2021-2022年人教版(2019)高中物理选修二交变电流重点难点易错点——变压器-远距离输电
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2022-01-12 09:01:28
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变压器-远距离输电一、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.基本关系式(1)功率关系:P入=P出。(2)电压关系:=。有多个副线圈时===…。(3)电流关系:只有一个副线圈时=。由P入=P出及P=UI推出有多个副线圈时,U1I1=U2I2+U3I3+…+UnIn。4.几种常用的变压器(1)自耦变压器——调压变压器(2)互感器二、远距离输电1.输电过程(如图2所示)图22.输电导线上的能量损失:主要是由输电线的电阻发热产生的,表达式为Q=I2Rt。3.电压损失(1)ΔU=U-U′;(2)ΔU=IR4.功率损失(1)ΔP=P-P′;(2)ΔP=I2R=2R5.输送电流9
(1)I=;(2)I=。高频考点一 理想变压器基本关系的应用例1.一理想变压器的原、副线圈的匝数比为3∶1,在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻,原线圈一侧接在电压为220V的正弦交流电源上,如图2所示.设副线圈回路中电阻两端的电压为U,原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k,则( )A.U=66V,k=B.U=22V,k=C.U=66V,k=D.U=22V,k=【变式探究】用220V的正弦交流电通过理想变压器对一负载供电,变压器输出电压是110V,通过负载的电流图象如图3所示,则( )A.变压器输入功率约为3.9WB.输出电压的最大值是110VC.变压器原、副线圈匝数比是1∶2D.负载电流的函数表达式i=0.05sin(100πt+)A【举一反三】如图,理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=2∶1,和均为理想电表,灯泡电阻RL=6Ω,AB端电压u1=12sin100πt(V).下列说法正确的是( )A.电流频率为100HzB.的读数为24VC.的读数为0.5AD.变压器输入功率为6W【变式探究】自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈,原、副线圈都只取该线圈的某部分.一升压式自耦调压变压器的电路如图所示,其副线圈匝数可调.已知变压器线圈总匝数为1900匝,原线圈为1100匝,接在有效值为220V的交流电源上.当变压器输出电压调至最大时,负载R上的功率为2.0kW.设此时原线圈中电流的有效值为I1,负载两端电压的有效值为U2,且变压器是理想的,则U2和I1分别约为( )A.380V和5.3AB.380V和9.1AC.240V和5.3AD.240V和9.1A【方法规律】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.高频考点二 理想变压器的动态分析例2.如图9所示电路中,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0.2A,电流表A2的示数增大了0.8A,则下列说法正确的是( )A.电压表V1示数增大9
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c→d的方向滑动【变式探究】(多选)如图10所示,理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表,副线圈匝数可以通过滑动触头Q来调节,在副线圈两端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R,P为滑动变阻器的滑动触头.在原线圈上加一电压为U的正弦交流电,则( )A.保持Q的位置不动,将P向上滑动时,电流表读数变大B.保持Q的位置不动,将P向上滑动时,电流表读数变小C.保持P的位置不动,将Q向上滑动时,电流表读数变大D.保持P的位置不动,将Q向上滑动时,电流表读数变小【举一反三】(多选)如图,一理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2.原线圈通过一理想电流表接正弦交流电源,一个二极管和阻值为R的负载电阻串联后接到副线圈的两端.假设该二极管的正向电阻为零,反向电阻为无穷大,用交流电压表测得a、b端和c、d端的电压分别为Uab和Ucd,则( )A.Uab∶Ucd=n1∶n2B.增大负载电阻的阻值R,电流表的读数变小C.负载电阻的阻值越小,cd间的电压Ucd越大D.将二极管短路,电流表的读数加倍【变式探究】图甲为理想变压器,其原、副线圈的匝数比为4∶1,原线圈接图乙所示的正弦交流电.图甲中Rt为阻值随温度升高而减小的热敏电阻,R1为定值电阻,电压表和电流表均为理想电表.则下列说法正确的是( )图12A.图乙所示电压的瞬时值表达式为u=51sin50πtVB.变压器原、副线圈中的电流之比为1∶4C.变压器输入、输出功率之比为1∶4D.Rt处温度升高时,电压表和电流表的示数均变大高频考点三 远距离输电问题例3.(多选)在远距离输电中,当输电线的电阻和输送的电功率不变时,那么( )A.输电线路上损失的电压与输送电流成正比B.输送电压越高,输电线路上损失的电压越大C.输电线路上损失的功率跟输送电压的平方成反比D.输电线路上损失的功率跟输电线上的电流成正比【变式探究】如图所示,甲是远距离输电线路的示意图,乙是发电机输出电压随时间变化的图象,则( )9
A.用户用电器上交流电的频率是100HzB.发电机输出交流电的电压有效值是500VC.输电线上的电流只由降压变压器原副线圈的匝数比决定D.当用户用电器的总电阻增大时,输电线上损失的功率减小【举一反三】(多选)一台发电机最大输出功率为4000kW,电压为4000V,经变压器T1升压后向远方输电.输电线路总电阻为R=1kΩ.到目的地经变压器T2降压,负载为多个正常发光的灯泡(220V、60W).若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%,变压器T1和T2的损耗可忽略,发电机处于满负荷工作状态,则( )A.T1原、副线圈电流分别为103A和20AB.T2原、副线圈电压分别为1.8×105V和220VC.T1和T2的变压比分别为1∶50和40∶1D.有6×104盏灯泡(220V、60W)正常发光1.【2016·全国卷Ⅰ】一含有理想变压器的电路如图所示,图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3Ω、1Ω和4Ω,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( )A.2B.3C.4D.52.【2016·全国卷Ⅲ】如图所示,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( )A.原、副线圈匝数比为9∶1B.原、副线圈匝数比为1∶9C.此时a和b的电功率之比为9∶1D.此时a和b的电功率之比为1∶93.【2016·天津卷】如图1所示,理想变压器原线圈接在交流电源上,图中各电表均为理想电表.下列说法正确的是( )A.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,R1消耗的功率变大B.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,电压表V示数变大C.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,电流表A1示数变大D.若闭合开关S,则电流表A1示数变大,A2示数变大9
4.【2016·江苏卷】一自耦变压器如图1所示,环形铁芯上只绕有一个线圈,将其接在a、b间作为原线圈.通过滑动触头取该线圈的一部分,接在c、d间作为副线圈.在a、b间输入电压为U1的交变电流时,c、d间的输出电压为U2,在将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中( )图1A.U2>U1,U2降低B.U2>U1,U2升高C.U2<U1,U2降低D.U2<U1,U2升高5.【2016·四川卷】如图1所示,接在家庭电路上的理想降压变压器给小灯泡L供电,如果将原、副线圈减少相同匝数,其他条件不变,则( )A.小灯泡变亮B.小灯泡变暗C.原、副线圈两端电压的比值不变D.通过原、副线圈电流的比值不变6.【2015·海南·10】4.如图,一理想变压器原、副线圈匝数比为4:1,原线圈与一可变电阻串联后,接入一正弦交流电源;副线圈电路中固定电阻的阻值为R0,负载电阻的阻值R=11R0,是理想电压表;现将负载电阻的阻值减小为R=5R0,保持变压器输入电流不变,此时电压表读数为5.0V,则A.此时原线圈两端电压的最大值约为34VB.此时原线圈两端电压的最大值约为24VC.原线圈两端原来的电压有效值约为68VD.原线圈两端原来的电压有效值约为48V7.【2015·江苏·1】5.一电器中的变压器可视为理想变压器,它将220V交变电流改为110V,已知变压器原线圈匝数为800,则副线圈匝数为()A.200B.400C.1600D.32008.【2015·福建·15】11.图为远距离输电示意图,两变压器均为理想变压器,升压变压器T的原、副线圈匝数分别为n1、n2。在T的原线圈两端接入一电压的交流电源,若输送电功率为P,输电线的总电阻为2r,不考虑其它因素的影响,则输电线上损失的电功率为()9
9.(2014·浙江卷,15)如图所示为远距离交流输电的简化电路图。发电厂的输出电压是U,用等效总电阻是r的两条输电线输电,输电线路中的电流是I1,其末端间的电压为U1。在输电线与用户间连有一理想变压器,流入用户端的电流为I2。则( )A.用户端的电压为B.输电线上的电压降为UC.理想变压器的输入功率为IrD.输电线路上损失的电功率为I1U10.(2014·江苏卷,3)远距离输电的原理图如图16所示,升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2,电压分别为U1、U2,电流分别为I1、I2,输电线上的电阻为R。变压器为理想变压器,则下列关系式中正确的是( )A.=B.I2=C.I1U1=IRD.I1U1=I2U211.(多选)(2014·山东卷,17)如图所示,将额定电压为60V的用电器,通过一理想变压器接在正弦交变电源上。闭合开关S后,用电器正常工作,交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220V和2.2A。以下判断正确的是( )A.变压器输入功率为484WB.通过原线圈的电流的有效值为0.6AC.通过副线圈的电流的最大值为2.2AD.变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=11∶312.(2014·海南卷,2)理想变压器上接有三个完全相同的灯泡,其中一个与该变压器的原线圈串联后接入交流电源,另外两个并联后接在副线圈两端。已知三个灯泡均正常发光。该变压器原、副线圈的匝数之比为( )A.1∶2B.2∶1C.2∶3D.3∶21.如图所示,理想变压器原线圈的匝数n1=1100匝,副线圈的匝数n2=110匝,原线圈接u=311sin(314t)(V)的交流电源。开始开关S处于断开状态。下列叙述正确的是( )A.电压表示数为22V9
B.当开关S闭合后,电压表示数变大C.当开关S闭合后,电流表示数变小D.当开关S闭合后,变压器的输出功率增大2.如图2所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,b是原线圈的中心接头,电压表V和电流表A均为理想电表,除滑动变阻器电阻R、定值电阻R0以外的其余电阻不计,从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压,其瞬时值表达式为u1=220sin100πt(V).下列说法中正确的是( )图2A.t=s时刻,c、d两点间的电压瞬时值为110VB.当单刀双掷开关与a连接时,电压表的示数为22VC.单刀双掷开关与a连接,在滑动变阻器滑片P向上移动的过程中,电压表和电流表的示数均变小D.当单刀双掷开关由a扳向b时,电压表和电流表的示数均变大3.如图为远距离输电的示意图,若电厂输出电压u1=220sin100πt(V),则下列表述不正确的是( )图3A.U1<U2,U3>U4B.U1=220VC.若U2提高为原来的10倍,输电线上损失的功率为原来的D.用户得到的交变电流频率为25Hz4.(多选)图4甲为一火灾报警系统.其中R0为定值电阻,R为热敏电阻,其阻值随温度的升高而减小.理想变压器原、副线圈匝数比为5∶1,副线圈输出电压如图乙所示,则下列说法正确的是( )图4A.原线圈输入电压有效值为220VB.副线圈输出电压瞬时值表达式u=44cos100πt(V)C.R处出现火情时,原线圈电流增大D.R处出现火情时,电阻R0的电功率减小9
5.(多选)如图5甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2=10∶1,b是原线圈的中心抽头,S为单刀双掷开关,定值电阻R=10Ω.从某时刻开始在原线圈c、d两端加上如图乙所示的交变电压,则下列说法中正确的是( )图5A.当S与a连接后,理想电流表的示数为2.2AB.当S与a连接后,t=0.01s时理想电流表示数为零C.当S由a拨到b后,原线圈的输入功率变为原来的4倍D.当S由a拨到b后,副线圈输出电压的频率变为25Hz6.(多选)在如图6所示的电路中,T为一降压式自耦调压变压器,开始时灯泡L正常发光,现在电源电压U略降低,为使灯L仍能正常发光,可采取的措施是( )图6A.将自耦调压变压器的滑片P适当上滑B.将自耦调压变压器的滑片P适当下滑C.适当增大滑动变阻器R2的阻值D.适当减小滑动变阻器R2的阻值7.(多选)远距离输电装置如图所示,升压变压器和降压变压器均是理想变压器.当S由2改接为1时,下列说法正确的是( )A.电压表读数变大B.电流表读数变大C.电流表读数变小D.输电线损失的功率减小8.如图所示,匀强磁场的磁感应强度B=T,单匝矩形线圈的面积S=1m2,电阻不计,绕垂直于磁场的轴OO′匀速转动.线圈通过电刷与理想变压器原线圈相连接,A为交流电流表.调整副线圈的触头P,当变压器原、副线圈的匝数比为2∶1时,副线圈电路中标有“6V 6W”的灯泡正常发光,以下判断正确的是( )9
A.电流表的示数为1AB.矩形线圈产生电动势的有效值为18VC.从矩形线圈转到中性面开始计时,矩形线圈产生的电动势随时间的变化规律为e=12sin30πtVD.若矩形线圈的转速增大,为使灯泡仍能正常发光,应将P适当上移9