1、R2和R3的阻值分別是4Ω、eq\f(2,3)Ω和eq\f(10,3)Ω，U為有效值恒定的正弦溝通電源。當開關S斷開時，志向電流表的示數(shù)為I。當S閉合時，電源電壓增加到2U，則電流表的示數(shù)為()A．6IB．8IC．10ID．12IB[S斷開時，由eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)得I2＝3I，副線圈兩端的電壓U2＝I2(R2＋R3)＝12I，由eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)得U1＝36I，故U＝U1＋IR1＝40I。S閉合時，電流表示數(shù)為I′，副線圈中電流I′2＝3I′，副線圈兩端的電壓U′2＝I′2R2＝2I′，原線圈兩端的電壓U′1＝6I′，故2U＝I′R1＋U′1＝10I′，聯(lián)立解得I′＝8I，B正確。]eq考法3變壓器電路的動態(tài)分析[考法指導]1．匝數(shù)比不變的狀況(1)U1不變，依據(jù)eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，輸入電壓U1確定輸出電壓U2，不論負載電阻R如何變更，U2不變。(2)當負載電阻發(fā)生變更時，I2變更，輸出電流I2確定輸入電流I1，故I1發(fā)生變更。(3)I2變更引起P2變更，P1＝P2，故P1發(fā)生變更。2．負載電阻不變的狀況(1)U1不變，eq\f(n1,n2)發(fā)生變更，故U2變更。(2)R不變，U2變更，故I2發(fā)生變更。(3)依據(jù)P2＝eq\f(U\o\al(2,2),R)，P2發(fā)生變更，再依據(jù)P1＝P2，故P1變更，P1＝U1I1，U1不變，故I1發(fā)生變更。5．(2024·防城港模擬)如圖甲所示，志向變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為2∶1，原線圈兩端所加電壓如圖乙所示，與副線圈相連的兩個燈泡完全相同，閉合開關S后，下列說法正確的是()甲乙A．電流表示數(shù)減小B．電壓表示數(shù)為110eq\r(2)VC．變壓器的輸入功率增大D．燈泡上的溝通電每秒鐘方向變更50次C[原線圈輸入電壓不變，線圈匝數(shù)不變，則副線圈電壓不變，即電壓表示數(shù)不變，燈泡電阻不變，則電流表示數(shù)不變，A錯誤。原線圈的輸入電壓U1＝eq\f(220\r(2),\r(2))V＝220V，依據(jù)變壓器原理可得U2＝eq\f(n2,n1)U1＝110V，所以電壓表的示數(shù)為110V，B錯誤。當S接通后，兩個燈泡并聯(lián)，增加一個負載，則副線圈功率增大，所以變壓器的輸入功率增大，C正確。依據(jù)題圖乙可知，周期T＝0.02s，則頻率f＝50Hz，燈泡上的溝通電每秒鐘方向變更100次，D錯誤。]6.(2024·貴陽檢測)如圖是原、副線圈都有中心抽頭(匝數(shù)一半處)的志向變壓器，原線圈通過單刀雙擲開關S1與電流表連接，副線圈通過另一單刀雙擲開關S2與定值電阻R0相連接，通過S1、S2可以變更原、副線圈的匝數(shù)?，F(xiàn)在原線圈加一電壓有效值為U的正弦溝通電，當S1接a，S2接c時，電流表的示數(shù)為I，下列說法正確的是()A．當S1接a，S2接d時，電流為2IB．當S1接a，S2接d時，電流為eq\f(I,2)C．當S1接b，S2接c時，電流為4ID．當S1接b，S2接d時，電流為eq\f(I,2)C[設S1、S2分別接a、c時，原、副線圈匝數(shù)比為n1∶n2，則輸出電壓U2＝eq\f(n2,n1)U，功率P＝UI＝eq\f(U\o\al(2,2),R0)；在S1、S2分別接a、d時，輸出電壓U′2＝eq\f(n2U,2n1)，功率P′＝UI′＝eq\f(U′\o\al(2,2),R0)，聯(lián)立得I′＝eq\f(1,4)I，A、B項均錯，同理可知，C項對，D項錯。][考法指導]志向變壓器制約問題的解題思路利用上述因果關系，可解決變壓器動態(tài)變更問題。學問點二|電能的輸送1．輸電過程(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＝eq\f(ΔU2,R)。4．輸送電流(1)I＝eq\f(P,U)；(2)I＝eq\f(U－U′,R)。5．削減輸電線上電能損失的方法(1)減小輸電導線的電阻R線。由R線＝ρeq\f(l,S)知，可采納加大導線的橫截面積、采納電阻率小的材料做導線。(2)減小輸電導線中的電流。在輸電功率肯定的狀況下，依據(jù)P＝UI，要減小電流，必需提高輸電電壓。eq\o([推斷正誤])(1)增大輸電導線的橫截面積不利于削減輸電過程中的電能損失。 (×)(2)高壓輸電是通過減小輸電電流來削減電路的發(fā)熱損耗。 (√)(3)在輸送電壓肯定時，輸送的電功率越大，輸電過程中的電能損失越大。 (√)1．理清三個回路在回路2中，U2＝ΔU＋U3，I2＝I線＝I3。2．抓住兩個聯(lián)系(1)志向的升壓變壓器聯(lián)系著回路1和回路2，由變壓器原理可得線圈1(匝數(shù)為n1)和線圈2(匝數(shù)為n2)中各個量間的關系是：eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)，P1＝P2。(2)志向的降壓變壓器聯(lián)系著回路2和回路3，由變壓器原理可得線圈3(匝數(shù)為n3)和線圈4(匝數(shù)為n4)中各個量間的關系是：eq\f(U3,U4)＝eq\f(n3,n4)，eq\f(I3,I4)＝eq\f(n4,n3)，P3＝P4。3．駕馭一個守恒能量守恒關系式：P1＝P損＋P4。[典例](2024·南京模擬)如圖所示為遠距離輸電的原理圖，升壓變壓器的變壓比為m，降壓變壓器的變壓比為n，輸電線的電阻為R，升壓變壓器和降壓變壓器均為一志向變壓器，發(fā)電機輸出的電壓恒為U，若由于用戶的負載變更，使電壓表V2的示數(shù)減小了ΔU，則下列推斷正確的是()A．電流表A2的示數(shù)增大了eq\f(ΔU,R)B．電流表A1的示數(shù)增大了eq\f(nΔU,R)C．電壓表V1的示數(shù)減小了ΔUD．輸電線損失的功率增加了eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(nΔU,R)))eq\s\up12(2)RB[降壓變壓器原、副線圈兩端的電壓之比等于n，所以有eq\f(ΔU3,ΔU)＝n，即降壓變壓器原線圈兩端電壓減小了nΔU，升壓變壓器副線圈兩端電壓不變，所以輸電線上電壓增大為nΔU，依據(jù)歐姆定律知，電流表A1示數(shù)增大了eq\f(nΔU,R)，輸電線上電流增大了eq\f(nΔU,R)，依據(jù)電流與匝數(shù)成反比知，電流表A2示數(shù)增大了n·eq\f(nΔU,R)＝eq\f(n2ΔU,R)，A錯誤，B正確。依據(jù)題意知，發(fā)電廠的輸出電壓恒為U，升壓變壓器的變壓比不變，所以電壓表V1的示數(shù)不變，C錯誤。輸電線上電流增大了eq\f(nΔU,R)，但輸電線損失的功率增加量肯定不是P＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(nΔU,R)))eq\s\up12(2)R，D錯誤。]eq考法1遠距離輸電原理1.遠距離輸電的原理圖如圖所示，升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為n1、n2，電壓分別為U1、U2，電流分別為I1、I2，輸電線上的電阻為R。變壓器為志向變壓器，則下列關系式中正確的是()A．eq\f(I1,I2)＝eq\f(n1,n2) B．I2＝eq\f(U2,R)C．I1U1＝Ieq\o\al(2,2)R D．I1U1＝I2U2D[依據(jù)志向變壓器的工作原理可知eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)，所以選項A錯誤；因U2、I2、R不滿意歐姆定律公式中物理量之間的對應關系，所以選項B錯誤；U1I1＝U2I2，但U2I2≠Ieq\o\al(2,2)R，選項C錯誤，D正確。]2.(2015·福建高考)圖為遠距離輸電示意圖，兩變壓器均為志向變壓器，升壓變壓器T的原、副線圈匝數(shù)分別為n1、n2，在T的原線圈兩端接入一電壓u＝Umsinωt的溝通電源，若輸送電功率為P，輸電線的總電阻為2r，不考慮其他因素的影響，則輸電線上損失的電功率為()A．eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(n1,n2)))eq\f(U\o\al(2,m),4r) B．eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(n2,n1)))eq\f(U\o\al(2,m),4r)C．4eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(n1,n2)))eq\s\up12(2)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(P,Um)))eq\s\up12(2)r D．4eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(n2,n1)))eq\s\up12(2)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(P,Um)))eq\s\up12(2)rC[升壓變壓器T的原線圈兩端電壓的有效值為U1＝eq\f(Um,\r(2))；由變壓關系可得eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，則U2＝eq\f(n2Um,\r(2)n1)；因為輸送電功率為P，輸電線中的電流為I2＝eq\f(P,U2)＝eq\f(\r(2)n1P,n2Um)，則輸電線上損失的電功率為ΔP＝Ieq\o\al(2,2)(2r)＝eq\f(4n\o\al(2,1)P2r,n\o\al(2,2)U\o\al(2,m))，故選項C正確。][考法指導]輸電線路功率損失的計算方法P損＝P1－P4P1為輸送的功率，P4為用戶得到的功率P損＝Ieq\o\al(2,線)R線I線為輸電線路上的電流，R線為線路電阻P損＝eq\f(ΔU2,R線)ΔU為輸電線路上損失的電壓，不要與U2、U3相混P損＝ΔU·I線留意：ΔU不要錯代入U2或U3eq考法2遠距離輸電的動態(tài)分析3．(多選)如圖所示為遠距離輸電示意圖，其中T1、T2為志向變壓器，r是輸電電阻，燈L1、L2相同且阻值不變，現(xiàn)保持變壓器T1的輸入電壓不變，滑片P位置不變，當開關S斷開時，燈L1正常發(fā)光，則()A．僅閉合S，燈L1會變亮B．僅閉合S，r消耗的功率會變大C．僅將滑片P下移，r消耗的功率會變小D．僅將滑片P上移，電流表示數(shù)會變小BD[閉合S，負載電阻減小，變壓器T2副線圈電流增大，依據(jù)電流規(guī)律知，T2原線圈電流增大，即輸電線上電流增大，輸電線上損耗的電壓ΔU＝Ir增大，損耗的功率ΔP＝I2r增大，T2的輸